WO2022195043A1 - Flow control valve for closed-loop or open-loop controlling of a mass flow of a fluid, arrangement with a flow control valve of this type, and method for operating a flow control valve of this type - Google Patents

Flow control valve for closed-loop or open-loop controlling of a mass flow of a fluid, arrangement with a flow control valve of this type, and method for operating a flow control valve of this type Download PDF

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WO2022195043A1 PCT/EP2022/057063 EP2022057063W WO2022195043A1 WO 2022195043 A1 WO2022195043 A1 WO 2022195043A1 EP 2022057063 W EP2022057063 W EP 2022057063W WO 2022195043 A1 WO2022195043 A1 WO 2022195043A1
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pressure
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Bernd Niethammer
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Bernd Niethammer
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    • F01N2240/14Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a fuel burner
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    • F01N2610/14Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits

Definitions

  • Flow control valve for controlling or regulating a mass flow of a fluid, arrangement with such a flow control valve and method for operating such a flow control valve
  • the present invention relates to a flow control valve for controlling or regulating a mass flow of a fluid.
  • the invention relates to an arrangement with such a flow control valve and a method for operating such a flow control valve.
  • Catalytic converters which are used for the aftertreatment of exhaust gases that are emitted by internal combustion engines of motor vehicles, require a minimum operating temperature in order to be able to treat the exhaust gases in full.
  • the lower limit of the minimum operating temperature is approximately in the range of 160°C to 180°C. So far, the thermal energy contained in the exhaust gas has been used to heat up the catalytic converter, which, however, leads to the situation that the minimum operating temperatures are only reached after the combustion engine has been in operation for at least 10 minutes on average.
  • the minimum operating time depends on many factors, of which the outside temperature and the type of route driven are two of the most important factors. The lower the outside temperatures, the longer the minimum operating time.
  • the type of route traveled is to be understood in particular as the speed profile.
  • the catalytic converter can be heated with the chemical energy contained in the fuel instead of electrical energy.
  • a corresponding burner with which the catalyst is heated to the operating temperature and in which the fuel is injected using injection nozzles, requires only very small amounts of fuel.
  • the corresponding mass flows are around 1 to 2 kg/h.
  • valves can be used, for example, which are disclosed, for example, in DE 102012 214 734 A1, DE 4111 537 A1, DE 102016 121 206 A1, DE 102006 040 311 A1 and DE 2813 090 A1.
  • valves In principle, two different types of valves can be used, namely a seat valve on the one hand and a slide valve or piston valve on the other.
  • seat valves have the disadvantage that they release a comparatively large flow cross-sectional area per stroke unit, so that they are not or only partially suitable for controlling the amounts of fuel required here with sufficient precision.
  • shut-off body designed as a piston is provided with a control groove, which releases a larger or smaller cross-sectional flow area depending on the position of the piston in the valve. Due to the principle, however, spool or piston valves have a certain amount of leakage. If, for example, a motor vehicle were not moved for a long period of time, a large quantity of fuel could accumulate in an uncontrolled manner, which could cause problems when igniting. In order to remedy this situation, it is known to connect a seat valve and a spool or piston valve in series.
  • the seat valve is used to seal a line without leaks, while the spool or piston valve is used to control the mass or volumetric flow.
  • the cost of providing them is relatively high here, since two components are required, which also require a corresponding amount of space.
  • the poppet valve and the spool or piston valve can be coordinated with each other in terms of control technology, which further increases the effort.
  • the object of one embodiment of the present invention is to propose a flow control valve with which even small mass flows can be regulated without leaks and with sufficient precision.
  • an embodiment of the invention is based on the object of specifying a method for operating such a flow control valve.
  • One embodiment of the invention relates to a flow control valve for controlling or regulating a mass flow of a fluid, comprising
  • a plunger which is movably mounted along the longitudinal axis and can be moved along the longitudinal axis by means of an actuation device that can be energized
  • o a valve seat, and - a piston, which o is mounted so that it can move along the longitudinal axis and can be moved by means of the ram along the longitudinal axis between a first end position and a second end position, o forms a through-channel that fluidically connects the first pressure chamber and the second pressure chamber at least in the second end position with each other, o has a sealing section which rests against the valve seat in the first end position and fluidly separates the first pressure chamber from the second pressure chamber in the first end position, and o has a control groove which provides a cross-sectional flow area which separates the passage channel and the first The pressure chamber or the passage channel and the second pressure chamber are fluidly connected to one another when the piston is between the first end position and the second end position, with the size of the flow cross-sectional area depending on the position of the piston between the first end position and the second end change position is cash.
  • the piston has on the one hand a sealing section and on the other hand a control groove.
  • the sealing section the flow control valve can be closed without leakage in the first end position. Consequently, the first end position can also be referred to as the closed position.
  • the control groove With the control groove, the flow cross-sectional area through which the fluid must flow can be selected depending on the position of the piston between the first and the second end position.
  • the fluid can in particular be fuel, which is used to heat up a catalyst by means of a burner the use of the flow control valve is not limited to any particular type of fluid.
  • the proposed flow control valve therefore combines the advantages of a seat valve (leak-free seal) with the advantages of a slide or piston valve (precise control of even the smallest mass flows).
  • control groove can have a depth that changes along the longitudinal axis. Since the depth of the cam can change linearly, so that it forms a certain angle of inclination to the longitudinal axis.
  • control groove can be manufactured in a particularly simple manner. However, it is just as possible to give the control groove a certain profile, so that the depth of the control groove does not change linearly. This can be desirable for technical control reasons.
  • control groove can have a width that changes along the longitudinal axis.
  • the width of the control groove can change linearly or by means of a certain profile. Both the changing width and the changing depth of the control groove ensure that the flow cross-sectional area changes depending on the position of the piston between the first end position and the second end position changes.
  • the mass flow can be set accordingly by the flow control valve.
  • the piston can be pretensioned by means of a first spring in the first end position.
  • the sealing section is in contact with the valve seat in the first end position.
  • the flow control valve is closed without leakage.
  • the piston is moved along the longitudinal axis with the aid of the plunger by means of an energizable actuating device.
  • the first spring ensures that the flow control valve is closed.
  • the first spring ensures that the flow control valve is closed when the motor vehicle in question is shut down and not in operation. An uncontrolled accumulation and/or escape of fuel is avoided.
  • the ram can have a first end face and a second end face and a ram bore running between the first end face and the second end face, the first end face interacting with the piston in order to move it and the ram bore is fluidically connected to the through-flow channel .
  • a third pressure chamber can be provided, into which the tappet bore opens at the second end face.
  • the plunger only has to oppose that exerted by the first spring Biasing force can be moved, but not against a dif- ferential pressure.
  • the actuating device can therefore either have smaller dimensions or be operated with a lower current.
  • the ram can be accelerated more quickly, so that control can take place more quickly and dynamically.
  • a further developed embodiment can be characterized in that the tappet is prestressed against the piston by means of a second spring.
  • the second spring supports the actuating device in moving the tappet, so that the tappet can also be accelerated more quickly as a result, which in turn leads to faster and more dynamic regulation.
  • the ram is prevented from hitting the piston in an uncontrolled manner. As a result, noise and damage are avoided.
  • the constant contact of the piston on the ram means that there is always a flow of force between the piston and the ram.
  • the flow control valve comprises a first screw plug for adjusting the biasing force of the first spring and/or a second screw plug for adjusting the biasing force of the second spring.
  • the first spring and the piston in the flow control valve are set to a specific flow rate at a specific flow during assembly.
  • the prestressing force of the second spring acting on the tappet and thus also on the piston can be adjusted with the second locking screw, with the prestressing force of the first spring and that of the second spring acting in opposite directions.
  • the flow control valve can be calibrated in this way and guarantee a common reference point for operation in the Vehicle and the parameter data stored there in order to be able to regulate the amount of fluid precisely.
  • a contact piston can be connected to the piston, the contact piston interacting with the first end face of the plunger.
  • the control groove can start from that piston end face which interacts with the tappet.
  • the end face in question can be damaged in the position on the plunger on the same.
  • This damage in turn, can also affect the control groove, which can change its shape.
  • the change in shape can cause a change in flow cross-sectional area, which can adversely affect the control or regulation of mass flow through the flow control valve.
  • the contact piston can be designed and arranged in such a way that the piston end face in question is protected, so that the influences on the control groove mentioned above can be prevented.
  • the contact piston can have a through bore which fluidly connects the through-channel and the tappet bore.
  • the contact piston can be essentially tubular and thus be designed in a simple manner. This ensures that the pressures in the first pressure chamber and in the third pressure chamber can equalize.
  • the contact piston can have at least one further bore opening into the through bore, which fluidically connects the through bore to the control groove. Consequently, the passage channel is also fluidly connected to the other bores.
  • the contact piston is integrated into the flow path of the fluid through the flow control valve. The constructive configuration of the contact piston can be kept simple as a result.
  • the first pressure chamber and the second pressure chamber as well as the valve seat can be formed from an insert part that can be inserted into the flow control valve.
  • the insert is also referred to as a "cartridge". The use of an insert simplifies the manufacture of the flow control valve significantly, so that the manufacturing costs can be kept low.
  • a further embodiment can be designed in such a way that a sealing element is arranged in the sealing section, which has a polygonal cross section in relation to a sectional plane running through the longitudinal axis.
  • the sealing elements are designed as O-rings, which have a circular or elliptical cross section. Due to the circular or elliptical cross-section, the O-rings have a comparatively small contact surface in the relevant groove, which results in a relatively strong deformation when the flow control valve is in the first end position and the O-ring is loaded accordingly. If the flow control valve is to be opened, the deformations must first be overcome, which requires a certain stroke. However, this hub is then no longer available for controlling the mass flows, which has a negative effect on the dynamics and the accuracy of the control.
  • the sealing element has a polygonal cross section, it can bear against the groove in question over a large area, as a result of which the deformation in the first end position is significantly reduced can be. As a result, the flow control valve opens even with smaller strokes, which improves the accuracy and the dynamics of the control of the mass flows.
  • it is particularly advisable to arrange the groove in question either in the valve housing or on the piston, which increases design freedom.
  • the flow control valve can have a temperature sensor for determining the temperature of the fluid in the inlet.
  • the viscosity and density of fluids are generally temperature dependent. Knowing the temperature of the fluid at the inlet can be taken into account when controlling the flow control valve and, in particular, when determining the axial position of the piston. As a result, the size of the flow cross-sectional area can be adjusted so that the required mass flow can be provided by the control valve regardless of the temperature of the fluid.
  • a further developed embodiment can be characterized in that the flow control valve has a first pressure sensor for determining the pressure of the fluid in the inlet.
  • the mass flow of the fluid through the flow control valve depends on the pressure of the fluid. As already described for the temperature, the pressure that the fluid has in the inlet can be taken into account when controlling the flow control valve. As a result, the desired mass flow can be set independently of the pressure of the fluid in the inlet.
  • the flow control valve may have a second pressure sensor for determining the pressure of the fluid in the outlet.
  • a second pressure sensor for determining the pressure of the fluid in the outlet.
  • atmospheric pressure prevails at the outlet.
  • a suction effect occurs, which in turn influences the mass flow through the flow control valve.
  • the flow control valve has both the first pressure sensor and the second pressure sensor, a differential pressure between the input and the output can be determined, which in turn can be taken into account when controlling the flow control valve, also with the aim of achieving the desired mass flow to be able to be set as precisely as possible by the flow control valve.
  • the flow control valve can also be used as a pressure control valve.
  • the injection nozzles can be designed in such a way that they allow a specific quantity of fuel to flow through over an available cross section and existing pressure.
  • This characteristic of an injection nozzle i.e. the relationship between the available cross-section, prevailing pressure and the resulting mass flow, can be stored on a corresponding unit.
  • the pressure can be used to control or regulate the mass flow through the injection nozzle to the burner by means of the pressure sensor.
  • the mass flow flowing through the control groove is pressure-dependent, which is why the pressure level upstream of the control groove is determined with the first pressure sensor in order to place the control groove in the correct position.
  • the second pressure sensor is used, for example, to determine the pressure in front of or at a throttle or orifice that is arranged downstream of the control groove.
  • one embodiment of the invention also relates to the use of the flow control valve according to one of the previous embodiments as a pressure control valve.
  • the term "flow control valve” can be replaced by the term "pressure control valve”.
  • a further developed embodiment can be characterized in that the flow control valve has a position determination unit for determining the piston.
  • the piston can be biased into the first end position by means of the first spring. Due to the friction of the piston on the adjacent components, a more or less large hysteresis occurs, which can change during operation of the flow control valve and can be influenced by dirt and particles.
  • the relationship set between the strength of the energization and the resulting position of the piston also changes. This can mean that the mass flow can no longer be controlled or regulated with the desired accuracy. Such hysteresis occurs particularly when the direction of movement of the piston is reversed. In particular, one cannot make a statement with the necessary certainty as to whether the flow control valve is actually in the first end position and is consequently closed. In this respect, a certain amount of leakage can occur unnoticed. If, for example, a motor vehicle would not be moved for a long time, a larger amount of fuel could collect in an uncontrolled manner, which could cause problems when igniting.
  • the position determination unit can include a contact switch, which generates a corresponding signal when the piston is in the first end position. Consequently, it can be determined whether the flow control valve is actually closed or not.
  • the position determination unit can also be designed in such a way that the current position of the piston can be determined continuously or quasi-continuously. Consequently, the actual position of the piston can be determined and compared with the target position. If there is a deviation, it can be corrected accordingly. A closed control loop can thus be implemented. It can also be determined if the piston should get stuck in the flow control valve. A corresponding warning signal can be issued, which indicates the corresponding fault and recommends a visit to the workshop.
  • One embodiment of the invention relates to an arrangement for controlling or regulating a mass flow of a fluid, with a flow control valve and a burner which has a combustion chamber, the flow control valve comprising at least one inlet and at least one outlet, the outlet being fluidically connected to the combustion chamber , a first pressure chamber which is fluidically connected to the inlet, a tappet which is mounted in the valve housing so that it can move along the longitudinal axis and can be moved along the longitudinal axis by means of an actuating device which can be energized, a valve seat, and a piston which is mounted in the valve housing so that it can be moved along the longitudinal axis and can be moved by means of the plunger along the longitudinal axis between a first end position and a second end position, o forms a passage channel which fluidly connects the first pressure chamber and the combustion chamber at least in the second end position, o has a sealing section which rests against the valve seat in the first end position and fluidly separates the first pressure chamber from the combustion chamber in the first end position
  • the burner injection nozzle is integrated into the flow control valve. Consequently, the injection nozzle can be directly controlled or regulated by means of the actuation device that can be energized, as a result of which the precision of the mass flow that is injected into the combustion chamber can be further increased. In addition, the number of components is reduced, which increases the reliability of the arrangement.
  • the piston has a swirl structure which causes the fluid to swirl as it flows into the combustion chamber.
  • the swirl structure can have grooves and/or projections, which specify a certain direction for the fluid, in particular impart a radial directional component.
  • the fuel used in the combustion chamber is better distributed compared to a piston without a swirl structure, resulting in finer particles that lead to better combustion.
  • a variant of the device relates to a device for controlling or regulating a mass flow of a fluid, comprising
  • a branch is arranged between the flow control valve and the combustion chamber, in which a low-pressure line branches off from the secondary line and opens into the combustion chamber, wherein
  • a first throttle and/or - A second throttle is arranged in the low-pressure line and
  • a low-pressure valve In the low-pressure line, a low-pressure valve are net angeord, which releases or blocks the secondary line and / or the low pressure line depending on the pressure between the flow control valve and the junction.
  • the first throttle can be a high-pressure throttle and the second throttle can be a low-pressure throttle. If only a small amount of heat is required, the fuel can be injected through the second throttle into the combustion chamber. At higher heat outputs, the fuel can be introduced into the combustion chamber through the first throttle at a higher pressure and a higher mass flow. The burner can thus be operated with different outputs. The mass flow of the fuel introduced into the combustion chamber can be better adapted to the heat output actually required. The fuel consumption can be reduced as a result.
  • return springs with a degressive or falling spring characteristic can be used. Once the pressure required to switch the valve is reached, there is no further resistance to the switching process and the maximum cross-section is released almost immediately. As a result of the falling force over the stroke, digital switching behavior occurs in the respective valves.
  • a throttle should also be understood to mean an aperture.
  • the Whether the pressure drop is temperature dependent or not is irrelevant.
  • One embodiment of the invention relates to a method for operating a flow control valve according to one of the previous embodiments, comprising the following steps:
  • FIG. 1 shows a perspective view of a first embodiment of a proposed flow control valve
  • FIG. 1 is a side view of the flow control valve shown in Figure 1
  • Figure 3 shows a sectional view through the flow control valve along the sectional plane A-A defined in Figure 2,
  • FIG. 4 shows an enlarged view of section B defined in FIG. 3,
  • FIG. 5 shows an enlarged representation of section C defined in FIG. 4,
  • FIG. 6 shows an enlarged representation of a second embodiment of a flow control valve based on the representation selected in FIG. 5,
  • FIG. 7A to 7D different versions of the cam
  • Figures 8A and 8B is an enlarged view of a third
  • FIGS. 9A and 9B show an enlarged representation of a fourth exemplary embodiment based on the representation chosen in FIG. 4,
  • FIG. 10 shows a circuit diagram of a first exemplary embodiment of a device for controlling or regulating a mass flow of a fluid
  • FIG. 11 shows a circuit diagram of a second exemplary embodiment of a device for controlling or regulating a mass flow of a fluid
  • FIG. 12 shows a circuit diagram of a third exemplary embodiment of a device for controlling or regulating a mass flow of a fluid
  • FIG. 13 shows a circuit diagram of a fourth exemplary embodiment of a device for controlling or regulating a mass flow of a fluid
  • FIG. 14 shows a circuit diagram of a fifth exemplary embodiment of a device for controlling or regulating a mass flow of a fluid
  • Figure 15 is a sectional view through a third second embodiment of the flow control valve.
  • FIG. 16 shows a partial representation of a piston with a swirl structure.
  • FIG. 1 and 2 is an embodiment of a flow control valve 10 according to the present invention based shown a perspective view or based on a soan view.
  • the flow control valve 10 has a valve housing 12 with an inlet 14 and an outlet 16 .
  • a supply line not shown here, can be ruled out, with which a fluid, for example fuel, can be supplied to the flow control valve 10 from a pressure source.
  • a discharge line also not shown, can be connected to the output 16, with which the fluid that has flowed through the flow control valve 10 can be passed on to a consumer, for example a burner (see FIG. 10 for example).
  • a temperature sensor 18 is attached to the valve housing 12, with which the temperature of the fluid in the input 14 is determined by whoever can.
  • a first pressure sensor 20 is attached to the housing 12 Ventilge, which serves to determine the pressure of the fluid in the input 14.
  • the flow control valve 10 includes a second pressure sensor 22 which can be used to determine the pressure of the fluid in the outlet 16 .
  • an actuating device 24 is shown in FIG. 1, which can be energized.
  • power connections 26 can be seen in FIG. The exact function of the actuating device 24 will be discussed in more detail below.
  • FIG. 3 shows a sectional illustration of the flow control valve 10 illustrated in FIGS. 1 and 2 along the sectional plane AA defined in FIG.
  • the valve housing 12 is designed as a valve block 28 and is consequently solid.
  • a sleeve-shaped insert part 30 is used, for which purpose the valve block 28 has a corresponding valve block bore 32 .
  • a first pressure chamber 34 is arranged, which is fluidly connected to an input bore 36 with the input 14.
  • the term "fluidically connected” can be understood below to mean that a fluid can flow between the fluidically connected components without these necessarily being mechanically connected to one another.
  • a piston 38 is mounted slidably along a longitudinal axis L defined by the valve block bore 32.
  • the piston 38 is pressed against a valve seat 46 formed by the insert part 30 by a first spring 44 .
  • the piston 38 is designed in such a way that the sealing section 40 rests against the valve seat 46, in this case with the O-ring 42.
  • a metallic sealing seat (not shown) can also be provided, in which the piston 38 has an outer cone , Which can be pressed against an inner cone of a spare part 30.
  • the first spring 44 is supported on a first screw plug 48 which is screwed into the spare part 30, as can be seen in particular from FIG. The prestressing of the first spring 44 can be adjusted with the first locking screw 48 .
  • a spare part 30 is covered with a cover 49 at the left end.
  • the piston 38 is provided with a through-channel 50 which includes a blind bore 52 and a number of radial bores 54 running perpendicularly to the longitudinal axis L in the area of the closed end.
  • a contact piston 56 is connected to the piston 38 at the free end of the passage channel 50 .
  • the contact piston 56 is equipped with egg ner through hole 58, which is approximately with the Passage channel 50 is aligned.
  • the contact piston 56 has a number of further bores 60 which run perpendicular to the longitudinal axis L and open into the passage bore 58 .
  • FIG. 5 shows the section C marked in FIG Piston end face 64 of the piston 38 goes out.
  • Figures 7A to 7D show some embodiments of this control groove 62.
  • Figures 7A to 7B are a basic plan view of the control groove 62 and of the piston 38
  • Figures 7C and 7D are a basic sectional view through the control groove 62 and consequently through the piston 38
  • the control groove 62 can have a width W that changes along the longitudinal axis L. While the width W of the control groove 62 shown in FIG. 7A changes linearly along the longitudinal axis L, the width W of the control groove 62 shown in FIG. 7B changes along the longitudinal axis L by means of a non-linear relationship.
  • FIGS. 7C and 7D show that the depth T of the control groove 62 along the longitudinal axis L can change.
  • the depth in the control groove 62 shown in FIG. 7C changes linearly along the longitudinal axis L
  • the depth T of the control groove 62 shown in FIG. 7D changes along the longitudinal axis L with a non-linear relationship.
  • the control groove 62 shown in FIG. 5 essentially corresponds to that shown in FIG. 7C.
  • the contact piston 56 is constructed in the shape of a mushroom and forms an edge 66 that protrudes radially outwards. This edge 66 projects along the longitudinal axis L beyond the piston end face 64, so that an intermediate space 68 is formed between the piston 38 and the edge 66.
  • This gap 68 joins the other bores 60 of the contact piston 56 radially outward Shen.
  • a second pressure chamber 70 is arranged in the spare part 30, which is fluidically connected to the outlet 16 by means of an outlet bore 72, which is particularly clear from FIG.
  • the actuating device 24 includes an electromagnet 74 with which a plunger 76 mounted concentrically to the longitudinal axis L can be displaced along the longitudinal axis L.
  • the plunger 76 has a first end face 78 which can be seen particularly well in FIG. 5 and which can be brought into contact with the contact piston 56 .
  • the tappet 76 has a second end face 80, which is shown in FIG. Between the first end face 78 and the second end face 80 there extends a tappet bore 82 which surface 80 opens into a third pressure chamber 83 on the second end face. It can be seen from FIG.
  • a second spring 84 is at least partially arranged in the third pressure chamber 83 and prestresses the plunger 76 against the contact piston 56 .
  • the second spring 84 is supported on a second locking screw 86, with which the biasing force of the second spring 84 can be adjusted.
  • the electromagnet 74 has a cone 94, an armature 96, a copper coil 98 and a non-magnetic sleeve.
  • the copper coil 98 can also consist of another suitable material. In this way it is achieved that the magnetic field is directed in such a way that the magnetic force applied by the electromagnet can be transmitted as effectively as possible to the plunger 76 and can be converted into a linear movement of the plunger.
  • the flow control valve 10 is operated in the following manner: In the de-energized state, which is shown in Figures 3 to 5, the piston 38 is pressed with the first spring 44 against the valve seat 46 so that the piston 38 assumes a first end position. in which the control valve is sealed leak-free in particular with the O-ring 42 . It is therefore a "normally closed” flow control valve 10.
  • the second spring 84 presses the plunger 76 against the contact piston 56. Since the biasing force exerted by the second spring 84 is less than the biasing force exerted by the first spring 44, the Piston 38 is not moved away from the valve seat 46.
  • the fluid which is present at the inlet 14 with a specific inlet pressure can only flow via the inlet bore 36 into the first pressure chamber 34 and up to the valve seat 46, but no further Now the actuator 24 is energized, the plunger 76 is moved to the contact piston 56 and the Kol ben 38, as a result of which the piston 38 together with the contact piston 56 against the direction of action of the biasing force the first spring 44 and against the valve seat 46 we kenden differential pressure between the input 14 and the output 16 is displaced. Based on the representation selected in FIGS. 3 to 5, the plunger 76, the contact piston 56 and the piston 38 are moved to the left. As a result, the sealing portion 40 is moved away from the valve seat 46.
  • the first pressure chamber 34 and the through-channel 50 are fluidically connected to one another, as a result of which the fluid flows from the first pressure chamber 34 through the through-channel 50 to the through-bore 58 and on through the others Holes 60 to the gap 68 between the piston 38 and the edge 66 of the contact piston 56 can flow.
  • the fluid also continues to flow through the ram bore 82 and the transverse bores 90 into the armature chamber 92 and into the third pressure chamber 83. This ensures that the hydraulic axial forces are compensated and the electromagnet 74 only works against the force of the first spring 44 works. The fluid can then flow into the control groove 62 .
  • the fluid can only flow completely through control groove 62 and into the second pressure chamber 70 occur. From there it can flow on to the outlet 16 via the outlet bore 72 .
  • the ram 76 has the ram bore 82 which runs between the first end face 78 and the second end face 80 . Consequently, the fluid can enter from the through hole 58 of the contact piston 56 into the ram hole 82 and from there continue to flow into the armature space 92 and the third pressure space 83 . This ensures that the pressure in the third pressure chamber 83 corresponds to the pressure in the first pressure chamber 34 .
  • the plunger 76, the contact piston 56 and the piston 38 must not be moved against a dif ference pressure as soon as fluid communication between the first pressure chamber 34 and the third pressure chamber 83 has been established. It can be seen in particular from FIG. 4 that a certain distance along the longitudinal axis L remains between the valve seat 46 and the radial bores 54 when the piston 38 is in the first end position. In the first end position, this distance is less than the overlap D already mentioned. As a result, the pressure equalization between the first pressure chamber 34 and the third pressure chamber 83 does not take place immediately after the piston 38 begins to move away from the valve seat 46, but first at O -Ring 42 is moved out of the valve seat 46.
  • the piston 38 must be moved by a certain distance in order to be able to produce the pressure equalization. As long as this pressure equalization has not yet been established, the piston 38, the contact piston 56 and the plunger 76 must be moved against the differential pressure, for which purpose the actuating device 24 can be subjected to a "peak current". As soon as the pressure equalization has been established , the piston 38, the contact piston 56 and the plunger 76 only have to be moved against the difference between the prestressing force of the first spring 44 and the prestressing force of the second spring 84. A significantly lower current is required for this Position of the piston 38, in which the pressure equalization has already been established, but the overlap D is indeed reduced ver, but not yet been completely eliminated. Therefore, no fluid can yet flow from the control groove 62 into the second pressure chamber 70 .
  • the prestressing force of the first spring 44 ensures that the piston 38 is displaced in the direction of the valve seat 46, to the right in FIGS.
  • the piston 38 has been displaced so far against the direction of action of the first spring 44, to the left in FIGS. 3 to 5, that the fluid flows directly from the space 68 between the piston 38 and the edge 66 of the contact piston 56 into the second pressure chamber 70 can flow, the control groove 62 loses its influence on the mass flow of the fluid through the flow control valve 10.
  • the piston 38 is in a second end position. In the second end position, a very high mass flow can be set.
  • the mass flow of the fluid through the flow control valve 10 depends not only on the size of the flow cross-sectional area released by the control groove 62, but also, among other things, on the temperature and pressure of the fluid in the input 14. For this reason, the temperature of the fluid in the Input 14 with the temperature sensor 18 and the pressure of the fluid in the input 14 with the first pressure sensor 20 determines who the. Atmospheric pressure is usually present at the outlet 16, so that the pressure of the fluid in the inlet 14 can also be used to determine a pressure difference.
  • the pressure of the fluid in the outlet 16 can be determined with the second pressure sensor 22 , so that a differential pressure between the inlet 14 and the outlet 16 can also be determined in the event of a negative pressure at the outlet 16 .
  • the temperature measured by the temperature sensor 18 and the pressures of the fluid measured by the first pressure sensor 20 and the second pressure sensor 22 can be taken into account when controlling the flow control valve 10.
  • the energization of the actuating device 24 can be selected in such a way that the desired mass flow through the Pressure control valve adjusts even with changing temperature and pressure conditions.
  • FIG. 6 shows a second exemplary embodiment of a flow control valve 10 based on the representation selected in FIG.
  • the essential structure of the flow control valve 10 according to the second embodiment corresponds largely to that of the first embodiment.
  • the manner in which the two flow control valves 10 are operated is also largely the same. However, if you compare the control grooves 62, you will find that the control groove 62 according to the one shown in Figure 6
  • the flow control valve 10 shown is greater than the control groove of the flow control valve 10 shown in FIG. 5.
  • the depth T cf. FIGS. 7A to 7D
  • the mass flow of the fluid that can flow through the control groove 62 is correspondingly greater, so that the flow control valve 10 shown in FIG 1 to 5 shown flow control valve 10 is suitable for cars.
  • a compensating ring 102 can be seen in FIG. 6, with which the position of the contact piston 56 with respect to the longitudinal axis L can be adjusted.
  • Different compensation rings 102 which have different extensions along the longitudinal axis L, can be used here. Manufacturing inaccuracies can be compensated with the compensation ring 102.
  • the first spring 44 and the piston 38 in the flow control valve 10 are set to a specific flow rate during assembly at a specific current.
  • the flow control valve 10 can be calibrated in this way and guarantee a common reference point for operation in the vehicle and the parameters stored there, in order to be able to precisely control the amount of fuel.
  • FIG. 8A a third embodiment of a flow control valve 10 based on the ge selected in Figure 4 is shown enlarged detail.
  • the flow control valve 10 is in the first end position, while in FIG. 8B it is between the first end position and the second end position.
  • the main difference lies in the design of the sealing element 41, which in the third exemplary embodiment shown here is not designed as an O-ring 42, but which has a planar polygonal cross section in relation to a section running through the longitudinal axis L.
  • the sealing element 41 is arranged in a piston 38 arranged in the sealing element groove 43 at.
  • the sealing element 41 has a rectangular cross section. In the first end position (see FIG. 8A), the sealing element 41 rests against the valve seat 46 and is correspondingly deformed. In order to allow the deformation, 46 free spaces are provided radially outside of the valve seat.
  • FIG. 9A a fourth exemplary embodiment of a flow control valve 10 based on the representation selected in FIG. 4 is shown in an enlarged detail.
  • the flow control valve 10 is in the first end position, while in FIG. 9B it is between the first end position and the second end position.
  • the sealing element 41 has a planar polygonal cross section in relation to a section running through the longitudinal axis L. In this case, the sealing element 41 is equipped with a pentagonal cross section.
  • the sealing element 41 is arranged in a spare part 30 located in a sealing element groove 43.
  • the sealing element 41 Due to the pentagonal cross section, the sealing element 41 forms a conical sealing surface, with which the sealing element 41 comes into contact in the first end position with a corresponding conical sealing surface of the piston 38 (see FIG. 9A). In the first end position, the piston 38 is at a Contact surface 104 of the insert part 30 at. This prevents the sealing element 41 from being subjected to excessive loads and correspondingly severe deformation, which in extreme cases could lead to the sealing element 41 being destroyed.
  • the flow control valve 10 opens at a lower stroke than is the case in comparison to the O-ring 42, in which only the defor regulations must be overcome so that the flow control valve 10 opens.
  • FIG. 10 shows a circuit diagram of a first exemplary embodiment of a device 106i for controlling or regulating a mass flow of a fluid.
  • the device 106i has a fluid reservoir 108 in which a fluid, in this case a fuel, can be stored.
  • a main line 110 is connected to the fluid reservoir 108, through which the fluid can be conveyed to a consumer 112, for example to a combustion engine.
  • a feed pump 114 is arranged, which promotes the fluid to the consumer 112 and provides the system pressure required for this purpose.
  • a pressure control valve 116 is arranged in the main line 110 to ensure that the necessary system pressure is present at the consumer 112 .
  • Seen from the feed pump 114 behind the pressure control valve 116 from a branch 118 is provided, at which a secondary line 124 branches off from the main line 110, which opens into a combustion chamber 119 egg Nes burner 17.
  • a secondary line 124 branches off from the main line 110, which opens into a combustion chamber 119 egg Nes burner 17.
  • the flow control valve 10 is arranged behind it. It can also be seen in FIG. 10 that the flow control valve 10 has a position determination unit 120 with which the position of the piston 38 can be determined. Seen from the junction 118 behind the flow control valve 10 of the already mentioned burner 17 is arranged.
  • the position determination unit 120 can be integrated into a control loop.
  • the position determination unit 120 is able to determine the current actual position of the piston 38 and consequently also the flow cross-sectional area released by the control groove 62 and to compare it with the target position. In the event of deviations, the difference between the actual position and the target position can be reduced and ideally set to zero by means of a corresponding energizing of the actuating device 24 .
  • FIG. 11 shows a circuit diagram of a second exemplary embodiment of the device IO6 2 .
  • the main structure corresponds to that of the device IO6 1 according to the first exemplary embodiment of the device IO6 1 shown in FIG. 10, which is why the main differences are discussed below.
  • the flow control valve 10 includes not only the first pressure sensor 20 but also the second pressure sensor 22.
  • the first pressure sensor 20 is arranged upstream of the control groove 62 and the second pressure sensor 22 is arranged downstream of the control groove 62.
  • the flow control valve 10 is designed as a 3/2 valve.
  • the additional output is pressureless ver connected to the fluid reservoir 108 and serves to relieve pressure.
  • the flow control valve 10 in this embodiment can be used as a pressure control valve.
  • the mass flow of the fluid to the burner 17 can be controlled or regulated with the pressure.
  • FIG. 12 shows a circuit diagram of a third exemplary embodiment of the device 106 3 .
  • the main structure corresponds to that of the device IO6 1 according to the first exemplary embodiment of the device IO6 1 shown in FIG. 10, which is why the main differences are discussed below.
  • a branch 122 in which a low-pressure line 126 branches off from the secondary line 124 and opens into the combustion chamber 119 .
  • the second pressure sensor 22 is arranged between the flow control valve 10 and the branch 122 .
  • a first throttle 128 is arranged in the secondary line 124 and a second throttle 130 is arranged in the low-pressure line 126 .
  • the first throttle 128 has a larger flow cross-sectional area than the second throttle 130.
  • a bypass valve 132 is arranged in the bypass line 124 and a low-pressure valve 134 is arranged in the low-pressure line 126.
  • the bypass valve 132 is designed as a check valve and the low-pressure valve 134 as a pressure-controlled 2/2 valve.
  • the low-pressure valve 134 is connected to the secondary line 124 for switching purposes between the branch 122 and the low-pressure valve 134 .
  • first choke 128 and the second choke 130 are located adjacent to the combustor chamber 119 and the fluid from the first choke 128 or the second choke 130 flows more or less directly into the combustion chamber, the first choke 128 and the second Throttle 130 Part of an injection nozzle 135.
  • a certain pressure is provided by means of the flow control valve 10 downstream of the same. It should be assumed that this pressure is lower than a certain switching pressure, which should be 3 bar in the exemplary embodiment shown.
  • the low-pressure valve 134 is designed in such a way that it is open as long as the pressure between the flow control valve 10 and the branch 122 is lower than the switching pressure.
  • the bypass valve 132 closes the secondary line 124 behind the branch 122, as a result of which the fluid flows through the low-pressure line 126 and then through the second throttle 130 into the combustion chamber 119. Since a low pressure leads to a low mass flow, this condition arises when the burner 17 only has to emit a small amount of heat.
  • the flow control valve 10 sets the mass flow correspondingly high, which is typically accompanied by an increase in pressure. If the pressure between the flow control valve 10 and the branch 122 exceeds the switching pressure, the bypass valve 132 opens on the one hand and the low-pressure valve 134 closes on the other hand due to the increased pressure in the bypass line 124. The fluid consequently flows through the bypass line 124 and through the first throttle 128130 into the combustion chamber 119.
  • bypass valve 132 closes and the low-pressure valve 134 opens, so that the fluid flows back through the low-pressure line 126 and the second throttle 130 into the combustion chamber 119 adjust the required heat output of the burner 17 better, as a result of which the amount of un burned fuel can be reduced.
  • the flow control valve 10 is designed as a pressure control valve.
  • FIG. 13 shows a circuit diagram of a fourth exemplary embodiment of the device IO6 4 .
  • the essential structure corresponds to that of the device 106 3 according to the third exemplary embodiment illustrated in FIG. 12, which is why the essential differences are discussed below.
  • bypass line 124 processing valve 132 is formed out as a pressure-controlled 2/2-way valve. As long as the pressure of the fluid between the flow control valve 10 and the branch 122 is below the switching pressure, the bypass valve 132 blocks the passage through the bypass 124. The fluid then flows through the low-pressure line 126 and the second throttle 128-130 into the combustion chamber 119. If the pressure between the flow control valve 10 and the branch 122 rises above the switching pressure, the secondary line valve 132 opens the passage through the secondary line 124. The fluid then flows through the secondary line 124 and the first throttle 128 as well as through the low-pressure line 126 and the second throttle 130 into the combustion chamber 119.
  • the flow control valve 10 is designed as a pressure control valve.
  • FIG. 14 shows a circuit diagram of a fifth exemplary embodiment of the device IO6 5 .
  • Device IO6 5 has an arrangement 136 for controlling or regulating a mass flow, which is suitable for a high-pressure injection nozzle 135 (for example for pressures of approximately 3 bar).
  • the device 1065 does not have a switching option like the devices 1063, 1064 shown in FIGS.
  • the volume flow for the injection nozzle 135 can be adjusted by means of the pressure sensor 22 .
  • the flow control valve 10 is designed as a pressure control valve.
  • FIG. 15 shows a flow control valve 10 according to a third exemplary embodiment. For the sake of simplicity, only the most important reference symbols are shown. Reference is made in particular to FIGS. 3 and 4 for the other reference symbols.
  • the device IO6 5 is constructed as described in FIG.
  • the main difference is that the first pressure chamber 34 and the second pressure chamber 70 are separate from one another and, regardless of the position of the piston 38, cannot be fluidically connected to one another at least directly, as is the case in the first and second exemplary embodiments of the flow control valve 10.
  • the valve seat 46 is located at a free end 138 of a tubular boss 140 which is secured to the valve body 12, such as by bolting.
  • the piston 38 is mounted along the longitudinal axis L by means of a first bearing section 142 in the valve housing 12 and by means of a second bearing section 144 in the projection 140 .
  • the first pressure chamber 34 and the second pressure chamber 70 are fluidically separated from one another by the first bearing section 142 .
  • the through-channel 50 is at least partially formed by the annular space between the piston 38 and the projection 140 .
  • the piston 38 has a funnel-shaped free piston end 146, the outer contour of which corresponds approximately to the inner contour of the valve seat 46 and the sealing section 40 forms.
  • the through-channel 50 opens into the combustion chamber 119 of the burner 17 in the area of the valve seat 46.
  • the piston 38 closes the valve seat 46. If the piston 38 is moved into the second end position as a result of a corresponding energization of the actuating device 24 (in FIG 15 to the left), a flow cross-sectional area is released between the passage 50 and the piston 38 in the area of the valve seat 46, through which the fluid flows from the first pressure chamber 34 into the combustion chamber 119 can flow.
  • the size of the cross-sectional flow area can be varied depending on the position of the piston 38 between the first extreme position and the second extreme position. Due to the proximity to the combustion chamber 119, no sealing element 41 is used here.
  • the position determination unit 120 for determining the position of the piston 38 can be seen in FIG.
  • the position determination unit 120 is arranged in the area of the third pressure chamber 83 and includes a Hall sensor.
  • the position determining unit 120 indirectly detects the position of the piston 38 in that it detects the position of the plunger 76 which, however, as described, interacts with the piston 38 and consequently performs the same movement as the piston 38 .
  • first pressure chamber 34 and the second pressure chamber 70 are fluidically separated from one another by means of the first bearing section 142 . But you can fluidly connect the first pressure chamber 34 and the second pressure chamber 70 with a connec tion line, not shown. As a result, the same pressures prevail in the first pressure chamber 34, in the second pressure chamber 70 and in the third pressure chamber 83, so that the actuating device 24 does not have to work against a pressure difference between the first pressure chamber 34 and the second pressure chamber 70.
  • the second pressure chamber 70 and the third pressure chamber 83 can also be relieved without pressure towards the fluid reservoir 108 using the outlet bore 72 .
  • the piston 38 can also be referred to as a nozzle needle.
  • the outward-opening piston 38 can also open inward, thereby opening a nozzle bore to the burner 17, in which case the principle of action is reversed.
  • the actuating device 24 changes direction and can thereby open the injection nozzle 135 .
  • a further flow control valve 147 can be arranged in the secondary line 124 to further refine the adjustment of the mass flow.
  • FIG. 16 shows the piston 38 in the area of the funnel-shaped free piston end 146 using an isolated representation.
  • the piston 38 has a swirl structure 148 which is implemented as a multiplicity of swirl grooves 150 in the exemplary embodiment shown. Relative to the longitudinal axis L, the spiral grooves 150 have a helical course. When the fluid flows from passage 50 into combustion chamber 119, swirl grooves 150 impart a radial directional component to the fluid, so that the fluid enters combustion chamber 119 with a swirl. Mixing with the air in the combustion chamber 119 is improved as a result.
  • first pressure sensor 22 second pressure sensor 24 actuating device 26 power connection 28 valve block
  • valve block bore 34 first pressure chamber 36 inlet bore 38 piston

Abstract

The present invention relates to a flow control valve (10) for closed-loop or open-loop controlling of a mass flow of a fluid, comprising an inlet (14) and at least one outlet (16), a first pressure chamber (34) which is connected fluidically to the inlet (14), a second pressure chamber (70) which is connected fluidically to the outlet (16), a tappet (76), a valve seat (46), and a piston (38) which is mounted in the valve housing (12) movably along the longitudinal axis (L) and can be moved by means of the tappet (76) along the longitudinal axis (L) between a first end position and a second end position, forms a passage channel (50) which connects the first pressure chamber (34) and the second pressure chamber (70) to one another fluidically at least in the second end position, has a sealing portion (40) which bears against the valve seat (46) in the first end position and disconnects the first pressure chamber (34) from the second pressure chamber (70) fluidically in the first end position, and has a control groove (62) which provides a flow cross-sectional area which connects the passage channel (50) and the first pressure chamber (34) or the passage channel (50) and the second pressure chamber (70) to one another fluidically when the piston (38) is situated between the first end position and the second end position, wherein the size of the flow cross-sectional area is variable in a manner which is dependent on the position of the piston (38) between the first end position and the second end position. Moreover, the invention relates to a method for operating a flow control valve (10) of this type.

Description

Stromregelventil zum Steuern oder Regeln eines Massenstroms eines Fluids, Anordnung mit einem solchen Stromregelventil so wie Verfahren zum Betreiben eines derartigen Stromregelventils Flow control valve for controlling or regulating a mass flow of a fluid, arrangement with such a flow control valve and method for operating such a flow control valve
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stromregelventil zum Steuern oder Regeln eines Massenstroms eines Fluids. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Anordnung mit einem solchen Stromregelventil sowie ein Verfahren zum Betreiben eines der artigen Stromregelventils. The present invention relates to a flow control valve for controlling or regulating a mass flow of a fluid. In addition, the invention relates to an arrangement with such a flow control valve and a method for operating such a flow control valve.
Katalysatoren, welche zur Abgasnachbehandlung von Abgasen ein gesetzt werden, die von Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeu gen ausgestoßen werden, benötigen eine Mindestbetriebstempera tur, um die Abgase vollumfänglich behandeln zu können. Die Un tergrenze der Mindestbetriebstemperatur liegt in etwa in einem Bereich von 160°C bis 180°C. Bislang ist die im Abgas enthal tene thermische Energie zum Aufheizen des Katalysators verwen det worden, was jedoch zu der Situation führt, dass die Min- destbetriebstemperaturen durchschnittlich erst nach einer Min- destbetriebsdauer des Verbrennungsmotors von 10 Minuten oder länger erreicht werden. Die Mindestbetriebsdauer hängt von vielen Faktoren ab, von denen die Außentemperatur und die Art der gefahrenen Strecke zwei der wichtigsten Faktoren sind. Je niedriger die Außentemperaturen, desto länger die Mindestbe triebsdauer. Unter der Art der gefahrenen Strecke ist insbe sondere das Geschwindigkeitsprofil zu verstehen. Wird im „Stop-and-Go"-Modus gefahren, ist die Mindestbetriebsdauer länger als wenn konstant bei höheren Geschwindigkeiten gefah ren wird. Hinzu kommt, dass aus Gründen der Verbrauchseinspa rung moderne Fahrzeuge mit einer Start-Stopp-Automatik ausge stattet sind, welche im „Stop-and-Go"-Modus den Verbrennungs motor bei Stillstand abschaltet, wodurch die Mindestbetriebs dauer weiter verlängert wird. Untersuchungen haben gezeigt, dass in vielen Fällen ein Kraft fahrzeug nicht länger als 10 Minuten ununterbrochen betrieben wird. Folglich werden die ausgestoßenen Abgase in vielen Fäl len nicht oder nur teilweise nachbehandelt, was zu entspre chend hohen Schadstoffkonzentrationen insbesondere in Groß städten führt. Catalytic converters, which are used for the aftertreatment of exhaust gases that are emitted by internal combustion engines of motor vehicles, require a minimum operating temperature in order to be able to treat the exhaust gases in full. The lower limit of the minimum operating temperature is approximately in the range of 160°C to 180°C. So far, the thermal energy contained in the exhaust gas has been used to heat up the catalytic converter, which, however, leads to the situation that the minimum operating temperatures are only reached after the combustion engine has been in operation for at least 10 minutes on average. The minimum operating time depends on many factors, of which the outside temperature and the type of route driven are two of the most important factors. The lower the outside temperatures, the longer the minimum operating time. The type of route traveled is to be understood in particular as the speed profile. If you drive in "stop-and-go" mode, the minimum operating time is longer than if you drive constantly at higher speeds. In addition, modern vehicles are equipped with an automatic start-stop system to save fuel in "stop-and-go" mode, switches off the combustion engine when it is stationary, which further extends the minimum operating time. Studies have shown that in many cases a motor vehicle is not operated continuously for more than 10 minutes. As a result, the emitted exhaust gases are in many cases not or only partially treated, which leads to correspondingly high concentrations of pollutants, especially in large cities.
Um den hohen Schadstoffkonzentrationen entgegenzuwirken, ist die „Abgasnorm Euro 7" erlassen worden. Um diese Abgasnorm er füllen zu können, ist es notwendig, den Katalysator eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor innerhalb von 1 Minute auf die oben genannte Betriebstemperatur zu bringen. Hierzu reicht die im Abgas enthaltene thermische Energie nicht aus, weshalb der Katalysator aktiv beheizt werden muss. In order to counteract the high concentrations of pollutants, the "Euro 7 emission standard" was issued. In order to be able to meet this emission standard, it is necessary to bring the catalytic converter of a motor vehicle with a combustion engine to the above-mentioned operating temperature within 1 minute The thermal energy contained in the exhaust gas is not sufficient, which is why the catalytic converter has to be actively heated.
Hierzu ist es bekannt, elektrische Heizungen zu verwenden. Zur Aufheizung des Katalysators von der Umgebungstemperatur bis zu der oben genannten Betriebstemperatur ist jedoch eine hohe Leistung erforderlich, welche im Bereich von lObis 30 kW und darüber liegt. Die üblicherweise eingesetzten Fahrzeugbatte rien kommen hierbei schnell an Grenzen, wobei Hybridfahrzeuge besonders betroffen sind. For this purpose it is known to use electric heaters. However, to heat the catalytic converter from ambient temperature to the above-mentioned operating temperature, high power is required, which is in the range from 10 to 30 kW and more. The commonly used vehicle batteries quickly reach their limits, with hybrid vehicles being particularly affected.
Um die Fahrzeugbatterien zu schonen, kann der Katalysator an stelle von elektrischer Energie mit der im Brennstoff enthal tenen chemischen Energie beheizt werden. Ein entsprechender Brenner, mit welchem der Katalysator auf die Betriebstempera tur aufgeheizt wird und in welchen der Brennstoff unter Ver wendung von Einspritzdüsen eingespritzt wird, benötigt aber nur sehr geringe Mengen von Brennstoff. Die entsprechenden Massenströme liegen bei ca. 1 bis 2 kg/h. Um den Katalysator möglichst brennstoffsparend auf die Betriebstemperatur zu bringen, ist es daher notwendig, kleinste Massenströme von Brennstoff exakt zu regeln. Hierzu können beispielsweise Ven tile eingesetzt werden, die beispielsweise in der DE 102012 214 734 Al, der DE 4111 537 Al, der DE 102016 121 206 Al, der DE 102006 040 311 Al und der DE 2813 090 Al offenbart sind. In order to protect the vehicle batteries, the catalytic converter can be heated with the chemical energy contained in the fuel instead of electrical energy. However, a corresponding burner, with which the catalyst is heated to the operating temperature and in which the fuel is injected using injection nozzles, requires only very small amounts of fuel. The corresponding mass flows are around 1 to 2 kg/h. In order to bring the catalytic converter up to the operating temperature in the most fuel-efficient manner possible bring, it is therefore necessary to precisely regulate the smallest mass flows of fuel. For this purpose, valves can be used, for example, which are disclosed, for example, in DE 102012 214 734 A1, DE 4111 537 A1, DE 102016 121 206 A1, DE 102006 040 311 A1 and DE 2813 090 A1.
Grundsätzlich können zwei verschiedene Arten von Ventilen ein gesetzt werden, nämlich zum einen ein Sitzventil, und zum an deren ein Schieber- oder Kolbenventil. Sitzventile haben je doch den Nachteil, dass sie pro Hubeinheit eine vergleichs weise große Strömungsquerschnittsfläche freigeben, so dass sie sich nicht oder nur bedingt eignen, die hier benötigten Mengen an Brennstoff mit der ausreichenden Präzision zu regeln. In principle, two different types of valves can be used, namely a seat valve on the one hand and a slide valve or piston valve on the other. However, seat valves have the disadvantage that they release a comparatively large flow cross-sectional area per stroke unit, so that they are not or only partially suitable for controlling the amounts of fuel required here with sufficient precision.
Die Regelung von kleinsten Brennstoffmengen lässt sich mit ei nem Schieber- oder Kolbenventil deutlich einfacher umsetzen. Hierbei ist der als Kolben ausgebildete Absperrkörper mit ei ner Steuernut versehen, welche je nach Stellung des Kolbens im Ventil eine größere oder kleinere Strömungsquerschnittsfläche freigibt. Prinzipbedingt weisen jedoch Schieber- oder Kolben ventil eine gewisse Leckage auf. Wenn beispielsweise ein Kraftfahrzeug längere Zeit nicht bewegt werden würde, könnte sich eine große Menge an Brennstoff unkontrolliert ansammeln, welche beim Entzünden Probleme bereiten kann. Um eine Abhilfe für diese Situation zu schaffen, ist es bekannt, ein Sitzven til und ein Schieber- oder Kolbenventil in Reihe zu schalten. Das Sitzventil dient dazu, eine Leitung leckagefrei abzudich ten, während das Schieber- oder Kolbenventil zur Regelung des Masse- oder Volumenstroms verwendet wird. Allerdings ist hier der Aufwand zur Bereitstellung relativ hoch, da zwei Bauteile benötigt werden, die zudem einen entsprechenden Bauraum benö tigen. Darüber hinaus müssen das Sitzventil und das Schieber- oder Kolbenventil regelungstechnisch aufeinander abgestimmt werden, wodurch der Aufwand weiter steigt. Controlling the smallest amounts of fuel is much easier to implement with a slide or piston valve. Here, the shut-off body designed as a piston is provided with a control groove, which releases a larger or smaller cross-sectional flow area depending on the position of the piston in the valve. Due to the principle, however, spool or piston valves have a certain amount of leakage. If, for example, a motor vehicle were not moved for a long period of time, a large quantity of fuel could accumulate in an uncontrolled manner, which could cause problems when igniting. In order to remedy this situation, it is known to connect a seat valve and a spool or piston valve in series. The seat valve is used to seal a line without leaks, while the spool or piston valve is used to control the mass or volumetric flow. However, the cost of providing them is relatively high here, since two components are required, which also require a corresponding amount of space. In addition, the poppet valve and the spool or piston valve can be coordinated with each other in terms of control technology, which further increases the effort.
Weitere Ventile sind beispielsweise in der DE 102012 214 734 Al, der DE 4111 537 Al, der DE 102016 121 206 Al, der DE 10 2006 040 311 Al und der DE 28 13 090 Al offenbart. Further valves are disclosed, for example, in DE 102012 214 734 A1, DE 4111 537 A1, DE 102016 121 206 A1, DE 10 2006 040 311 A1 and DE 28 13 090 A1.
Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, ein Stromregelventil vorzuschlagen, mit welchem auch kleine Massenströme leckagefrei und mit einer ausreichenden Präzision geregelt werden können. Darüber hinaus liegt einer Ausbildung der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Stromregelventils anzugeben. The object of one embodiment of the present invention is to propose a flow control valve with which even small mass flows can be regulated without leaks and with sufficient precision. In addition, an embodiment of the invention is based on the object of specifying a method for operating such a flow control valve.
Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen 1, 17 und 21 an gegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. This object is achieved with the features given in claims 1, 17 and 21. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Stromregelven til zum Steuern oder Regeln eines Massenstroms eines Fluids, umfassend One embodiment of the invention relates to a flow control valve for controlling or regulating a mass flow of a fluid, comprising
- mindestens einen Eingang und mindestens einen Ausgang,- at least one input and at least one output,
- einen mit dem Eingang fluidisch verbundenen ersten Druck raum, - a fluidically connected to the input first pressure chamber,
- einen mit dem Ausgang fluidisch verbundenen zweiten Druckraum, wobei der erste Druckraum entlang einer Längs achse axial versetzt zum zweiten Druckraum angeordnet ist, - a fluidically connected to the outlet second pressure chamber, wherein the first pressure chamber along a longitudinal axis is arranged axially offset to the second pressure chamber,
- einen Stößel, der entlang der Längsachse bewegbar gela gert und mittels einer bestrombaren Betätigungseinrich tung entlang der Längsachse bewegbar ist, - a plunger, which is movably mounted along the longitudinal axis and can be moved along the longitudinal axis by means of an actuation device that can be energized,
- einen Ventilsitz, und - einen Kolben, welcher o entlang der Längsachse bewegbar gelagert und mittels des Stößels entlang der Längsachse zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung be wegbar ist, o einen Durchtrittskanal bildet, der den ersten Druck raum und den zweiten Druckraum zumindest in der zweiten Endstellung fluidisch miteinander verbindet, o einen Dichtabschnitt aufweist, der in der ersten Endstellung am Ventilsitz anliegt und in der ersten Endstellung den ersten Druckraum fluidisch vom zwei ten Druckraum trennt, und o eine Steuernut aufweist, die eine Strömungsquer schnittsfläche bereitstellt, welche den Durchtritts kanal und den ersten Druckraum oder den Durchtritts kanal und den zweiten Druckraum fluidisch miteinan der verbindet, wenn sich der Kolben zwischen der ersten Endstellung und der zweiten Endstellung be findet, wobei die Größe der Strömungsquerschnittflä che in Abhängigkeit der Position des Kolbens zwi schen der ersten Endstellung und der zweiten End stellung veränderbar ist. - a valve seat, and - a piston, which o is mounted so that it can move along the longitudinal axis and can be moved by means of the ram along the longitudinal axis between a first end position and a second end position, o forms a through-channel that fluidically connects the first pressure chamber and the second pressure chamber at least in the second end position with each other, o has a sealing section which rests against the valve seat in the first end position and fluidly separates the first pressure chamber from the second pressure chamber in the first end position, and o has a control groove which provides a cross-sectional flow area which separates the passage channel and the first The pressure chamber or the passage channel and the second pressure chamber are fluidly connected to one another when the piston is between the first end position and the second end position, with the size of the flow cross-sectional area depending on the position of the piston between the first end position and the second end change position is cash.
Der Kolben weist einerseits einen Dichtabschnitt und anderer seits eine Steuernut auf. Mit dem Dichtabschnitt kann das Stromregelventil in der ersten Endstellung leckagefrei ge schlossen werden. Folglich kann die erste Endstellung auch als Verschlussstellung bezeichnet werden. Mit der Steuernut kann die Strömungsquerschnittsfläche, welche das Fluid durchströmen muss, in Abhängigkeit der Position des Kolbens zwischen der ersten und der zweiten Endstellung gewählt werden. Das Fluid kann dabei insbesondere Brennstoff sein, der zum Aufheizen ei nes Katalysators mittels eines Brenners verwendet wird, wobei die Verwendung des Stromregelventils nicht auf eine bestimmte Art von Fluid begrenzt ist. Das vorschlagsgemäße Stromregel ventil vereint daher die Vorteile eines Sitzventils (leckage freie Abdichtung) mit den Vorteilen eines Schieber- oder Kol benventils (präzise Regelung selbst kleinster Massenströme). Eine Steuer- und regelungstechnische Abstimmung, wie sie bei in Reihe geschalteten Sitzventilen und Schieber- oder Kolben ventilen notwendig ist, entfällt. Zudem lässt sich Bauraum einsparen, da das Stromregelventil kompakter ausgestaltet wer den kann als separate Sitzventile und Schieber- oder Kolben ventile. Da nur ein Ventil gefertigt werden muss, wird ein Beitrag zum ressourcenschonenden Umgang mit Rohstoffen geleis tet. Bei einer ausreichenden Stückzahl sind auch Kostenvor teile zu erwarten. The piston has on the one hand a sealing section and on the other hand a control groove. With the sealing section, the flow control valve can be closed without leakage in the first end position. Consequently, the first end position can also be referred to as the closed position. With the control groove, the flow cross-sectional area through which the fluid must flow can be selected depending on the position of the piston between the first and the second end position. The fluid can in particular be fuel, which is used to heat up a catalyst by means of a burner the use of the flow control valve is not limited to any particular type of fluid. The proposed flow control valve therefore combines the advantages of a seat valve (leak-free seal) with the advantages of a slide or piston valve (precise control of even the smallest mass flows). There is no need for coordination of control and regulation technology, as is necessary with seat valves and spool or piston valves connected in series. In addition, installation space can be saved since the flow control valve can be made more compact than separate seat valves and spool or piston valves. Since only one valve has to be manufactured, a contribution is made to the resource-saving use of raw materials. If there is a sufficient quantity, cost advantages can also be expected.
Nach Maßgabe einer weiteren Ausführungsform kann die Steuernut eine sich entlang der Längsachse ändernde Tiefe aufweisen. Da bei kann sich die Tiefe der Steuernut linear ändern, so dass sie einen gewissen Neigungswinkel zur Längsachse bildet. In dieser Ausführungsform lässt sich die Steuernut besonders ein fach fertigen. Es ist jedoch genauso gut möglich, der Steu ernut ein gewisses Profil zu geben, so dass sich die Tiefe der Steuernut nicht linear ändert. Dies kann aus regelungstechni- schen Gründen erwünscht sein. According to a further embodiment, the control groove can have a depth that changes along the longitudinal axis. Since the depth of the cam can change linearly, so that it forms a certain angle of inclination to the longitudinal axis. In this embodiment, the control groove can be manufactured in a particularly simple manner. However, it is just as possible to give the control groove a certain profile, so that the depth of the control groove does not change linearly. This can be desirable for technical control reasons.
In einer weitergebildeten Ausführungsform kann die Steuernut eine sich entlang der Längsachse ändernde Breite aufweisen. Auch hier kann sich die Breite der Steuernut linear oder mit tels eines gewissen Profils ändern. Sowohl die sich ändernde Breite als auch die sich ändernde Tiefe der Steuernut sorgen dafür, dass sich die Strömungsquerschnittsfläche in Abhängig keit der Position des Kolbens zwischen der ersten Endstellung und der zweiten Endstellung ändert. Entsprechend lässt sich der Massenstrom durch das Stromregelventil einstellen. In a further developed embodiment, the control groove can have a width that changes along the longitudinal axis. Here, too, the width of the control groove can change linearly or by means of a certain profile. Both the changing width and the changing depth of the control groove ensure that the flow cross-sectional area changes depending on the position of the piston between the first end position and the second end position changes. The mass flow can be set accordingly by the flow control valve.
Bei einer weitergebildeten Ausführungsform kann der Kolben mittels einer ersten Feder in die erste Endstellung vorge spannt werden. Wie erwähnt, liegt der Dichtabschnitt in der ersten Endstellung am Ventilsitz an. Infolgedessen wird das Stromregelventil leckagefrei geschlossen. Wie ebenfalls er wähnt, wird der Kolben unter Zuhilfenahme des Stößels mittels einer bestrombaren Betätigungseinrichtung entlang der Längs achse verschoben. Für den Fall, dass aus welchen Gründen auch immer die Stromversorgung ausfallen sollte, wird mit der ers ten Feder gewährleistet, dass das Stromregelventil geschlossen ist. Insbesondere dann, wenn das Stromregelventil zum Steuern oder Regeln eines Massenstroms eines Brennstoffs verwendet wird, mit welchem ein Katalysator auf die Betriebstemperatur aufgeheizt wird, gewährleistet die erste Feder, dass das Stromregelventil geschlossen wird, wenn das betreffende Kraft fahrzeug abgestellt und nicht betrieben wird. Ein unkontrol liertes Ansammeln und/oder Austreten von Brennstoff wird ver mieden. In a further developed embodiment, the piston can be pretensioned by means of a first spring in the first end position. As mentioned, the sealing section is in contact with the valve seat in the first end position. As a result, the flow control valve is closed without leakage. As he also mentions, the piston is moved along the longitudinal axis with the aid of the plunger by means of an energizable actuating device. In the event that the power supply fails for whatever reason, the first spring ensures that the flow control valve is closed. In particular, when the flow control valve is used to control or regulate a mass flow of a fuel with which a catalytic converter is heated to the operating temperature, the first spring ensures that the flow control valve is closed when the motor vehicle in question is shut down and not in operation. An uncontrolled accumulation and/or escape of fuel is avoided.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Stößel eine erste Stirnfläche und eine zweite Stirnfläche sowie eine zwischen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche verlaufende Stößelbohrung aufweisen, wobei die erste Stirnfläche zum Bewe gen des Kolbens mit demselben zusammenwirkt und die Stößelboh rung mit dem Durchtrittskanal fluidisch verbunden ist. Dabei kann ein dritter Druckraum vorgesehen sein, in welchen die Stößelbohrung an der zweiten Stirnfläche mündet. In dieser Ausführungsform ist es möglich, im ersten Druckraum und im dritten Druckraum denselben Druck einzustellen. Infolgedessen muss der Stößel nur gegen die von der ersten Feder ausgeübte Vorspannkraft bewegt werden, nicht jedoch gegen einen Diffe renzdruck. Die Betätigungseinrichtung kann daher entweder kleiner dimensioniert oder mit einem geringeren Strom betrie ben werden. Zudem lässt sich der Stößel schneller beschleuni gen, so dass die Regelung schneller und dynamischer erfolgen kann. In a further embodiment, the ram can have a first end face and a second end face and a ram bore running between the first end face and the second end face, the first end face interacting with the piston in order to move it and the ram bore is fluidically connected to the through-flow channel . In this case, a third pressure chamber can be provided, into which the tappet bore opens at the second end face. In this embodiment it is possible to set the same pressure in the first pressure chamber and in the third pressure chamber. As a result, the plunger only has to oppose that exerted by the first spring Biasing force can be moved, but not against a dif- ferential pressure. The actuating device can therefore either have smaller dimensions or be operated with a lower current. In addition, the ram can be accelerated more quickly, so that control can take place more quickly and dynamically.
Eine weitergebildete Ausführungsform kann sich dadurch aus zeichnen, dass der Stößel mittels einer zweiten Feder gegen den Kolben vorgespannt wird. Die zweite Feder unterstützt die Betätigungseinrichtung dabei, den Stößel zu bewegen, so dass auch hierdurch der Stößel schneller beschleunigt werden kann, was wiederum zu einer schnelleren und dynamischeren Regelung führt. Darüber hinaus wird vermieden, dass der Stößel unkon trolliert gegen den Kolben anschlägt. Infolgedessen auftre tende Geräusche und Beschädigungen werden vermieden. Zudem be wirkt die ständige Anlage des Kolbens am Stößel, dass immer ein Kraftfluss zwischen dem Kolben und dem Stößel vorhanden ist. A further developed embodiment can be characterized in that the tappet is prestressed against the piston by means of a second spring. The second spring supports the actuating device in moving the tappet, so that the tappet can also be accelerated more quickly as a result, which in turn leads to faster and more dynamic regulation. In addition, the ram is prevented from hitting the piston in an uncontrolled manner. As a result, noise and damage are avoided. In addition, the constant contact of the piston on the ram means that there is always a flow of force between the piston and the ram.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Stromregel ventil eine erste Verschlussschraube zum Einstellen der Vor spannkraft der ersten Feder und/oder eine zweite Verschluss schraube zum Einstellen der Vorspannkraft der zweiten Feder. Mit der Verschlussschraube werden die erste Feder und der Kol ben im Stromregelventil während der Montage bei einem bestimm ten Strom auf einen bestimmten Durchfluss eingestellt. Mit der zweiten Verschlussschraube kann die auf den Stößel und somit auch auf den Kolben wirkende Vorspannkraft der zweiten Feder eingestellt werden, wobei die Vorspannkraft der ersten Feder und diejenige der zweiten Feder entgegengesetzt wirken. Das Stromregelventil kann auf diese Weise kalibriert werden und garantieren einen gemeinsamen Referenzpunkt für den Betrieb im Fahrzeug und die dort hinterlegten Parameterdaten, um die Flu idmenge exakt regeln zu können. According to a further embodiment, the flow control valve comprises a first screw plug for adjusting the biasing force of the first spring and/or a second screw plug for adjusting the biasing force of the second spring. With the screw plug, the first spring and the piston in the flow control valve are set to a specific flow rate at a specific flow during assembly. The prestressing force of the second spring acting on the tappet and thus also on the piston can be adjusted with the second locking screw, with the prestressing force of the first spring and that of the second spring acting in opposite directions. The flow control valve can be calibrated in this way and guarantee a common reference point for operation in the Vehicle and the parameter data stored there in order to be able to regulate the amount of fluid precisely.
Nach Maßgabe einer weiteren Ausführungsform kann ein Kontakt kolben mit dem Kolben verbunden sein, wobei der Kontaktkolben mit der ersten Stirnfläche des Stößels zusammenwirkt. Je nach Ausgestaltung des Kolbens kann die Steuernut von derjenigen Kolbenstirnfläche ausgehen, welche mit dem Stößel zusammen wirkt. Insofern kann die betreffende Stirnfläche bei der An lage des Stößels an derselben beschädigt werden. Diese Beschä digungen wiederum können sich auch auf die Steuernut auswir ken, wodurch deren Form verändert werden kann. Die Formverän derung kann eine Veränderung der Strömungsquerschnittsfläche hervorrufen, wodurch die Steuerung oder die Regelung des Mas senstroms durch das Stromregelventil nachteilig beeinflusst werden kann. Der Kontaktkolben kann so ausgestaltet und ange ordnet werden, dass die betreffende Kolbenstirnfläche geschont wird, so dass die oben erwähnten Einflüsse auf die Steuernut verhindert werden können. According to a further embodiment, a contact piston can be connected to the piston, the contact piston interacting with the first end face of the plunger. Depending on the configuration of the piston, the control groove can start from that piston end face which interacts with the tappet. In this respect, the end face in question can be damaged in the position on the plunger on the same. This damage, in turn, can also affect the control groove, which can change its shape. The change in shape can cause a change in flow cross-sectional area, which can adversely affect the control or regulation of mass flow through the flow control valve. The contact piston can be designed and arranged in such a way that the piston end face in question is protected, so that the influences on the control groove mentioned above can be prevented.
Nach Maßgabe einer weiteren Ausführungsform kann der Kontakt kolben eine Durchgangsbohrung aufweisen, welche den Durch trittskanal und die Stößelbohrung fluidisch verbindet. Der Kontaktkolben kann im Wesentlichen rohrförmig und damit ein fach ausgebildet sein. Dabei wird sichergestellt, dass sich die Drücke im ersten Druckraum und im dritten Druckraum aus- gleichen können. In accordance with a further embodiment, the contact piston can have a through bore which fluidly connects the through-channel and the tappet bore. The contact piston can be essentially tubular and thus be designed in a simple manner. This ensures that the pressures in the first pressure chamber and in the third pressure chamber can equalize.
In einer weitergebildeten Ausführungsform kann der Kontaktkol ben zumindest eine in die Durchgangsbohrung mündende weitere Bohrung aufweisen, welche die Durchgangsbohrung fluidisch mit der Steuernut verbindet. Folglich ist auch der Durchtrittska nal fluidisch mit den weiteren Bohrungen verbunden. In dieser Ausführungsform wird der Kontaktkolben in den Strömungsweg des Fluids durch das Stromregelventil eingebunden. Die konstruk tive Ausgestaltung des Kontaktkolbens kann hierdurch einfach gehalten werden. In a further developed embodiment, the contact piston can have at least one further bore opening into the through bore, which fluidically connects the through bore to the control groove. Consequently, the passage channel is also fluidly connected to the other bores. In this Embodiment, the contact piston is integrated into the flow path of the fluid through the flow control valve. The constructive configuration of the contact piston can be kept simple as a result.
Bei einer weitergebildeten Ausführungsform können der erste Druckraum und der zweite Druckraum sowie der Ventilsitz von einem in das Stromregelventil einsetzbaren Einsatzteil gebil det werden. Das Einsatzteil wird auch als „Cartridge" bezeich net. Die Verwendung eines Einsatzteils vereinfacht die Ferti gung des Stromregelventils deutlich, so dass die Herstellungs kosten gering gehalten werden können. In a further developed embodiment, the first pressure chamber and the second pressure chamber as well as the valve seat can be formed from an insert part that can be inserted into the flow control valve. The insert is also referred to as a "cartridge". The use of an insert simplifies the manufacture of the flow control valve significantly, so that the manufacturing costs can be kept low.
Eine weitere Ausführungsform kann so ausgestaltet sein, dass im Dichtabschnitt ein Dichtelement angeordnet ist, welches ei nen bezogen auf eine durch die Längsachse verlaufende Schnitt ebene einen polygonalen Querschnitt aufweist. In vielen Fällen werden die Dichtelemente als O-Ringe ausgeführt, welche einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweisen. Auf grund des kreisförmigen oder elliptischen Querschnitts liegen die O-Ringe mit einer vergleichsweise geringen Anlagefläche in der betreffenden Nut an, wodurch es zu einer relativ starken Verformung kommt, wenn sich das Stromregelventil in der ersten Endstellung befindet und der O-Ring entsprechend belastet wird. Soll das Stromregelventil geöffnet werden, müssen zuerst die Verformungen überwunden werden, wozu ein bestimmter Hub erforderlich ist. Dieser Hub steht dann aber nicht mehr für die Regelung der Massenströme zur Verfügung, was sich negativ auf die Dynamik und die Genauigkeit der Regelung auswirkt. A further embodiment can be designed in such a way that a sealing element is arranged in the sealing section, which has a polygonal cross section in relation to a sectional plane running through the longitudinal axis. In many cases, the sealing elements are designed as O-rings, which have a circular or elliptical cross section. Due to the circular or elliptical cross-section, the O-rings have a comparatively small contact surface in the relevant groove, which results in a relatively strong deformation when the flow control valve is in the first end position and the O-ring is loaded accordingly. If the flow control valve is to be opened, the deformations must first be overcome, which requires a certain stroke. However, this hub is then no longer available for controlling the mass flows, which has a negative effect on the dynamics and the accuracy of the control.
Wenn das Dichtelement einen polygonalen Querschnitt aufweist, kann es großflächig an der betreffenden Nut anliegen, wodurch die Verformung in der ersten Endstellung deutlich verringert werden kann. Infolgedessen öffnet das Stromregelventil bereits bei geringeren Hüben, wodurch die Genauigkeit und die Dynamik der Regelung der Massenströme verbessert werden. Bei Dichtele menten mit einen polygonalen Querschnitte bietet es sich ins besondere an, die betreffende Nut entweder im Ventilgehäuse o- der am Kolben anzuordnen, wodurch die konstruktive Freiheit erhöht wird. If the sealing element has a polygonal cross section, it can bear against the groove in question over a large area, as a result of which the deformation in the first end position is significantly reduced can be. As a result, the flow control valve opens even with smaller strokes, which improves the accuracy and the dynamics of the control of the mass flows. In the case of sealing elements with a polygonal cross section, it is particularly advisable to arrange the groove in question either in the valve housing or on the piston, which increases design freedom.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Stromregelventil einen Temperatursensor zum Bestimmen der Temperatur des Fluids im Eingang aufweisen. Die Viskosität und die Dichte von Flui den sind im allgemeinen Temperatur abhängig. Die Kenntnis der Temperatur des Fluids im Eingang kann bei der Regelung des Stromregelventils und insbesondere bei der Bestimmung der axi alen Position des Kolbens berücksichtigt werden. Infolgedessen kann die Größe der Strömungsquerschnittsfläche so angepasst werden, dass der benötigte Massenstrom durch das Regelventil unabhängig von der Temperatur des Fluids bereitgestellt werden kann. In a further embodiment, the flow control valve can have a temperature sensor for determining the temperature of the fluid in the inlet. The viscosity and density of fluids are generally temperature dependent. Knowing the temperature of the fluid at the inlet can be taken into account when controlling the flow control valve and, in particular, when determining the axial position of the piston. As a result, the size of the flow cross-sectional area can be adjusted so that the required mass flow can be provided by the control valve regardless of the temperature of the fluid.
Eine weitergebildete Ausführungsform kann sich dadurch aus zeichnen, dass das Stromregelventil einen ersten Drucksensor zum Bestimmen des Drucks des Fluids im Eingang aufweist. Der Massenstrom des Fluids durch das Stromregelventil ist abhängig vom Druck des Fluids. Der Druck, den das Fluid im Eingang auf weist, kann, wie bereits für die Temperatur beschrieben, bei der Regelung des Stromregelventil berücksichtigt werden. In folgedessen lässt sich der gewünschte Massenstrom unabhängig vom Druck des Fluids im Eingang einstellen. A further developed embodiment can be characterized in that the flow control valve has a first pressure sensor for determining the pressure of the fluid in the inlet. The mass flow of the fluid through the flow control valve depends on the pressure of the fluid. As already described for the temperature, the pressure that the fluid has in the inlet can be taken into account when controlling the flow control valve. As a result, the desired mass flow can be set independently of the pressure of the fluid in the inlet.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann es sich anbieten, dass das Stromregelventil einen zweiten Drucksensor zum Bestimmen des Drucks des Fluids im Ausgang aufweist. Üblicherweise herrscht am Ausgang Atmosphärendruck. Es kann aber auch Be triebszustände geben, bei welchen am Ausgang ein Unterdrück herrscht. Infolgedessen stellt sich ein Saugeffekt ein, der wiederum einen Einfluss auf den Massenstrom durch das Stromre gelventil ausübt. Für den Fall, dass das Stromregelventil so wohl den ersten Drucksensor als auch den zweiten Drucksensor aufweist, lässt sich ein Differenzdruck zwischen dem Eingang und dem Ausgang bestimmen, der wiederum bei der Regelung des Stromregelventil berücksichtigt werden kann, ebenfalls mit dem Ziel, den gewünschten Massenstrom durch das Stromregelventil möglichst exakt einstellen zu können. In diesem Fall kann das Stromregelventil auch als ein Druckregelventil verwendet wer den. Dieser Fall kann beispielsweise dann auftreten, wenn ein bestimmter Druck für die Funktion der Einspritzdüse benötigt wird. Hierbei können die Einspritzdüsen so ausgestaltet sein, dass sie über einen verfügbaren Querschnitt und vorhanden Druck eine bestimmte Menge an Brennstoff durchströmen lassen. Diese Charakteristik einer Einspritzdüse, also der Zusammen hang zwischen verfügbarem Querschnitt, herrschendem Druck und hieraus resultierendem Massenstrom kann auf einer entsprechen den Einheit hinterlegt sein. Somit lässt sich über den Druck der Massenstrom durch die Einspritzdüse zum Brenner mittels des Drucksensors steuern oder regeln. Der durch die Steuernut strömende Massenstrom ist druckabhängig, weshalb mit dem ers ten Drucksensor das Druckniveau stromaufwärts der Steuernut bestimmt wird, um die Steuernut in die korrekte Position zu stellen. Der zweite Drucksensor dient beispielsweise dazu, den Druck vor oder an einer Drossel oder Blende zu bestimmen, die stromabwärts der Steuernut angeordnet ist. Insofern betrifft eine Ausführung der Erfindung auch die Verwendung des Stromre gelventils nach einer der vorherigen Ausführungsformen als ein Druckregelventil. In diesem Fall kann der Begriff „Stromregel ventil" durch den Begriff „Druckregelventil" ersetzt werden. Eine weitergebildete Ausführungsform kann sich dadurch aus zeichnen, dass das Stromregelventil eine Positionsbestimmungs einheit zum Bestimmen des Kolbens aufweist. Wie erwähnt, kann der Kolben mittels der ersten Feder in die erste Endstellung vorgespannt werden. Aufgrund von Reibung des Kolbens an den benachbarten Bauteilen tritt eine mehr oder weniger große Hys terese auf, die sich im Betrieb des Stromregelventils ändern kann und von Schmutz und Partikeln beeinflusst werden kann. Infolgedessen ändert sich auch die eingestellte Zuordnung zwi schen der Stärke der Bestromung und der hieraus resultierenden Stellung des Kolbens. Dies kann dazu führen, dass die Steue rung oder Regelung des Massenstroms nicht mehr mit der ge wünschten Genauigkeit erfolgen kann. Eine derartige Hysterese tritt insbesondere dann auf, wenn die Bewegungsrichtung des Kolbens umgekehrt wird. Insbesondere kann man nicht mit der notwendigen Sicherheit eine Aussage darüber treffen, ob sich das Stromregelventil tatsächlich in der ersten Endstellung be findet und folglich geschlossen ist. Insofern kann sich unbe merkt eine gewisse Leckage einstellen. Wenn beispielsweise ein Kraftfahrzeug längere Zeit nicht bewegt werden würde, könnte sich eine größere Menge an Brennstoff unkontrolliert ansam meln, welche beim Entzünden Probleme bereiten kann. In a further embodiment, it may be appropriate for the flow control valve to have a second pressure sensor for determining the pressure of the fluid in the outlet. Usually atmospheric pressure prevails at the outlet. However, there can also be operating states in which there is a negative pressure at the output. As a result, a suction effect occurs, which in turn influences the mass flow through the flow control valve. In the event that the flow control valve has both the first pressure sensor and the second pressure sensor, a differential pressure between the input and the output can be determined, which in turn can be taken into account when controlling the flow control valve, also with the aim of achieving the desired mass flow to be able to be set as precisely as possible by the flow control valve. In this case, the flow control valve can also be used as a pressure control valve. This case can occur, for example, when a certain pressure is required for the function of the injection nozzle. In this case, the injection nozzles can be designed in such a way that they allow a specific quantity of fuel to flow through over an available cross section and existing pressure. This characteristic of an injection nozzle, i.e. the relationship between the available cross-section, prevailing pressure and the resulting mass flow, can be stored on a corresponding unit. Thus, the pressure can be used to control or regulate the mass flow through the injection nozzle to the burner by means of the pressure sensor. The mass flow flowing through the control groove is pressure-dependent, which is why the pressure level upstream of the control groove is determined with the first pressure sensor in order to place the control groove in the correct position. The second pressure sensor is used, for example, to determine the pressure in front of or at a throttle or orifice that is arranged downstream of the control groove. In this respect, one embodiment of the invention also relates to the use of the flow control valve according to one of the previous embodiments as a pressure control valve. In this case, the term "flow control valve" can be replaced by the term "pressure control valve". A further developed embodiment can be characterized in that the flow control valve has a position determination unit for determining the piston. As mentioned, the piston can be biased into the first end position by means of the first spring. Due to the friction of the piston on the adjacent components, a more or less large hysteresis occurs, which can change during operation of the flow control valve and can be influenced by dirt and particles. As a result, the relationship set between the strength of the energization and the resulting position of the piston also changes. This can mean that the mass flow can no longer be controlled or regulated with the desired accuracy. Such hysteresis occurs particularly when the direction of movement of the piston is reversed. In particular, one cannot make a statement with the necessary certainty as to whether the flow control valve is actually in the first end position and is consequently closed. In this respect, a certain amount of leakage can occur unnoticed. If, for example, a motor vehicle would not be moved for a long time, a larger amount of fuel could collect in an uncontrolled manner, which could cause problems when igniting.
Mit der Positionsbestimmungseinheit lässt sich eine Aussage über die Position des Kolbens treffen. Im einfachsten Fall kann die Positionsbestimmungseinheit einen Kontaktschalter um fassen, der dann ein entsprechendes Signal erzeugt, wenn sich der Kolben in der ersten Endstellung befindet. Folglich lässt sich bestimmen, ob das Stromregelventil tatsächlich geschlos sen ist oder nicht. Die Positionsbestimmungseinheit kann aber auch so ausgestaltet sein, dass die aktuelle Position des Kol bens kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich bestimmbar ist. Folglich lässt sich die Ist-Position des Kolbens bestimmen und mit der Soll-Position vergleichen. Bei einer Abweichung kann entsprechend korrigiert werden. Somit kann ein geschlossener Regelkreis realisiert werden. Auch kann festgestellt werden, wenn der Kolben im Stromregelventil feststecken sollte. Es kann ein entsprechendes Warnsignal ausgegeben werden, welches auf die entsprechende Störung hinweist und einen Werkstattauf enthalt empfiehlt. With the position determination unit, a statement about the position of the piston can be made. In the simplest case, the position determination unit can include a contact switch, which generates a corresponding signal when the piston is in the first end position. Consequently, it can be determined whether the flow control valve is actually closed or not. However, the position determination unit can also be designed in such a way that the current position of the piston can be determined continuously or quasi-continuously. Consequently, the actual position of the piston can be determined and compared with the target position. If there is a deviation, it can be corrected accordingly. A closed control loop can thus be implemented. It can also be determined if the piston should get stuck in the flow control valve. A corresponding warning signal can be issued, which indicates the corresponding fault and recommends a visit to the workshop.
Eine Ausführung der Erfindung betrifft eine Anordnung zum Steuern oder Regeln eines Massenstroms eines Fluids, mit einem Stromregelventil, und einem Brenner, der einen Brennraum aufweist, wobei das Stromregelventil umfasst mindestens einen Eingang und mindestens einen Ausgang, wobei der Ausgang fluidisch mit dem Brennraum verbunden ist, einen mit dem Eingang fluidisch verbundenen ersten Druckraum, einen Stößel, der entlang der Längsachse bewegbar im Ventilgehäuse gelagert und mittels einer bestrombaren Betätigungseinrichtung entlang der Längsachse bewegbar ist, einen Ventilsitz, und einen Kolben, welcher o entlang der Längsachse bewegbar im Ventilgehäuse ge lagert und mittels des Stößels entlang der Längs achse zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung bewegbar ist, o einen Durchtrittskanal bildet, der den ersten Druck raum und den Brennraum zumindest in der zweiten End stellung fluidisch miteinander verbindet, o einen Dichtabschnitt aufweist, der in der ersten Endstellung am Ventilsitz anliegt und in der ersten Endstellung den ersten Druckraum fluidisch vom Brennraum trennt, und o eine Strömungsquerschnittsfläche zwischen dem Kolben und dem Durchtrittskanal bereitstellt, welche den Durchtrittskanal und den ersten Druckraum oder den Durchtrittskanal und den Brennraum fluidisch mitei nander verbindet, wenn sich der Kolben zwischen der ersten Endstellung und der zweiten Endstellung be findet, wobei die Größe der Strömungsquerschnittflä che in Abhängigkeit der Position des Kolbens zwi schen der ersten Endstellung und der zweiten End stellung veränderbar ist. One embodiment of the invention relates to an arrangement for controlling or regulating a mass flow of a fluid, with a flow control valve and a burner which has a combustion chamber, the flow control valve comprising at least one inlet and at least one outlet, the outlet being fluidically connected to the combustion chamber , a first pressure chamber which is fluidically connected to the inlet, a tappet which is mounted in the valve housing so that it can move along the longitudinal axis and can be moved along the longitudinal axis by means of an actuating device which can be energized, a valve seat, and a piston which is mounted in the valve housing so that it can be moved along the longitudinal axis and can be moved by means of the plunger along the longitudinal axis between a first end position and a second end position, o forms a passage channel which fluidly connects the first pressure chamber and the combustion chamber at least in the second end position, o has a sealing section which rests against the valve seat in the first end position and fluidly separates the first pressure chamber from the combustion chamber in the first end position, and o provides a flow cross-sectional area between the piston and the through-channel, which connects the through-channel and the first pressure chamber or the through-channel and the Combustion chamber fluidly connects with each other when the piston is between the first end position and the second end position, the size of the flow cross-sectional area depending on the position of the piston between the first end position and the second end position being changeable.
In dieser Ausführung ist die Einspritzdüse des Brenners in das Stromregelventil integriert. Folglich lässt sich die Ein spritzdüse mittels der bestrombaren Betätigungseinrichtung di rekt steuern oder regeln, wodurch die Präzision des Massen stroms, der in den Brennraum eingespritzt wird, weiter erhöht werden kann. Zudem wird die Anzahl der Bauteile reduziert, wodurch die Zuverlässigkeit der Anordnung erhöht wird. In this version, the burner injection nozzle is integrated into the flow control valve. Consequently, the injection nozzle can be directly controlled or regulated by means of the actuation device that can be energized, as a result of which the precision of the mass flow that is injected into the combustion chamber can be further increased. In addition, the number of components is reduced, which increases the reliability of the arrangement.
Gemäß einer weiteren Ausführung weist der Kolben eine Drall struktur auf, welche das Fluid beim Strömen in den Brennraum in einen Drall versetzt. Die Drallstruktur kann Nuten und/oder Vorsprünge aufweisen, welche dem Fluid eine gewisse Richtung vorgeben, insbesondere eine radiale Richtungskomponente auf prägen. Dadurch wird der in den Brennraum eingebrauchte Brenn stoff im Vergleich zu einem Kolben ohne Drallstruktur besser verteilt, wodurch feinere Partikel entstehen, die zu einer besseren Verbrennung führen. Eine Variante der Vorrichtung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern oder Regeln eines Massenstroms eines Fluids, umfassendAccording to a further embodiment, the piston has a swirl structure which causes the fluid to swirl as it flows into the combustion chamber. The swirl structure can have grooves and/or projections, which specify a certain direction for the fluid, in particular impart a radial directional component. As a result, the fuel used in the combustion chamber is better distributed compared to a piston without a swirl structure, resulting in finer particles that lead to better combustion. A variant of the device relates to a device for controlling or regulating a mass flow of a fluid, comprising
- ein Fluidreservoir zum Vorhalten des Fluids, - a fluid reservoir for holding the fluid,
- eine Hauptleitung, durch welche das Fluid zu einem Ver braucher geleitet werden kann, - a main line through which the fluid can be conducted to a consumer,
- eine in der Hauptleitung angeordnete Förderpumpe zum För dern des Fluids in derselben, - a feed pump arranged in the main line for conveying the fluid in the same,
- einen Brenner, welcher einen Brennraum aufweist, - a burner, which has a combustion chamber,
- eine von der Hauptleitung abzweigende und in den Brenn raum mündende Nebenleitung, und - A secondary line branching off from the main line and opening into the combustion chamber, and
- ein in der Nebenleitung angeordnetes Stromregelventil nach einem der zuvor erwähnten Ausführungsformen, mit welchem der Massenstrom in den Brennraum steuerbar oder regelbar ist. - A arranged in the secondary line flow control valve according to one of the aforementioned embodiments, with which the mass flow into the combustion chamber can be controlled or regulated.
Die technischen Effekte und Vorteile, die sich mit der vor schlagsgemäßen Vorrichtung erreichen lassen, entsprechen den jenigen, die für das vorliegende Stromregelventil erörtert worden sind. Zusammenfassend sei darauf hingewiesen, dass es mit dem vorliegenden Stromregelventil möglich ist, selbst kleinste Massenströme ausreichend exakt steuern oder regeln zu können, ohne dass eine Leckage auftritt. Es ist nicht notwen dig, räumlich getrennte Sitzventile und Schieber- oder Kolben ventile einzusetzen. Eine Abstimmung zu Steuer- oder rege lungstechnischen Zwecken kann entfallen. The technical effects and advantages that can be achieved with the proposed device before, correspond to those that have been discussed for the present flow control valve. In summary, it should be pointed out that with the present flow control valve it is possible to control or regulate even the smallest mass flows with sufficient accuracy without leakage occurring. It is not necessary to use spatially separated poppet valves and slide or piston valves. Voting for control or regulation purposes can be omitted.
Gemäß einer weiteren Variante ist zwischen dem Stromregelventil und dem Brennraum eine Ab zweigung angeordnet ist, in welcher aus der Nebenleitung eine Niederdruckleitung abzweigt und in den Brennraum mündet, wobei According to a further variant, a branch is arranged between the flow control valve and the combustion chamber, in which a low-pressure line branches off from the secondary line and opens into the combustion chamber, wherein
- in der Nebenleitung eine erste Drossel und/oder - in der Niederdruckleitung eine zweite Drossel angeordnet ist und - In the secondary line, a first throttle and/or - A second throttle is arranged in the low-pressure line and
- in der Nebenleitung ein Nebenleitungsventil und/oder- in the bypass a bypass valve and/or
- in der Niederdruckleitung ein Niederdruckventil angeord net sind, welche die Nebenleitung und/oder die Nieder druckleitung in Abhängigkeit des Drucks zwischen dem Stromregelventil und der Abzweigung freigibt oder sperrt. - In the low-pressure line, a low-pressure valve are net angeord, which releases or blocks the secondary line and / or the low pressure line depending on the pressure between the flow control valve and the junction.
Beispielsweise kann die erste Drossel als eine Hochdruckdros sel und die zweite Drossel als eine Niederdruckdrossel ausge führt sein. Wird nur eine geringe Wärmeleistung benötigt, kann der Brennstoff durch die zweite Drossel in den Brennraum ein gespritzt werden. Bei höheren Wärmeleistungen kann der Brenn stoff mit einem höheren Druck und einem höheren Massenstrom durch die erste Drossel in den Brennraum eingebracht werden. Der Brenner kann somit mit unterschiedlichen Leistungen be trieben werden. Der Massenstrom des in den Brennraum einge- brachten Brennstoffs kann besser an die tatsächlich benötigte Wärmeleistung angepasst werden. Der Brennstoffverbrauch kann hierdurch reduziert werden. For example, the first throttle can be a high-pressure throttle and the second throttle can be a low-pressure throttle. If only a small amount of heat is required, the fuel can be injected through the second throttle into the combustion chamber. At higher heat outputs, the fuel can be introduced into the combustion chamber through the first throttle at a higher pressure and a higher mass flow. The burner can thus be operated with different outputs. The mass flow of the fuel introduced into the combustion chamber can be better adapted to the heat output actually required. The fuel consumption can be reduced as a result.
Um die Drosselverluste des Nebenleitungsventils und/oder des Niederdruckventils gering zu halten, können Rückstellfedern mit einer degressiven oder fallende Federkennlinie verwendet werden. Ist der notwendige Druck zum Schalten des Ventils er reicht, wird dem Schaltvorgang kein weiterer Widerstand mehr entgegengesetzt und der maximale Querschnitt nahezu sofort freigegeben. Infolge der fallenden Kraft über den Hub entsteht ein digitales Schaltverhalten in den jeweiligen Ventilen. In order to keep the throttling losses of the bypass valve and/or the low-pressure valve low, return springs with a degressive or falling spring characteristic can be used. Once the pressure required to switch the valve is reached, there is no further resistance to the switching process and the maximum cross-section is released almost immediately. As a result of the falling force over the stroke, digital switching behavior occurs in the respective valves.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung soll unter einer Dros sel auch eine Blende verstanden werden. Insbesondere soll die Tatsache, ob der Druckverlust temperaturabhängig ist oder nicht, unerheblich sein. In the context of the present disclosure, a throttle should also be understood to mean an aperture. In particular, the Whether the pressure drop is temperature dependent or not is irrelevant.
Eine Ausbildung der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Be treiben eines Stromregelventils nach einer der vorherigen Aus führungsformen, umfassend die folgenden Schritte: One embodiment of the invention relates to a method for operating a flow control valve according to one of the previous embodiments, comprising the following steps:
- Vorspannen des Kolbens in die erste Endstellung mittels der ersten Feder, so dass der Dichtabschnitt am Ventil sitz anliegt, - Prestressing of the piston into the first end position by means of the first spring, so that the sealing section rests against the valve seat,
- Bestromen der Betätigungseinrichtung zum Bewegen des Stö ßels entlang der Längsachse derart, dass o der Kolben gegen die Vorspannkraft der ersten Feder entlang der Längsachse verschoben und der Dichtab schnitt vom Ventilsitz weg bewegt wird und o die Steuernut den Durchtrittskanal und den ersten Druckraum oder den Durchtrittskanal und den zweiten Druckraum fluidisch miteinander verbindet, wobei o die Größe der Strömungsquerschnittfläche der Steu ernut in Abhängigkeit der Position des Kolbens zwi schen der ersten Endstellung und der zweiten End stellung mittels der Bestromung der Betätigungsein richtung veränderbar ist. - Energizing the actuating device to move the plunger along the longitudinal axis in such a way that o the piston is displaced along the longitudinal axis against the prestressing force of the first spring and the sealing section is moved away from the valve seat and o the control groove moves the passage channel and the first pressure chamber or the passage channel and fluidically connects the second pressure chamber with one another, the size of the flow cross-sectional area of the control groove depending on the position of the piston between the first end position and the second end position being changeable by means of the energization of the actuating device.
Die technischen Effekte und Vorteile, die sich mit dem vor schlagsgemäßen Verfahren erreichen lassen, entsprechen denje nigen, die für das vorliegende Stromregelventil erörtert wor den sind. Zusammenfassend sei darauf hingewiesen, dass es mit dem vorliegenden Stromregelventil möglich ist, selbst kleinste Massenströme ausreichend exakt steuern oder regeln zu können, ohne dass eine Leckage auftritt. Es ist nicht notwendig, räum lich getrennte Sitzventile und Schieber- oder Kolbenventile einzusetzen. Eine Abstimmung zu Steuer- oder regelungstechni- schen Zwecken kann entfallen. The technical effects and advantages that can be achieved with the proposed method before, correspond to those that have been discussed for the present flow control valve are the. In summary, it should be pointed out that with the present flow control valve it is possible to control or regulate even the smallest mass flows with sufficient accuracy without leakage occurring. It is not necessary spatially separate seat valves and spool or piston valves to use. Voting for control or regulation purposes can be omitted.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Fol genden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail in the fol lowing with reference to the accompanying drawings. Show it
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausfüh rungsform eines vorschlagsgemäßen Stromregelventils, FIG. 1 shows a perspective view of a first embodiment of a proposed flow control valve,
Figur 2 eine Seitenansicht des in Figur 1 dargestellten Stromregelventils, Figure 2 is a side view of the flow control valve shown in Figure 1,
Figur 3 eine Schnittdarstellung durch das Stromregelventil entlang der in Figur 2 definierten Schnittebene A-A, Figure 3 shows a sectional view through the flow control valve along the sectional plane A-A defined in Figure 2,
Figur 4 eine vergrößerte Darstellung des in Figur 3 definier ten Ausschnitts B, FIG. 4 shows an enlarged view of section B defined in FIG. 3,
Figur 5 eine vergrößerte Darstellung des in Figur 4 definier ten Ausschnitts C, FIG. 5 shows an enlarged representation of section C defined in FIG. 4,
Figur 6 eine vergrößerte Darstellung einer zweiten Ausfüh rungsform eines Stromregelventils in Anlehnung an die in Figur 5 gewählte Darstellung, FIG. 6 shows an enlarged representation of a second embodiment of a flow control valve based on the representation selected in FIG. 5,
Figuren 7A bis 7D verschiedene Ausführungen der Steuernut Figures 7A to 7D different versions of the cam
Figuren 8A und 8B eine vergrößerte Darstellung eines drittesFigures 8A and 8B is an enlarged view of a third
Ausführungsbeispiels in Anlehnung an die in Figur 4 gewählte Darstellung, Figuren 9A und 9B eine vergrößerte Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels in Anlehnung an die in Figur 4 gewählte Darstellung, embodiment based on the representation chosen in Figure 4, FIGS. 9A and 9B show an enlarged representation of a fourth exemplary embodiment based on the representation chosen in FIG. 4,
Figur 10 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels ei ner Vorrichtung zum Steuern oder Regeln eines Massen stroms eines Fluids, FIG. 10 shows a circuit diagram of a first exemplary embodiment of a device for controlling or regulating a mass flow of a fluid,
Figur 11 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels ei ner Vorrichtung zum Steuern oder Regeln eines Massen stroms eines Fluids, FIG. 11 shows a circuit diagram of a second exemplary embodiment of a device for controlling or regulating a mass flow of a fluid,
Figur 12 ein Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels ei ner Vorrichtung zum Steuern oder Regeln eines Massen stroms eines Fluids, FIG. 12 shows a circuit diagram of a third exemplary embodiment of a device for controlling or regulating a mass flow of a fluid,
Figur 13 ein Schaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels ei ner Vorrichtung zum Steuern oder Regeln eines Massen stroms eines Fluids, FIG. 13 shows a circuit diagram of a fourth exemplary embodiment of a device for controlling or regulating a mass flow of a fluid,
Figur 14 ein Schaltbild eines fünften Ausführungsbeispiels ei ner Vorrichtung zum Steuern oder Regeln eines Massen stroms eines Fluids, FIG. 14 shows a circuit diagram of a fifth exemplary embodiment of a device for controlling or regulating a mass flow of a fluid,
Figur 15 eine Schnittdarstellung durch eine dritte zweites Ausführungsform des Stromregelventils, und Figure 15 is a sectional view through a third second embodiment of the flow control valve, and
Figur 16 eine Teildarstellung eines Kolbens mit einer Drall struktur. FIG. 16 shows a partial representation of a piston with a swirl structure.
In den Figuren 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Stromregelventils 10 gemäß der vorliegenden Erfindung anhand einer perspektivischen Darstellung bzw. anhand einer Seitenan sicht gezeigt. Das Stromregelventil 10 weist ein Ventilgehäuse 12 mit einem Eingang 14 und einem Ausgang 16 auf. Am Eingang 14 kann eine hier nicht dargestellte Zuführleitung angeschlos sen werden, mit welchem ein Fluid, beispielsweise Brennstoff, von einer Druckquelle dem Stromregelventil 10 zugeführt werden kann. Entsprechend kann am Ausgang 16 eine ebenfalls nicht dargestellte Abführleitung angeschlossen werden, mit welchem das Fluid, welches das Stromregelventil 10 durchströmt hat, an einen Verbraucher, beispielsweise einen Brenner (siehe bei spielsweise Figur 10), weitergeleitet werden kann. Weiterhin ist am Ventilgehäuse 12 ein Temperatursensor 18 befestigt, mit welchem die Temperatur des Fluids im Eingang 14 bestimmt wer den kann. Weiterhin ist ein erster Drucksensor 20 am Ventilge häuse 12 befestigt, der dazu dient, den Druck des Fluids im Eingang 14 zu bestimmen. Darüber hinaus umfasst das Stromre gelventil 10 einen zweiten Drucksensor 22, der zur Bestimmung des Drucks des Fluids im Ausgang 16 eingesetzt werden kann. Darüber hinaus ist in Figur 1 eine Betätigungseinrichtung 24 dargestellt, welche bestromt werden kann. Entsprechend sind in Figur 1 Stromanschlüsse 26 erkennbar. Auf die genaue Funktion der Betätigungseinrichtung 24 wird im Folgenden näher einge gangen. In the figures 1 and 2 is an embodiment of a flow control valve 10 according to the present invention based shown a perspective view or based on a Seitenan view. The flow control valve 10 has a valve housing 12 with an inlet 14 and an outlet 16 . At the input 14, a supply line, not shown here, can be ruled out, with which a fluid, for example fuel, can be supplied to the flow control valve 10 from a pressure source. Accordingly, a discharge line, also not shown, can be connected to the output 16, with which the fluid that has flowed through the flow control valve 10 can be passed on to a consumer, for example a burner (see FIG. 10 for example). Furthermore, a temperature sensor 18 is attached to the valve housing 12, with which the temperature of the fluid in the input 14 is determined by whoever can. Furthermore, a first pressure sensor 20 is attached to the housing 12 Ventilge, which serves to determine the pressure of the fluid in the input 14. In addition, the flow control valve 10 includes a second pressure sensor 22 which can be used to determine the pressure of the fluid in the outlet 16 . In addition, an actuating device 24 is shown in FIG. 1, which can be energized. Correspondingly, power connections 26 can be seen in FIG. The exact function of the actuating device 24 will be discussed in more detail below.
Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Stromregelventils 10 entlang der der Figur 2 definierten Schnittebene A-A. Man erkennt, dass das Ventilge häuse 12 als ein Ventilblock 28 und folglich massiv ausgebil det ist. In den Ventilblock 28 ist ein hülsenförmiges Einsatz teil 30 eingesetzt, wozu der Ventilblock 28 eine entsprechende Ventilblockbohrung 32 aufweist. Innerhalb des Einsatzteils 30 ist ein erster Druckraum 34 angeordnet, welcher mit einer Ein gangsbohrung 36 fluidisch mit dem Eingang 14 verbunden ist. Unter dem Begriff „fluidisch verbunden" kann im Folgenden ver standen werden, dass ein Fluid zwischen den fluidisch verbun denen Bauteilen strömen kann, ohne dass diese notwendigerweise mechanisch miteinander verbunden sind. FIG. 3 shows a sectional illustration of the flow control valve 10 illustrated in FIGS. 1 and 2 along the sectional plane AA defined in FIG. It can be seen that the valve housing 12 is designed as a valve block 28 and is consequently solid. In the valve block 28 a sleeve-shaped insert part 30 is used, for which purpose the valve block 28 has a corresponding valve block bore 32 . Within the insert part 30, a first pressure chamber 34 is arranged, which is fluidly connected to an input bore 36 with the input 14. The term "fluidically connected" can be understood below to mean that a fluid can flow between the fluidically connected components without these necessarily being mechanically connected to one another.
Innerhalb des Einsatzteils 30 ist ein Kolben 38 entlang einer von der Ventilblockbohrung 32 definierten Längsachse L ver schiebbar gelagert. Wie insbesondere aus der Figur 4 erkennbar ist, welche den in Figur 3 definierten Ausschnitt B vergrößert darstellt, ist der Kolben 38 mit einem Dichtabschnitt 40 ver sehen, in welchem ein Dichtelement 41 angeordnet ist, das im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein O-Ring 42 ausgebil det ist. Der Kolben 38 wird von einer ersten Feder 44 gegen einen Ventilsitz 46 gedrückt, der vom Einsatzteil 30 gebildet wird. Dabei ist der Kolben 38 so ausgeführt, dass er mit dem Dichtabschnitt 40 am Ventilsitz 46 anliegt, in diesem Fall mit dem O-Ring 42. Alternativ kann auch ein metallischer Dichtsitz (nicht dargestellt) vorgesehen sein, bei welchem der Kolben 38 einen Außenkonus aufweist, der gegen einen Innenkonus des Ein satzteils 30 gedrückt werden kann. Die erste Feder 44 stützt sich an einer ersten Verschlussschraube 48 ab, die in das Ein satzteil 30 eingeschraubt ist, wie insbesondere aus der Figur 3 erkennbar. Mit der ersten Verschlussschraube 48 kann die Vorspannung der ersten Feder 44 eingestellt werden. Das Ein satzteil 30 ist am linken Ende mit einem Deckel 49 abgedeckt. Within the insert part 30, a piston 38 is mounted slidably along a longitudinal axis L defined by the valve block bore 32. As can be seen in particular from FIG. 4, which shows enlarged detail B in FIG that is. The piston 38 is pressed against a valve seat 46 formed by the insert part 30 by a first spring 44 . The piston 38 is designed in such a way that the sealing section 40 rests against the valve seat 46, in this case with the O-ring 42. Alternatively, a metallic sealing seat (not shown) can also be provided, in which the piston 38 has an outer cone , Which can be pressed against an inner cone of a spare part 30. The first spring 44 is supported on a first screw plug 48 which is screwed into the spare part 30, as can be seen in particular from FIG. The prestressing of the first spring 44 can be adjusted with the first locking screw 48 . A spare part 30 is covered with a cover 49 at the left end.
Bezugnehmend auf die Figur 4 ist der Kolben 38 mit einem Durchtrittskanal 50 versehen, der eine Sacklochbohrung 52 und im Bereich des geschlossenen Endes eine Anzahl von senkrecht zur Längsachse L verlaufende Radialbohrungen 54 umfasst. Am freien Ende des Durchtrittskanals 50 ist ein Kontaktkolben 56 mit dem Kolben 38 verbunden. Der Kontaktkolben 56 ist mit ei ner Durchgangsbohrung 58 ausgestattet, die in etwa mit dem Durchtrittskanal 50 fluchtet. Darüber hinaus weist der Kon taktkolben 56 eine Anzahl von weiteren Bohrungen 60 auf, die senkrecht zur Längsachse L verlaufen und in die Durchgangsboh rung 58 münden. Wie insbesondere aus der Figur 5 erkennbar, welche den in Figur 4 gekennzeichneten Ausschnitts C vergrö ßert zeigt, weist der Kolben 38 im Bereich des Endes, an wel chem der Kontaktkolben 56 mit dem Kolben 38 verbunden ist, eine Steuernut 62 auf, die von einer Kolbenstirnfläche 64 des Kolbens 38 ausgeht. Referring to FIG. 4, the piston 38 is provided with a through-channel 50 which includes a blind bore 52 and a number of radial bores 54 running perpendicularly to the longitudinal axis L in the area of the closed end. A contact piston 56 is connected to the piston 38 at the free end of the passage channel 50 . The contact piston 56 is equipped with egg ner through hole 58, which is approximately with the Passage channel 50 is aligned. In addition, the contact piston 56 has a number of further bores 60 which run perpendicular to the longitudinal axis L and open into the passage bore 58 . As can be seen in particular from FIG. 5, which shows the section C marked in FIG Piston end face 64 of the piston 38 goes out.
Die Figuren 7A bis 7D zeigen einige Ausführungsformen dieser Steuernut 62. Die Figuren 7A bis 7B sind eine prinzipielle Draufsicht auf die Steuernut 62 und auf den Kolben 38, während die Figuren 7C und 7D eine prinzipielle Schnittdarstellung durch die Steuernut 62 und folglich durch den Kolben 38 zei gen. Aus den Figuren 7A und 7B ist erkennbar, dass die Steu ernut 62 eine sich entlang der Längsachse L ändernde Breite W auf weisen kann. Während sich die Breite W der in Figur 7A ge zeigten Steuernut 62 linear entlang der Längsachse L ändert, ändert sich die Breite W der in Figur 7B gezeigten Steuernut 62 entlang der Längsachse L mittels eines nicht-linearen Zu sammenhangs. Figures 7A to 7D show some embodiments of this control groove 62. Figures 7A to 7B are a basic plan view of the control groove 62 and of the piston 38, while Figures 7C and 7D are a basic sectional view through the control groove 62 and consequently through the piston 38 It can be seen from FIGS. 7A and 7B that the control groove 62 can have a width W that changes along the longitudinal axis L. While the width W of the control groove 62 shown in FIG. 7A changes linearly along the longitudinal axis L, the width W of the control groove 62 shown in FIG. 7B changes along the longitudinal axis L by means of a non-linear relationship.
In den Figuren 7C und 7D ist gezeigt, dass sich die Tiefe T der Steuernut 62 entlang der Längsachse L ändern kann. Wiede rum ändert sich die Tiefe in der in Figur 7C gezeigten Steu ernut 62 linear entlang der Längsachse L, während sich die Tiefe T der in Figur 7D gezeigten Steuernut 62 entlang der Längsachse L mit einem nicht-linearen Zusammenhang ändert. Die Steuernut 62, welche in Figur 5 gezeigt ist, entspricht im We sentlichen derjenigen, die in Figur 7C dargestellt ist. Aus der Figur 5 ist ebenfalls erkennbar, dass der Kontaktkol ben 56 pilzförmig aufgebaut ist und einen radial nach außen überstehenden Rand 66 bildet. Dieser Rand 66 steht entlang der Längsachse L über die Kolbenstirnfläche 64 über, so dass ein Zwischenraum 68 zwischen dem Kolben 38 und dem Rand 66 gebil det wird. Dieser Zwischenraum 68 schließt sich radial nach au ßen den weiteren Bohrungen 60 des Kontaktkolbens 56 an. FIGS. 7C and 7D show that the depth T of the control groove 62 along the longitudinal axis L can change. Again, the depth in the control groove 62 shown in FIG. 7C changes linearly along the longitudinal axis L, while the depth T of the control groove 62 shown in FIG. 7D changes along the longitudinal axis L with a non-linear relationship. The control groove 62 shown in FIG. 5 essentially corresponds to that shown in FIG. 7C. It can also be seen from FIG. 5 that the contact piston 56 is constructed in the shape of a mushroom and forms an edge 66 that protrudes radially outwards. This edge 66 projects along the longitudinal axis L beyond the piston end face 64, so that an intermediate space 68 is formed between the piston 38 and the edge 66. This gap 68 joins the other bores 60 of the contact piston 56 radially outward Shen.
Insbesondere bezugnehmend auf die Figuren 4 und 5 ist im Ein satzteil 30 ein zweiter Druckraum 70 angeordnet, der mittels einer Ausgangsbohrung 72 fluidisch mit dem Ausgang 16 verbun den ist, was besonders deutlich aus der Figur 3 hervorgeht. Referring in particular to FIGS. 4 and 5, a second pressure chamber 70 is arranged in the spare part 30, which is fluidically connected to the outlet 16 by means of an outlet bore 72, which is particularly clear from FIG.
Aus der Figur 3 geht ebenfalls hervor, dass die Betätigungs einrichtung 24 einen Elektromagnet 74 umfasst, mit welchem ein konzentrisch zur Längsachse L gelagerter Stößel 76 entlang der Längsachse L verschoben werden kann. Der Stößel 76 weist eine erste Stirnfläche 78 auf, welche insbesondere in Figur 5 gut erkennbar ist, und welche mit dem Kontaktkolben 56 zur Anlage gebracht werden kann. Darüber hinaus weist der Stößel 76 eine zweite Stirnfläche 80 auf, die in Figur 3 gezeigt ist. Zwi schen der ersten Stirnfläche 78 und der zweiten Stirnfläche 80 verläuft eine Stößelbohrung 82, welche an der zweiten Stirn fläche 80 in einen dritten Druckraum 83 mündet. Aus der Figur 5 ist erkennbar, dass die Stößelbohrung 82 im Bereich der ers ten Stirnfläche 78 fluidisch mit der Durchgangsbohrung 58 des Kontaktkolbens 56 und folglich auch mit dem Durchtrittskanal 50 des Kolbenbodens verbunden ist. Darüber hinaus ist aus Fi gur 3 erkennbar, dass eine zweite Feder 84 zumindest teilweise im dritten Druckraum 83 angeordnet ist und den Stößel 76 gegen den Kontaktkolben 56 vorspannt. Die zweite Feder 84 stützt sich auf einer zweiten Verschlussschraube 86 ab, mit welcher die Vorspannkraft der zweiten Feder 84 eingestellt werden kann. It can also be seen from FIG. 3 that the actuating device 24 includes an electromagnet 74 with which a plunger 76 mounted concentrically to the longitudinal axis L can be displaced along the longitudinal axis L. The plunger 76 has a first end face 78 which can be seen particularly well in FIG. 5 and which can be brought into contact with the contact piston 56 . In addition, the tappet 76 has a second end face 80, which is shown in FIG. Between the first end face 78 and the second end face 80 there extends a tappet bore 82 which surface 80 opens into a third pressure chamber 83 on the second end face. It can be seen from FIG. 5 that the tappet bore 82 in the region of the first end face 78 is fluidically connected to the through bore 58 of the contact piston 56 and consequently also to the through-channel 50 of the piston head. In addition, it can be seen from FIG. 3 that a second spring 84 is at least partially arranged in the third pressure chamber 83 and prestresses the plunger 76 against the contact piston 56 . The second spring 84 is supported on a second locking screw 86, with which the biasing force of the second spring 84 can be adjusted.
Bezugnehmend auf die Figur 2 wird deutlich, dass zwei Querboh rungen 90 die Stößelbohrung 82 mit einem Ankerraum 92 verbin den. Weiterhin weist der Elektromagnet 74 einen Konus 94, ei nen Anker 96, eine Kupferspule 98 und eine nicht magnetische Hülse auf. Die Kupferspule 98 kann auch aus einem anderen ge eigneten Material bestehen. Auf diese Weise wird erreicht, dass das magnetische Feld so gelenkt wird, dass die vom Elekt romagnet aufgebrachte Magnetkraft möglichst effektiv auf den Stößel 76 übertragen und in eine lineare Bewegung des Stößels umgewandelt werden kann. Referring to FIG. 2, it becomes clear that two transverse bores 90 connect the tappet bore 82 to an armature space 92 . Furthermore, the electromagnet 74 has a cone 94, an armature 96, a copper coil 98 and a non-magnetic sleeve. The copper coil 98 can also consist of another suitable material. In this way it is achieved that the magnetic field is directed in such a way that the magnetic force applied by the electromagnet can be transmitted as effectively as possible to the plunger 76 and can be converted into a linear movement of the plunger.
Das Stromregelventil 10 wird auf folgende Weise betrieben: Im stromlosen Zustand, welcher in den Figuren 3 bis 5 gezeigt ist, wird der Kolben 38 mit der ersten Feder 44 gegen den Ven tilsitz 46 gedrückt, so dass der Kolben 38 eine erste Endstel lung einnimmt, in welcher das Regelventil insbesondere mit dem O-Ring 42 leckagefrei abgedichtet wird. Es handelt sich daher um ein „normally closed"-Stromregelventil 10. Die zweite Feder 84 drückt den Stößel 76 gegen den Kontaktkolben 56. Da die von der zweiten Feder 84 ausgeübte Vorspannkraft geringer ist als die von der ersten Feder 44 ausgeübte Vorspannkraft, wird der Kolben 38 nicht vom Ventilsitz 46 weg bewegt. Das Fluid, wel ches mit einem bestimmten Eingangsdruck am Eingang 14 anliegt, kann in der ersten Endstellung nur über die Eingangsbohrung 36 in den ersten Druckraum 34 und bis zum Ventilsitz 46 strömen, weiter aber nicht. Wird nun die Betätigungseinrichtung 24 bestromt, wird der Stößel 76 zum Kontaktkolben 56 und zum Kol ben 38 hin bewegt, infolgedessen der Kolben 38 zusammen mit dem Kontaktkolben 56 gegen die Wirkrichtung der Vorspannkraft der ersten Feder 44 und gegen den auf den Ventilsitz 46 wir kenden Differenzdruck zwischen dem Eingang 14 und dem Ausgang 16 verschoben wird. Bezogen auf die in den Figuren 3 bis 5 ge wählte Darstellung werden der Stößel 76, der Kontaktkolbens 56 und der Kolben 38 nach links bewegt. Infolgedessen wird der Dichtabschnitt 40 vom Ventilsitz 46 weg bewegt. Sobald die Ra dialbohrungen 54 über den Ventilsitz 46 hinaus in den ersten Druckraum 34 verschoben werden, sind der erste Druckraum 34 und der Durchtrittskanal 50 fluidisch miteinander verbunden, infolgedessen das Fluid vom ersten Druckraum 34 durch den Durchtrittskanal 50 zur Durchgangsbohrung 58 und weiter durch die weiteren Bohrungen 60 zum Zwischenraum 68 zwischen dem Kolben 38 und dem Rand 66 des Kontaktkolbens 56 strömen kann. Gleichzeitig fließt das Fluid auch weiter durch die Stößelboh rung 82 und die Querbohrungen 90 in den Ankerraum 92 sowie in den dritten Druckraum 83. Hierdurch wird sichergestellt, dass die hydraulischen axialen Kräfte kompensiert werden und der Elektromagnet 74 nur gegen die Kraft der ersten Feder 44 ar beitet. Anschließend kann das Fluid in die Steuernut 62 hin einströmen. Aus Figur 5 ist erkennbar, dass zwischen dem zum zweiten Druckraum 70 hinweisenden Ende der Steuernut 62 und einer Wandung 88 des zweiten Druckraums 70 in der ersten End stellung eine gewisse Überdeckung D verbleibt. Mit dieser Überdeckung D wird sichergestellt, dass beim Öffnen des Ven tilsitzes 46 kein Fluid in die Ausgangsbohrung 72 fließt. The flow control valve 10 is operated in the following manner: In the de-energized state, which is shown in Figures 3 to 5, the piston 38 is pressed with the first spring 44 against the valve seat 46 so that the piston 38 assumes a first end position. in which the control valve is sealed leak-free in particular with the O-ring 42 . It is therefore a "normally closed" flow control valve 10. The second spring 84 presses the plunger 76 against the contact piston 56. Since the biasing force exerted by the second spring 84 is less than the biasing force exerted by the first spring 44, the Piston 38 is not moved away from the valve seat 46. In the first end position, the fluid which is present at the inlet 14 with a specific inlet pressure can only flow via the inlet bore 36 into the first pressure chamber 34 and up to the valve seat 46, but no further Now the actuator 24 is energized, the plunger 76 is moved to the contact piston 56 and the Kol ben 38, as a result of which the piston 38 together with the contact piston 56 against the direction of action of the biasing force the first spring 44 and against the valve seat 46 we kenden differential pressure between the input 14 and the output 16 is displaced. Based on the representation selected in FIGS. 3 to 5, the plunger 76, the contact piston 56 and the piston 38 are moved to the left. As a result, the sealing portion 40 is moved away from the valve seat 46. As soon as the radial bores 54 are displaced beyond the valve seat 46 into the first pressure chamber 34, the first pressure chamber 34 and the through-channel 50 are fluidically connected to one another, as a result of which the fluid flows from the first pressure chamber 34 through the through-channel 50 to the through-bore 58 and on through the others Holes 60 to the gap 68 between the piston 38 and the edge 66 of the contact piston 56 can flow. At the same time, the fluid also continues to flow through the ram bore 82 and the transverse bores 90 into the armature chamber 92 and into the third pressure chamber 83. This ensures that the hydraulic axial forces are compensated and the electromagnet 74 only works against the force of the first spring 44 works. The fluid can then flow into the control groove 62 . It can be seen from FIG. 5 that a certain overlap D remains between the end of the control groove 62 pointing to the second pressure chamber 70 and a wall 88 of the second pressure chamber 70 in the first end position. This overlap D ensures that no fluid flows into the outlet bore 72 when the valve seat 46 is opened.
Erst wenn der Kolben 38 so weit nach links verschoben worden ist, bis dass die Steuernut 62 zumindest teilweise über die Wandung 88 in den zweiten Druckraum 70 hineinragt und folglich die Überdeckung D aufgehoben wird, kann das Fluid die Steu ernut 62 vollständig durchströmen und in den zweiten Druckraum 70 eintreten. Von dort aus kann es über die Ausgangsbohrung 72 zum Ausgang 16 weiterströmen. Wie bereits erwähnt weist der Stößel 76 die Stößelbohrung 82 auf, welche zwischen der ersten Stirnfläche 78 und der zweiten Stirnfläche 80 verläuft. Folglich kann das Fluid von der Durchgangsbohrung 58 des Kontaktkolbens 56 in die Stößelboh rung 82 eintreten und von dort weiter in den Ankerraum 92 und dritten Druckraum 83 strömen. Hierdurch wird erreicht, dass der Druck im dritten Druckraum 83 dem Druck im ersten Druck raum 34 entspricht. Infolgedessen müssen der Stößel 76, der Kontaktkolbens 56 und der Kolben 38 nicht gegen einen Diffe renzdruck bewegt werden, sobald eine Fluidkommunikation zwi schen dem ersten Druckraum 34 und dem dritten Druckraum 83 hergestellt worden ist. Insbesondere aus der Figur 4 ist er kennbar, dass zwischen dem Ventilsitz 46 und den Radialbohrun gen 54 ein gewisser Abstand entlang der Längsachse L ver bleibt, wenn sich der Kolben 38 in der ersten Endstellung be findet. Dieser Abstand ist in der ersten Endstellung geringer als die bereits erwähnte Überdeckung D. Infolgedessen findet der Druckausgleich zwischen dem ersten Druckraum 34 und dem dritten Druckraum 83 nicht unmittelbar nach einsetzender Bewe gung des Kolbens 38 vom Ventilsitz 46 weg statt, sondern zu nächst erst der O-Ring 42 aus dem Ventilsitz 46 bewegt. Viel mehr muss der Kolben 38 um eine bestimmte Distanz verschoben werden, um den Druckausgleich hersteilen zu können. Solange dieser Druckausgleich noch nicht hergestellt worden ist, müs sen Kolben 38, der Kontaktkolbens 56 und der Stößel 76 gegen den Differenzdruck bewegt werden, wozu die Betätigungseinrich tung 24 mit einem „peak-Strom" beaufschlagt werden kann. So bald der Druckausgleich hergestellt worden ist, müssen der Kolben 38, der Kontaktkolbens 56 und der Stößel 76 nur noch gegen die Differenz aus der Vorspannkraft der ersten Feder 44 und der Vorspannkraft der zweiten Feder 84 bewegt werden. Hierzu ist ein deutlich geringerer Strom notwendig. In der Stellung des Kolbens 38, in welcher der Druckausgleich bereits hergestellt worden ist, ist aber die Überdeckung D zwar ver ringert, aber noch nicht vollständig aufgehoben worden. Von der Steuernut 62 kann daher noch kein Fluid in den zweiten Druckraum 70 fließen. The fluid can only flow completely through control groove 62 and into the second pressure chamber 70 occur. From there it can flow on to the outlet 16 via the outlet bore 72 . As already mentioned, the ram 76 has the ram bore 82 which runs between the first end face 78 and the second end face 80 . Consequently, the fluid can enter from the through hole 58 of the contact piston 56 into the ram hole 82 and from there continue to flow into the armature space 92 and the third pressure space 83 . This ensures that the pressure in the third pressure chamber 83 corresponds to the pressure in the first pressure chamber 34 . As a result, the plunger 76, the contact piston 56 and the piston 38 must not be moved against a dif ference pressure as soon as fluid communication between the first pressure chamber 34 and the third pressure chamber 83 has been established. It can be seen in particular from FIG. 4 that a certain distance along the longitudinal axis L remains between the valve seat 46 and the radial bores 54 when the piston 38 is in the first end position. In the first end position, this distance is less than the overlap D already mentioned. As a result, the pressure equalization between the first pressure chamber 34 and the third pressure chamber 83 does not take place immediately after the piston 38 begins to move away from the valve seat 46, but first at O -Ring 42 is moved out of the valve seat 46. Rather, the piston 38 must be moved by a certain distance in order to be able to produce the pressure equalization. As long as this pressure equalization has not yet been established, the piston 38, the contact piston 56 and the plunger 76 must be moved against the differential pressure, for which purpose the actuating device 24 can be subjected to a "peak current". As soon as the pressure equalization has been established , the piston 38, the contact piston 56 and the plunger 76 only have to be moved against the difference between the prestressing force of the first spring 44 and the prestressing force of the second spring 84. A significantly lower current is required for this Position of the piston 38, in which the pressure equalization has already been established, but the overlap D is indeed reduced ver, but not yet been completely eliminated. Therefore, no fluid can yet flow from the control groove 62 into the second pressure chamber 70 .
Insbesondere bezugnehmend auf die Figuren 5 bis 7D ist erkenn bar, dass sich je nach Position des Kolbens 38 die Größe der Strömungsquerschnittsfläche, welche die Steuernut 62 freigibt, verändert. Solange die Steuernut 62 nicht in den zweiten Druckraum 70 hineinragt, kann davon ausgegangen werden, dass das Fluid nicht von der Steuernut 62 in den zweiten Druckraum 70 strömen kann. Je weiter die Steuernut 62 in den zweiten Druckraum 70 hineinragt, desto größer wird die von der Steu ernut 62 freigegebene Strömungsquerschnittsfläche und folglich der Massenstrom. Entsprechend kann der Massenstrom des Fluids durch das Stromregelventil 10 mittels der Position des Kolbens 38 eingestellt werden, wozu die Betätigungseinrichtung 24 mehr oder weniger stark bestromt wird. Die Vorspannkraft der ersten Feder 44 sorgt bei einer nachlassenden Bestromung dafür, dass der Kolben 38 in Richtung des Ventilsitzes 46, in den Figuren 3 bis 5 nach rechts, verschoben wird. Wenn der Kolben 38 so weit gegen die Wirkrichtung der ersten Feder 44, in den Figu ren 3 bis 5 nach links, verschoben worden ist, dass das Fluid direkt vom Zwischenraum 68 zwischen dem Kolben 38 und dem Rand 66 des Kontaktkolbens 56 in den zweiten Druckraum 70 fließen kann, verliert die Steuernut 62 ihren Einfluss auf den Massen strom des Fluids durch das Stromregelventil 10. In diesem Fall befindet sich der Kolben 38 in einer zweiten Endstellung. In der zweiten Endstellung kann ein sehr hoher Massenstrom einge stellt werden. Wird die Bestromung der Betätigungseinrichtung 24 aufgehoben, schiebt die erste Feder 44 den Kolben 38 zurück in die erste Endstellung. Der Massenstrom des Fluids durch das Stromregelventil 10 ist nicht nur abhängig von der Größe der von der Steuernut 62 freigegebenen Strömungsquerschnittsfläche, sondern unter ande rem auch von der Temperatur und dem Druck des Fluids im Ein gang 14. Aus diesem Grund können die Temperatur des Fluids im Eingang 14 mit dem Temperatursensor 18 und der Druck des Flu ids im Eingang 14 mit dem ersten Drucksensor 20 bestimmt wer den. Üblicherweise liegt am Ausgang 16 Atmosphärendruck an, so dass sich mit dem Druck des Fluids im Eingang 14 auch eine Druckdifferenz ermitteln lässt. Je nach Anwendungsbereich des Druckregelventils kann es aber auch Vorkommen, dass am Ausgang 16 ein Unterdrück vorliegt und somit Sogeffekte auftreten. Mit dem zweiten Drucksensor 22 lässt sich der Druck des Fluids im Ausgang 16 ermitteln, so dass ein Differenzdruck zwischen dem Eingang 14 und dem Ausgang 16 auch im Falle eines Unterdrucks am Ausgang 16 bestimmen lässt. Die vom Temperatursensor 18 ge messene Temperatur und die vom ersten Drucksensor 20 und vom zweiten Drucksensor 22 gemessenen Drücke des Fluids lassen sich bei der Regelung des Stromregelventils 10 berücksichti gen. Die Bestromung der Betätigungseinrichtung 24 lässt sich so wählen, dass sich der gewünschte Massenstrom durch das Druckregelventil auch bei sich ändernden Temperatur- und Druckverhältnissen einstellt. Referring in particular to FIGS. 5 to 7D, it can be seen that, depending on the position of the piston 38, the size of the flow cross-sectional area that the control groove 62 releases changes. As long as the control groove 62 does not protrude into the second pressure chamber 70 , it can be assumed that the fluid cannot flow from the control groove 62 into the second pressure chamber 70 . The further the control groove 62 protrudes into the second pressure chamber 70, the greater the flow cross-sectional area released by the control groove 62 and consequently the mass flow. Accordingly, the mass flow of the fluid through the flow control valve 10 can be adjusted by means of the position of the piston 38, for which purpose the actuating device 24 is energized to a greater or lesser extent. When the current supply decreases, the prestressing force of the first spring 44 ensures that the piston 38 is displaced in the direction of the valve seat 46, to the right in FIGS. When the piston 38 has been displaced so far against the direction of action of the first spring 44, to the left in FIGS. 3 to 5, that the fluid flows directly from the space 68 between the piston 38 and the edge 66 of the contact piston 56 into the second pressure chamber 70 can flow, the control groove 62 loses its influence on the mass flow of the fluid through the flow control valve 10. In this case, the piston 38 is in a second end position. In the second end position, a very high mass flow can be set. If the energization of the actuating device 24 is removed, the first spring 44 pushes the piston 38 back into the first end position. The mass flow of the fluid through the flow control valve 10 depends not only on the size of the flow cross-sectional area released by the control groove 62, but also, among other things, on the temperature and pressure of the fluid in the input 14. For this reason, the temperature of the fluid in the Input 14 with the temperature sensor 18 and the pressure of the fluid in the input 14 with the first pressure sensor 20 determines who the. Atmospheric pressure is usually present at the outlet 16, so that the pressure of the fluid in the inlet 14 can also be used to determine a pressure difference. Depending on the area of application of the pressure control valve, however, it can also happen that there is a vacuum at the outlet 16 and suction effects therefore occur. The pressure of the fluid in the outlet 16 can be determined with the second pressure sensor 22 , so that a differential pressure between the inlet 14 and the outlet 16 can also be determined in the event of a negative pressure at the outlet 16 . The temperature measured by the temperature sensor 18 and the pressures of the fluid measured by the first pressure sensor 20 and the second pressure sensor 22 can be taken into account when controlling the flow control valve 10. The energization of the actuating device 24 can be selected in such a way that the desired mass flow through the Pressure control valve adjusts even with changing temperature and pressure conditions.
Figur 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Stromre gelventils 10 in Anlehnung an die in Figur 5 gewählte Darstel lung. Der wesentliche Aufbau des Stromregelventils 10 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht dabei weitgehend dem des ersten Ausführungsbeispiels. Auch die Art und Weise, wie die beiden Stromregelventile 10 betrieben werden, ist weitge hend dieselbe. Vergleicht man jedoch die Steuernuten 62, so stellt man fest, dass die Steuernut 62 gemäß dem in Figur 6 dargestellten Stromregelventils 10 größer ist als die Steu ernut des in Figur 5 dargestellten Stromregelventils 10. Ins besondere ist die Tiefe T (vgl. Figuren 7A bis 7D) größer. Der Massenstrom des Fluids, der durch die Steuernut 62 strömen kann, ist entsprechend größer, so dass sich das in Figur 6 dargestellte Stromregelventil 10 zur Aufheizung von größeren Katalysatoren eignet, die beispielsweise in LKW oder Bauma schinen eingesetzt werden, während sich das in den Figuren 1 bis 5 gezeigte Stromregelventil 10 für PKW geeignet ist. FIG. 6 shows a second exemplary embodiment of a flow control valve 10 based on the representation selected in FIG. The essential structure of the flow control valve 10 according to the second embodiment corresponds largely to that of the first embodiment. The manner in which the two flow control valves 10 are operated is also largely the same. However, if you compare the control grooves 62, you will find that the control groove 62 according to the one shown in Figure 6 The flow control valve 10 shown is greater than the control groove of the flow control valve 10 shown in FIG. 5. In particular, the depth T (cf. FIGS. 7A to 7D) is greater. The mass flow of the fluid that can flow through the control groove 62 is correspondingly greater, so that the flow control valve 10 shown in FIG 1 to 5 shown flow control valve 10 is suitable for cars.
Anzumerken ist zudem, dass in Figur 6 ein Ausgleichsring 102 erkennbar ist, mit welchem die Position des Kontaktkolbens 56 bezüglich der Längsachse L eingestellt werden kann. Dabei kön nen verschiedene Ausgleichsringe 102 eingesetzt werden, welche unterschiedliche Erstreckungen entlang der Längsachse L auf weisen. Fertigungsungenauigkeiten können mit dem Ausgleichs ring 102 ausgeglichen werden. It should also be noted that a compensating ring 102 can be seen in FIG. 6, with which the position of the contact piston 56 with respect to the longitudinal axis L can be adjusted. Different compensation rings 102, which have different extensions along the longitudinal axis L, can be used here. Manufacturing inaccuracies can be compensated with the compensation ring 102.
Mit der Verschlussschraube 48 werden die erste Feder 44 und der Kolben 38 im Stromregelventil 10 während der Montage bei einem bestimmten Strom auf einen bestimmten Durchfluss einge stellt. Das Stromregelventil 10 kann auf diese Weise kalib riert werden und garantieren einen gemeinsamen Referenzpunkt für den Betrieb im Fahrzeug und die dort hinterlegten Parame terdaten, um die Kraftstoffmenge exakt regeln zu können. With the screw plug 48, the first spring 44 and the piston 38 in the flow control valve 10 are set to a specific flow rate during assembly at a specific current. The flow control valve 10 can be calibrated in this way and guarantee a common reference point for operation in the vehicle and the parameters stored there, in order to be able to precisely control the amount of fuel.
In den Figuren 8A und 8B ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Stromregelventils 10 in Anlehnung an die in Figur 4 ge wählte Darstellung ausschnittsweise vergrößert dargestellt. In Figur 8A befindet sich das Stromregelventil 10 in der ersten Endstellung, während es sich in Figur 8B zwischen der ersten Endstellung und der zweiten Endstellung befindet. Der wesent liche Unterschied liegt in der Gestaltung des Dichtelements 41, welches im hier gezeigten dritten Ausführungsbeispiel nicht als ein O-Ring 42 ausgeführt ist, sondern welches einen bezogen auf eine durch die Längsachse L verlaufende Schnitt ebene polygonalen Querschnitt aufweist. Das Dichtelement 41 ist in einer im Kolben 38 angeordneten Dichtelement-Nut 43 an geordnet. In the figures 8A and 8B, a third embodiment of a flow control valve 10 based on the ge selected in Figure 4 is shown enlarged detail. In FIG. 8A, the flow control valve 10 is in the first end position, while in FIG. 8B it is between the first end position and the second end position. The main difference lies in the design of the sealing element 41, which in the third exemplary embodiment shown here is not designed as an O-ring 42, but which has a planar polygonal cross section in relation to a section running through the longitudinal axis L. The sealing element 41 is arranged in a piston 38 arranged in the sealing element groove 43 at.
Wie insbesondere aus der Figur 8B hervorgeht, weist das Dich telement 41 einen rechteckigen Querschnitt auf. In der ersten Endstellung (siehe Figur 8A) liegt das Dichtelement 41 am Ven tilsitz 46 an und wird entsprechend verformt. Um die Verfor mung zuzulassen, sind radial außerhalb des Ventilsitzes 46 Freiräume vorgesehen. As can be seen in particular from FIG. 8B, the sealing element 41 has a rectangular cross section. In the first end position (see FIG. 8A), the sealing element 41 rests against the valve seat 46 and is correspondingly deformed. In order to allow the deformation, 46 free spaces are provided radially outside of the valve seat.
In den Figuren 9A und 9B ist ein viertes Ausführungsbeispiel eines Stromregelventils 10 in Anlehnung an die in Figur 4 ge wählte Darstellung ausschnittsweise vergrößert dargestellt. In Figur 9A befindet sich das Stromregelventil 10 in der ersten Endstellung, während es sich in Figur 9B zwischen der ersten Endstellung und der zweiten Endstellung befindet. Auch im vierten Ausführungsbeispiel weist das Dichtelement 41 einen bezogen auf eine durch die Längsachse L verlaufende Schnitt ebene polygonalen Querschnitt auf. In diesem Fall ist das Dichtelement 41 mit einem fünfeckigen Querschnitt ausgestat tet. Im Gegensatz zum dritten Ausführungsbeispiel des Stromre gelventils 10 ist das Dichtelement 41 in einer sich im Ein satzteil 30 befindenden Dichtelement-Nut 43 angeordnet. Auf grund des fünfeckigen Querschnitts bildet das Dichtelement 41 eine konische Dichtfläche aus, mit welcher das Dichtelement 41 in der ersten Endstellung mit einer korrespondierenden koni schen Dichtfläche des Kolbens 38 zur Anlage kommt (siehe Figur 9A). In der ersten Endstellung liegt der Kolben 38 an einer Anlagefläche 104 des Einsatzteils 30 an. Hierdurch wird ver hindert, dass das Dichtelement 41 zu stark belastet und ent sprechend stark deformiert wird, was im Extremfall zu einer Zerstörung des Dichtelements 41 führen könnte. In the figures 9A and 9B, a fourth exemplary embodiment of a flow control valve 10 based on the representation selected in FIG. 4 is shown in an enlarged detail. In FIG. 9A, the flow control valve 10 is in the first end position, while in FIG. 9B it is between the first end position and the second end position. In the fourth exemplary embodiment as well, the sealing element 41 has a planar polygonal cross section in relation to a section running through the longitudinal axis L. In this case, the sealing element 41 is equipped with a pentagonal cross section. In contrast to the third exemplary embodiment of the Stromre gelventils 10, the sealing element 41 is arranged in a spare part 30 located in a sealing element groove 43. Due to the pentagonal cross section, the sealing element 41 forms a conical sealing surface, with which the sealing element 41 comes into contact in the first end position with a corresponding conical sealing surface of the piston 38 (see FIG. 9A). In the first end position, the piston 38 is at a Contact surface 104 of the insert part 30 at. This prevents the sealing element 41 from being subjected to excessive loads and correspondingly severe deformation, which in extreme cases could lead to the sealing element 41 being destroyed.
Aufgrund des polygonalen Querschnitts des Dichtelements 41 liegt es großflächig in der Dichtelement-Nut 43 an, weshalb die Verformungen des Dichtelements 41, die in der ersten End stellung auftreten, im Vergleich zum O-Ring 42 gering gehalten werden. Aufgrund der geringeren Verformungen öffnet sich das Stromregelventil 10 bereits bei einem geringeren Hub als es im Vergleich zum O-Ring 42 der Fall ist, bei dem erst die Verfor mungen überwunden werden müssen, damit sich das Stromregelven til 10 öffnet. Due to the polygonal cross section of the sealing element 41, it rests over a large area in the sealing element groove 43, which is why the deformation of the sealing element 41, which occurs in the first end position, is kept low compared to the O-ring 42. Due to the lower deformations, the flow control valve 10 opens at a lower stroke than is the case in comparison to the O-ring 42, in which only the defor regulations must be overcome so that the flow control valve 10 opens.
Figur 10 zeigt ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbei spiels einer Vorrichtung 106i zum Steuern oder Regeln eines Massenstroms eines Fluids. Die Vorrichtung 106i weist ein Flu idreservoir 108 auf, in welchem ein Fluid, in diesem Fall ein Brennstoff vorgehalten werden kann. Eine Hauptleitung 110 ist mit dem Fluidreservoir 108 verbunden, durch welche das Fluid zu einem Verbraucher 112, beispielsweise zu einem Verbren nungsmotor, gefördert werden kann. In der Hauptleitung 110 ist eine Förderpumpe 114 angeordnet, welche das Fluid zum Verbrau cher 112 fördert und den hierzu notwendigen Systemdruck be reitstellt. Damit sichergestellt ist, dass der notwendige Sys temdruck am Verbraucher 112 anliegt, ist ein Druckregelventil 116 in der Hauptleitung 110 angeordnet. Von der Förderpumpe 114 aus gesehen hinter dem Druckregelventil 116 ist eine Ab zweigung 118 vorgesehen, an welcher eine Nebenleitung 124 aus der Hauptleitung 110 abzweigt, die in einen Brennraum 119 ei nes Brenners 17 mündet. In der Nebenleitung 124 sind von der Abzweigung 118 aus gesehen zunächst der bereits erwähnte Tem peratursensor 18 und dann der erste Drucksensor 20 angeordnet. Dahinter ist das Stromregelventil 10 angeordnet. Ferner ist in der Figur 10 ersichtlich, dass das Stromregelventil 10 eine Positionsbestimmungseinheit 120 aufweist, mit welcher die Po sition des Kolbens 38 bestimmbar ist. Von der Abzweigung 118 aus gesehen hinter dem Stromregelventil 10 ist der bereits er wähnte Brenner 17 angeordnet. FIG. 10 shows a circuit diagram of a first exemplary embodiment of a device 106i for controlling or regulating a mass flow of a fluid. The device 106i has a fluid reservoir 108 in which a fluid, in this case a fuel, can be stored. A main line 110 is connected to the fluid reservoir 108, through which the fluid can be conveyed to a consumer 112, for example to a combustion engine. In the main line 110, a feed pump 114 is arranged, which promotes the fluid to the consumer 112 and provides the system pressure required for this purpose. A pressure control valve 116 is arranged in the main line 110 to ensure that the necessary system pressure is present at the consumer 112 . Seen from the feed pump 114 behind the pressure control valve 116 from a branch 118 is provided, at which a secondary line 124 branches off from the main line 110, which opens into a combustion chamber 119 egg Nes burner 17. In the secondary line 124 are of the Branch 118 seen from first the temperature sensor 18 already mentioned and then the first pressure sensor 20 is arranged. The flow control valve 10 is arranged behind it. It can also be seen in FIG. 10 that the flow control valve 10 has a position determination unit 120 with which the position of the piston 38 can be determined. Seen from the junction 118 behind the flow control valve 10 of the already mentioned burner 17 is arranged.
Sämtliche innerhalb des gestrichelt umrandeten Bereichs ange ordneten Komponenten können direkt im Stromregelventil 10 in tegriert sein. Die Funktionsweise zum Steuern oder Regeln des Massenstroms des Fluids, welches in den Brennraum 119 des Brenners 17 gefördert wird, ist bereits hinlänglich beschrie ben worden. An dieser Stelle sei zusätzlich erwähnt, dass die Positionsbestimmungseinheit 120 in einen Regelkreis eingebun den werden kann. Die Positionsbestimmungseinheit 120 ist in der Lage, die aktuelle Ist-Position des Kolbens 38 und folg lich auch die von der Steuernut 62 freigegebene Strömungsquer schnittsfläche zu ermitteln und mit der Soll-Position zu ver gleichen. Bei Abweichungen kann mittels einer entsprechenden Bestromung der Betätigungseinrichtung 24 die Differenz zwi schen der Ist-Position und der Soll-Position reduziert und idealerweise auf null gestellt werden. Zudem kann auch festge stellt werden, ob sich der Kolben 38 tatsächlich in der ersten Endstellung befindet, wenn dies so gewünscht ist, um eine un beabsichtigte Leckage zu vermeiden. Darüber hinaus kann auch festgestellt werden, ob sich der Kolben 38 im Ventilgehäuse 12 verklemmt hat und sich nicht mehr bewegt. In beiden Fällen kann ein entsprechendes Fehlersignal ausgegeben werden, so dass der Fehler schnell behoben werden kann. In Figur 11 ist ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbei spiels der Vorrichtung IO62 dargestellt. Der wesentliche Aufbau entspricht dabei derjenigen der Vorrichtung IO61 nach dem in Figur 10 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Vorrich tung IO61, weshalb im Folgenden auf die wesentlichen Unter schiede eingegangen wird. Das Stromregelventil 10 umfasst ne ben dem ersten Drucksensor 20 auch den zweiten Drucksensor 22. Ferner ist erkennbar, dass der erste Drucksensor 20 stromauf wärts der Steuernut 62 und der zweite Drucksensor 22 stromab wärts der Steuernut 62 angeordnet ist. In diesem Fall ist das Stromregelventil 10 als ein 3/2-Ventil ausgebildet. Der zu sätzliche Ausgang ist drucklos mit dem Fluidreservoir 108 ver bunden und dient der Druckentlastung. All of the components located within the area bordered by dashed lines can be integrated directly in the flow control valve 10 . The mode of operation for controlling or regulating the mass flow of the fluid which is conveyed into the combustion chamber 119 of the burner 17 has already been sufficiently described. At this point it should also be mentioned that the position determination unit 120 can be integrated into a control loop. The position determination unit 120 is able to determine the current actual position of the piston 38 and consequently also the flow cross-sectional area released by the control groove 62 and to compare it with the target position. In the event of deviations, the difference between the actual position and the target position can be reduced and ideally set to zero by means of a corresponding energizing of the actuating device 24 . In addition, it can also be determined whether the piston 38 is actually in the first end position, if this is so desired in order to avoid unintentional leakage. In addition, it can also be determined whether the piston 38 has jammed in the valve housing 12 and is no longer moving. In both cases, a corresponding error signal can be output so that the error can be rectified quickly. FIG. 11 shows a circuit diagram of a second exemplary embodiment of the device IO6 2 . The main structure corresponds to that of the device IO6 1 according to the first exemplary embodiment of the device IO6 1 shown in FIG. 10, which is why the main differences are discussed below. The flow control valve 10 includes not only the first pressure sensor 20 but also the second pressure sensor 22. It can also be seen that the first pressure sensor 20 is arranged upstream of the control groove 62 and the second pressure sensor 22 is arranged downstream of the control groove 62. In this case, the flow control valve 10 is designed as a 3/2 valve. The additional output is pressureless ver connected to the fluid reservoir 108 and serves to relieve pressure.
Aufgrund der Tatsache, dass das Stromregelventil 10 den ersten Drucksensor 20 und den zweiten Drucksensor 22 in der angegebe nen Anordnung aufweist, kann das Stromregelventil 10 in dieser Ausführungsform als ein Druckregelventil verwendet werden. Der Massenstrom des Fluids zum Brenner 17 lässt sich in dieser Ausführungsform mit dem Druck steuern oder regeln. Zur Vermei dung von Missverständnissen kann es sich anbieten, das Strom regelventil 10 in diesem Ausführungsbeispiel als Druckregel ventil zu bezeichnen. Due to the fact that the flow control valve 10 has the first pressure sensor 20 and the second pressure sensor 22 in the specified arrangement, the flow control valve 10 in this embodiment can be used as a pressure control valve. In this embodiment, the mass flow of the fluid to the burner 17 can be controlled or regulated with the pressure. To avoid misunderstandings, it may be advisable to designate the flow control valve 10 in this exemplary embodiment as a pressure control valve.
In Figur 12 ist ein Schaltbild eines dritten Ausführungsbei spiels der Vorrichtung 1063 dargestellt. Der wesentliche Aufbau entspricht dabei derjenigen der Vorrichtung IO61 nach dem in Figur 10 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Vorrich tung IO61, weshalb im Folgenden auf die wesentlichen Unter schiede eingegangen wird. Zwischen dem Stromregelventil 10 und dem Brennraum 119 ist eine Abzweigung 122 angeordnet ist, in welcher aus der Neben leitung 124 eine Niederdruckleitung 126 abzweigt und in den Brennraum 119 mündet. Der zweite Drucksensor 22 ist zwischen dem Stromregelventil 10 und der Abzweigung 122 angeordnet. In der Nebenleitung 124 ist eine erste Drossel 128 angeordnet und in der Niederdruckleitung 126 eine zweite Drossel 130 angeord net. Dabei weist die erste Drossel 128 eine größere Strömungs querschnittsfläche auf als die zweite Drossel 130. Ferner ist in der Nebenleitung 124 ein Nebenleitungsventil 132 und in der Niederdruckleitung 126 ein Niederdruckventil 134 angeordnet. Das Nebenleitungsventil 132 ist als ein Rückschlagventil und das Niederdruckventil 134 als ein druckgesteuertes 2/2-Ventil ausgestaltet. Hierzu ist das Niederdruckventil 134 zu Schalt zwecken zwischen der Abzweigung 122 und dem Niederdruckventil 134 mit der Nebenleitung 124 verbunden. FIG. 12 shows a circuit diagram of a third exemplary embodiment of the device 106 3 . The main structure corresponds to that of the device IO6 1 according to the first exemplary embodiment of the device IO6 1 shown in FIG. 10, which is why the main differences are discussed below. Between the flow control valve 10 and the combustion chamber 119 there is a branch 122 in which a low-pressure line 126 branches off from the secondary line 124 and opens into the combustion chamber 119 . The second pressure sensor 22 is arranged between the flow control valve 10 and the branch 122 . A first throttle 128 is arranged in the secondary line 124 and a second throttle 130 is arranged in the low-pressure line 126 . The first throttle 128 has a larger flow cross-sectional area than the second throttle 130. Furthermore, a bypass valve 132 is arranged in the bypass line 124 and a low-pressure valve 134 is arranged in the low-pressure line 126. The bypass valve 132 is designed as a check valve and the low-pressure valve 134 as a pressure-controlled 2/2 valve. For this purpose, the low-pressure valve 134 is connected to the secondary line 124 for switching purposes between the branch 122 and the low-pressure valve 134 .
Aufgrund der Tatsache, dass die erste Drossel 128 und die zweite Drossel 130 benachbart zum Brennerraum 119 angeordnet sind und das Fluid von der ersten Drossel 128 oder der zweiten Drossel 130 mehr oder weniger direkt in den Brennraum fließt, sind die erste Drossel 128 und die zweite Drossel 130 Teil ei ner Einspritzdüse 135. Due to the fact that the first choke 128 and the second choke 130 are located adjacent to the combustor chamber 119 and the fluid from the first choke 128 or the second choke 130 flows more or less directly into the combustion chamber, the first choke 128 and the second Throttle 130 Part of an injection nozzle 135.
Je nach Betriebszustand und der Wärmeleistung, welcher der Brenner 17 bereitstellen soll, wird mittels des Stromregelven tils 10 stromabwärts desselben ein bestimmter Druck einge stellt. Es soll angenommen werden, dass dieser Druck kleiner ist als ein bestimmter Schaltdruck, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel 3 bar betragen soll. Das Niederdruckventil 134 ist so ausgestaltet, dass es geöffnet ist, solange der Druck zwischen dem Stromregelventil 10 und der Abzweigung 122 geringer ist als der Schaltdruck. Das Nebenleitungsventil 132 schließt die Nebenleitung 124 hinter der Abzweigung 122, in folgedessen das Fluid durch die Niederdruckleitung 126 und an schließend durch die zweite Drossel 130 in den Brennraum 119 fließt. Da ein geringer Druck zu einem geringen Massenstrom führt, stellt sich dieser Zustand dann ein, wenn der Brenner 17 nur wenig Wärmeleistung abgeben muss. Depending on the operating state and the heat output, which is to provide the burner 17, a certain pressure is provided by means of the flow control valve 10 downstream of the same. It should be assumed that this pressure is lower than a certain switching pressure, which should be 3 bar in the exemplary embodiment shown. The low-pressure valve 134 is designed in such a way that it is open as long as the pressure between the flow control valve 10 and the branch 122 is lower than the switching pressure. The bypass valve 132 closes the secondary line 124 behind the branch 122, as a result of which the fluid flows through the low-pressure line 126 and then through the second throttle 130 into the combustion chamber 119. Since a low pressure leads to a low mass flow, this condition arises when the burner 17 only has to emit a small amount of heat.
Soll der Brenner 17 eine höhere Wärmeleitung bereitstellen, stellt das Stromregelventil 10 den Massenstrom entsprechend hoch ein, was typischerweise mit einer Druckerhöhung einher geht. Übersteigt der Druck zwischen dem Stromregelventil 10 und der Abzweigung 122 den Schaltdruck, so öffnet sich einer seits das Nebenleitungsventil 132 und schließt sich anderer seits das Niederdruckventil 134 aufgrund des erhöhten Drucks in der Nebenleitung 124. Das Fluid strömt folglich durch die Nebenleitung 124 und durch die erste Drossel 128130 in den Brennraum 119. Sinkt der Druck wieder unter den Schaltdruck, schließt das Nebenleitungsventil 132 und öffnet sich Nieder druckventil 134, so dass das Fluid wieder durch die Nieder druckleitung 126 und die zweite Drossel 130 in den Brennraum 119. Hierdurch lässt sich die benötigte Wärmeleistung des Brenners 17 besser einstellen, infolgedessen die Menge an un nötig verbranntem Brennstoff reduziert werden kann. If the burner 17 is to provide higher heat conduction, the flow control valve 10 sets the mass flow correspondingly high, which is typically accompanied by an increase in pressure. If the pressure between the flow control valve 10 and the branch 122 exceeds the switching pressure, the bypass valve 132 opens on the one hand and the low-pressure valve 134 closes on the other hand due to the increased pressure in the bypass line 124. The fluid consequently flows through the bypass line 124 and through the first throttle 128130 into the combustion chamber 119. If the pressure falls below the switching pressure again, the bypass valve 132 closes and the low-pressure valve 134 opens, so that the fluid flows back through the low-pressure line 126 and the second throttle 130 into the combustion chamber 119 adjust the required heat output of the burner 17 better, as a result of which the amount of un burned fuel can be reduced.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist das Stromregelventil 10 als ein Druckregelventil ausgeführt. In this exemplary embodiment, too, the flow control valve 10 is designed as a pressure control valve.
In Figur 13 ist ein Schaltbild eines vierten Ausführungsbei spiels der Vorrichtung IO64 dargestellt. Der wesentliche Aufbau entspricht dabei derjenigen der Vorrichtung 1063 nach dem in Figur 12 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel, weshalb im Folgenden auf die wesentlichen Unterschiede eingegangen wird.FIG. 13 shows a circuit diagram of a fourth exemplary embodiment of the device IO6 4 . The essential structure corresponds to that of the device 106 3 according to the third exemplary embodiment illustrated in FIG. 12, which is why the essential differences are discussed below.
In der Niederdruckleitung 126 ist kein Niederdruckventil 134 angeordnet. Das in der Nebenleitung 124 angeordnete Nebenlei tungsventil 132 ist als ein druckgesteuertes 2/2-Ventil ausge bildet. Solange der Druck des Fluids zwischen dem Stromregel ventil 10 und der Abzweigung 122 unter dem Schaltdruck liegt, sperrt das Nebenleitungsventil 132 den Durchgang durch die Ne benleitung 124. Das Fluid fließt dann durch die Niederdruck leitung 126 und die zweite Drossel 128130 in den Brennraum 119. Steigt der Druck zwischen dem Stromregelventil 10 und der Abzweigung 122 über den Schaltdruck, so öffnet das Nebenlei tungsventil 132 den Durchgang durch die Nebenleitung 124. Das Fluid strömt dann sowohl durch die Nebenleitung 124 und die erste Drossel 128 als auch durch die Niederdruckleitung 126 und die zweite Drossel 130 in den Brennraum 119. There is no low-pressure valve 134 in the low-pressure line 126 arranged. Which is arranged in the bypass line 124 processing valve 132 is formed out as a pressure-controlled 2/2-way valve. As long as the pressure of the fluid between the flow control valve 10 and the branch 122 is below the switching pressure, the bypass valve 132 blocks the passage through the bypass 124. The fluid then flows through the low-pressure line 126 and the second throttle 128-130 into the combustion chamber 119. If the pressure between the flow control valve 10 and the branch 122 rises above the switching pressure, the secondary line valve 132 opens the passage through the secondary line 124. The fluid then flows through the secondary line 124 and the first throttle 128 as well as through the low-pressure line 126 and the second throttle 130 into the combustion chamber 119.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist das Stromregelventil 10 als ein Druckregelventil ausgeführt. In this exemplary embodiment, too, the flow control valve 10 is designed as a pressure control valve.
In Figur 14 ist ein Schaltbild eines fünften Ausführungsbei spiels der Vorrichtung IO65 dargestellt. Die Vorrichtung IO65 weist eine Anordnung 136 zum Steuern oder Regeln eines Massen stroms auf, welche sich für eine Hochdruck-Einspritzdüse 135 eignet (beispielswiese für Drücke von ca. 3 bar). Allerdings weist die Vorrichtung 1065 keine Schaltoption wie die in den Figuren 12 und 13 dargestellten Vorrichtungen 1063, 1064 auf. Mittels des Drucksensors 22 kann der Volumenstrom für die Ein spritzdüse 135 eingestellt werden. Auch in diesem Ausführungs beispiel ist das Stromregelventil 10 als ein Druckregelventil ausgeführt . Figur 15 zeigt ein Stromregelventil 10 nach einem dritten Aus führungsbeispiel. Der Einfachheit halber sind nur die wich tigsten Bezugszeichen eingezeichnet. Für die übrigen Bezugs zeichen wird insbesondere auf die Figuren 3 und 4 verwiesen. Grundsätzlich ist aber die Vorrichtung IO65 so aufgebaut wie in Figur 10 beschrieben. Der wesentliche Unterschied ist, dass der erste Druckraum 34 und der zweite Druckraum 70 voneinander getrennt sind und unabhängig von der Stellung des Kolbens 38 fluidisch zumindest direkt nicht miteinander verbunden werden können, wie es im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel des Stromregelventils 10 der Fall ist. FIG. 14 shows a circuit diagram of a fifth exemplary embodiment of the device IO6 5 . Device IO6 5 has an arrangement 136 for controlling or regulating a mass flow, which is suitable for a high-pressure injection nozzle 135 (for example for pressures of approximately 3 bar). However, the device 1065 does not have a switching option like the devices 1063, 1064 shown in FIGS. The volume flow for the injection nozzle 135 can be adjusted by means of the pressure sensor 22 . In this exemplary embodiment, too, the flow control valve 10 is designed as a pressure control valve. FIG. 15 shows a flow control valve 10 according to a third exemplary embodiment. For the sake of simplicity, only the most important reference symbols are shown. Reference is made in particular to FIGS. 3 and 4 for the other reference symbols. In principle, however, the device IO6 5 is constructed as described in FIG. The main difference is that the first pressure chamber 34 and the second pressure chamber 70 are separate from one another and, regardless of the position of the piston 38, cannot be fluidically connected to one another at least directly, as is the case in the first and second exemplary embodiments of the flow control valve 10.
Der Ventilsitz 46 befindet sich an einem freien Ende 138 eines rohrförmigen Vorsprungs 140, der am Ventilgehäuse 12 befestigt ist, beispielsweise durch Verschrauben. Der Kolben 38 ist ent lang der Längsachse L mittels eines ersten Lagerabschnitts 142 im Ventilgehäuse 12 und mittels eines zweiten Lagerabschnitts 144 im Vorsprung 140 gelagert. Mit dem ersten Lagerabschnitt 142 wird der erste Druckraum 34 und der zweite Druckraum 70 fluidisch voneinander getrennt. Der Durchtrittskanal 50 wird zumindest teilweise vom Ringraum zwischen dem Kolben 38 und dem Vorsprung 140 gebildet. Der Kolben 38 weist ein trichter förmiges freies Kolbenende 146 auf, dessen Außenkontur in etwa der Innenkontur des Ventilsitzes 46 entspricht und den Dicht abschnitt 40 bildet. Der Durchtrittskanal 50 mündet im Bereich des Ventilsitzes 46 in den Brennraum 119 des Brenners 17. In der ersten Endstellung verschließt der Kolben 38 den Ventil sitz 46. Wird der Kolben 38 infolge einer entsprechenden Bestromung der Betätigungseinrichtung 24 in die zweite End stellung bewegt (in Figur 15 nach links), wird zwischen dem Durchtrittskanal 50 und dem Kolben 38 im Bereich des Ventil sitzes 46 eine Strömungsquerschnittsfläche freigegeben, durch welche das Fluid vom ersten Druckraum 34 in den Brennraum 119 strömen kann. Die Größe der Strömungsquerschnittfläche kann in Abhängigkeit der Position des Kolbens 38 zwischen der ersten Endstellung und der zweiten Endstellung verändert werden. Auf grund der Nähe zum Brennraum 119 wird hier kein Dichtelement 41 eingesetzt. The valve seat 46 is located at a free end 138 of a tubular boss 140 which is secured to the valve body 12, such as by bolting. The piston 38 is mounted along the longitudinal axis L by means of a first bearing section 142 in the valve housing 12 and by means of a second bearing section 144 in the projection 140 . The first pressure chamber 34 and the second pressure chamber 70 are fluidically separated from one another by the first bearing section 142 . The through-channel 50 is at least partially formed by the annular space between the piston 38 and the projection 140 . The piston 38 has a funnel-shaped free piston end 146, the outer contour of which corresponds approximately to the inner contour of the valve seat 46 and the sealing section 40 forms. The through-channel 50 opens into the combustion chamber 119 of the burner 17 in the area of the valve seat 46. In the first end position, the piston 38 closes the valve seat 46. If the piston 38 is moved into the second end position as a result of a corresponding energization of the actuating device 24 (in FIG 15 to the left), a flow cross-sectional area is released between the passage 50 and the piston 38 in the area of the valve seat 46, through which the fluid flows from the first pressure chamber 34 into the combustion chamber 119 can flow. The size of the cross-sectional flow area can be varied depending on the position of the piston 38 between the first extreme position and the second extreme position. Due to the proximity to the combustion chamber 119, no sealing element 41 is used here.
Ferner ist die bereits erwähnte Positionsbestimmungseinheit 120 zum Bestimmen der Position des Kolbens 38 in Figur 15 er kennbar. Die Positionsbestimmungseinheit 120 ist im Bereich des dritten Druckraums 83 angeordnet und umfasst einen Hallsensor. Die Positionsbestimmungseinheit 120 erfasst dabei die Position des Kolbens 38 indirekt dadurch, dass er die Po sition des Stößels 76 erfasst, der aber, wie beschrieben, mit dem Kolben 38 zusammenwirkt und folglich dieselbe Bewegung wie der Kolben 38 ausführt. Furthermore, the already mentioned position determination unit 120 for determining the position of the piston 38 can be seen in FIG. The position determination unit 120 is arranged in the area of the third pressure chamber 83 and includes a Hall sensor. The position determining unit 120 indirectly detects the position of the piston 38 in that it detects the position of the plunger 76 which, however, as described, interacts with the piston 38 and consequently performs the same movement as the piston 38 .
Wie erwähnt, sind der erste Druckraum 34 und der zweite Druck raum 70 mittels des ersten Lagerabschnitts 142 fluidisch von einander getrennt. Man kann aber den ersten Druckraum 34 und den zweiten Druckraum 70 mit einer nicht dargestellten Verbin dungsleitung fluidisch miteinander verbinden. Infolgedessen herrschen im ersten Druckraum 34, im zweiten Druckraum 70 und im dritten Druckraum 83 dieselben Drücke, so dass die Betäti gungseinrichtung 24 nicht gegen eine Druckdifferenz zwischen dem ersten Druckraum 34 und dem zweiten Druckraum 70 arbeiten muss. Alternativ können der zweite Druckraum 70 und der dritte Druckraum 83 unter Verwendung der Ausgangsbohrung 72 auch drucklos zum Fluidreservoir 108 hin entlastet sein. As mentioned, the first pressure chamber 34 and the second pressure chamber 70 are fluidically separated from one another by means of the first bearing section 142 . But you can fluidly connect the first pressure chamber 34 and the second pressure chamber 70 with a connec tion line, not shown. As a result, the same pressures prevail in the first pressure chamber 34, in the second pressure chamber 70 and in the third pressure chamber 83, so that the actuating device 24 does not have to work against a pressure difference between the first pressure chamber 34 and the second pressure chamber 70. Alternatively, the second pressure chamber 70 and the third pressure chamber 83 can also be relieved without pressure towards the fluid reservoir 108 using the outlet bore 72 .
Aufgrund der Tatsache, dass der Kolben 38 nach dem dritten Ausführungsbeispiel des Stromregelventils 10 vergleichsweise lang ist, kann der Kolben 38 auch als Düsennadel bezeichnet werden. Alternativ kann der nach außen öffnende Kolben 38 auch nach innen öffnen und dabei einen Düsenbohrung zum Brenner 17 öff nen, dabei wird das Wirkprinzip umgedreht. Die Betätigungsein- richtung 24 ändert bei gleicher Funktion die Richtung und kann dadurch die Einspritzdüse 135 öffnen. Hierdurch lassen sich kleinere Querschnitte realisieren und entsprechend kleinere Massenströme mit der gewünschten Präzision einstellen. Zur weiteren Verfeinerung der Einstellung des Massenstroms kann in der Nebenleitung 124 ein weiteres Stromregelventil 147 angeordnet werden. Due to the fact that the piston 38 is comparatively long according to the third exemplary embodiment of the flow control valve 10, the piston 38 can also be referred to as a nozzle needle. Alternatively, the outward-opening piston 38 can also open inward, thereby opening a nozzle bore to the burner 17, in which case the principle of action is reversed. With the same function, the actuating device 24 changes direction and can thereby open the injection nozzle 135 . As a result, smaller cross sections can be realized and correspondingly smaller mass flows can be set with the desired precision. A further flow control valve 147 can be arranged in the secondary line 124 to further refine the adjustment of the mass flow.
Figur 16 zeigt den Kolben 38 im Bereich des trichterförmigen freien Kolbenendes 146 anhand einer isolierten Darstellung.FIG. 16 shows the piston 38 in the area of the funnel-shaped free piston end 146 using an isolated representation.
Der Kolben 38 weist eine Drallstruktur 148 auf, die im darge stellten Ausführungsbeispiel als eine Vielzahl von Drallnuten 150 realisiert ist. Bezogen auf die Längsachse L weisen die Drallnuten 150 einen wendelförmigen Verlauf auf. Wenn das Fluid vom Durchtrittskanal 50 in den Brennraum 119 strömt, prägen die Drallnuten 150 dem Fluid eine radiale Richtungskom ponente auf, so dass das Fluid mit einem Drall in den Brenn raum 119 eintritt. Die Vermischung mit der Luft im Brennraum 119 wird hierdurch verbessert. The piston 38 has a swirl structure 148 which is implemented as a multiplicity of swirl grooves 150 in the exemplary embodiment shown. Relative to the longitudinal axis L, the spiral grooves 150 have a helical course. When the fluid flows from passage 50 into combustion chamber 119, swirl grooves 150 impart a radial directional component to the fluid, so that the fluid enters combustion chamber 119 with a swirl. Mixing with the air in the combustion chamber 119 is improved as a result.
Bezugszeichenliste Reference List
10 Stromregelventil 12 Ventilgehäuse 14 Eingang 10 flow control valve 12 valve body 14 inlet
16 Ausgang 16 exit
17 Brenner 17 burners
18 Temperatursensor 18 temperature sensor
20 erster Drucksensor 22 zweiter Drucksensor 24 Betätigungseinrichtung 26 Stromanschluss 28 Ventilblock 20 first pressure sensor 22 second pressure sensor 24 actuating device 26 power connection 28 valve block
30 Einsatzteil 32 Ventilblockbohrung 34 erster Druckraum 36 Eingangsbohrung 38 Kolben 30 insert part 32 valve block bore 34 first pressure chamber 36 inlet bore 38 piston
40 Dichtabschnitt 40 sealing section
41 Dichtelement 41 sealing element
42 O-Ring 42 O ring
43 Dichtelement-Nut 43 sealing element groove
44 erste Feder 46 Ventilsitz 44 first spring 46 valve seat
48 erste Verschlussschraube48 first locking screw
49 Deckel 49 cover
50 Durchtrittskanal 52 Sacklochbohrung 54 Radialbohrung 56 Kontaktkolben 58 Durchgangsbohrung 50 passage channel 52 blind hole 54 radial bore 56 contact plunger 58 through hole
60 weitere Bohrung 62 Steuernut 64 Kolbenstirnfläche 66 Rand 68 Zwischenraum 60 further bore 62 control groove 64 piston end face 66 edge 68 intermediate space
70 zweiter Druckraum 72 Ausgangsbohrung 74 Elektromagnet 76 Stößel 70 second pressure chamber 72 outlet bore 74 electromagnet 76 plunger
78 erste Stirnfläche 78 first face
80 zweite Stirnfläche 80 second face
82 Stößelbohrung 82 tappet bore
83 dritter Druckraum 83 third pressure room
84 zweite Feder 84 second spring
86 zweite Verschlussschraube86 second locking screw
88 Wandung 88 wall
90 Querbohrung 92 Ankerraum 94 Konus 96 Anker 98 Kupferspule 100 Hülse 90 cross bore 92 armature space 94 cone 96 armature 98 copper coil 100 sleeve
102 Ausgleichsring 104 Anlagefläche 106 Vorrichtung 102 compensating ring 104 contact surface 106 device
106i - 1065 Vorrichtung 108 Fluidreservoir 106i - 1065 device 108 fluid reservoir
110 Hauptleitung 112 Verbraucher 114 Förderpumpe 116 Druckregelventil 110 Main line 112 Consumer 114 Feed pump 116 Pressure control valve
118 Abzweigung 118 turnoff
119 Brennraum 119 combustion chamber
120 Positionsbestimmungseinheit 122 Abzweigung 120 position determination unit 122 junction
124 Nebenleitung 124 secondary line
126 Niederdruckleitung 126 low pressure line
128 erste Drossel 128 First Thrush
130 zweite Drossel 132 Nebenleitungsventil 130 second throttle 132 by-pass valve
134 Niederdruckventil 134 low pressure valve
135 Einspritzdüse 135 injector
136 Anordnung 138 freies Ende 136 arrangement 138 free end
140 Vorsprung 140 lead
142 erster Lagerabschnitt 142 first camp section
144 zweiter Lagerabschnitt 144 second camp section
146 freies Kolbenende 146 free piston end
147 weiteres Stromregelventil147 further flow control valve
148 Drallstruktur 150 Drallnut 148 twist structure 150 twist groove
D Überdeckung L Längsachse T Tiefe W Breite D overlap L longitudinal axis T Depth W Width

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Stromregelventil (10) zum Steuern oder Regeln eines Massen stroms eines Fluids, umfassend mindestens einen Eingang (14) und mindestens einen Aus gang (16), einen mit dem Eingang (14) fluidisch verbundenen ersten Druckraum (34), einen mit dem Ausgang (16) fluidisch verbundenen zweiten Druckraum (70), wobei der erste Druckraum (34) entlang einer Längsachse (L) axial versetzt zum zweiten Druck raum (70) angeordnet ist, einen Stößel (76), der entlang der Längsachse (L) beweg bar im Ventilgehäuse (12) gelagert und mittels einer bestrombaren Betätigungseinrichtung (24) entlang der Längsachse (L) bewegbar ist, einen Ventilsitz (46), und einen Kolben (38), welcher o entlang der Längsachse (L) bewegbar im Ventilgehäuse (12) gelagert und mittels des Stößels (76) entlang der Längsachse (L) zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung bewegbar ist, o einen Durchtrittskanal (50) bildet, der den ersten Druckraum (34) und den zweiten Druckraum (70) zumin dest in der zweiten Endstellung fluidisch miteinan der verbindet, o einen Dichtabschnitt (40) aufweist, der in der ers ten Endstellung am Ventilsitz (46) anliegt und in der ersten Endstellung den ersten Druckraum (34) fluidisch vom zweiten Druckraum (70) trennt, und o eine Steuernut (62) aufweist, die eine Strömungs querschnittsfläche bereitstellt, welche den Durch trittskanal (50) und den ersten Druckraum (34) oder den Durchtrittskanal (50) und den zweiten Druckraum (70) fluidisch miteinander verbindet, wenn sich der Kolben (38) zwischen der ersten Endstellung und der zweiten Endstellung befindet, wobei die Größe der Strömungsquerschnittfläche in Abhängigkeit der Posi tion des Kolbens (38) zwischen der ersten Endstel lung und der zweiten Endstellung veränderbar ist. 1. Flow control valve (10) for controlling or regulating a mass flow of a fluid, comprising at least one inlet (14) and at least one outlet (16), a first pressure chamber (34) fluidically connected to the inlet (14), a Outlet (16) fluidically connected second pressure chamber (70), wherein the first pressure chamber (34) along a longitudinal axis (L) is arranged axially offset to the second pressure chamber (70), a plunger (76) along the longitudinal axis (L) movable bar mounted in the valve housing (12) and by means of an energizable actuating device (24) along the longitudinal axis (L) is movable, a valve seat (46), and a piston (38), which o along the longitudinal axis (L) movable in the valve housing ( 12) and can be moved by means of the plunger (76) along the longitudinal axis (L) between a first end position and a second end position, o forms a through-channel (50) which forms the first pressure chamber (34) and the second pressure chamber (70) at least least in the second end o has a sealing section (40) which rests against the valve seat (46) in the first end position and fluidly separates the first pressure chamber (34) from the second pressure chamber (70) in the first end position, and o a control groove (62) having a flow cross-sectional area that provides the through-passage channel (50) and the first pressure chamber (34) or fluidically connects the through-channel (50) and the second pressure chamber (70) to one another when the piston (38) is between the first end position and the second end position, the size of the flow cross-sectional area depending on the position of the piston (38) between the first end position and the second end position can be changed.
2. Stromregelventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuernut (62) eine sich entlang der Längsachse (L) ändernde Tiefe (T) aufweist. 2. Flow control valve (10) according to claim 1, characterized in that the control groove (62) has a depth (T) that varies along the longitudinal axis (L).
3. Stromregelventil (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuernut (62) eine sich entlang der Längsachse (L) ändernde Breite (W) aufweist. 3. Flow control valve (10) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the control groove (62) along the longitudinal axis (L) has changing width (W).
4. Stromregelventil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (38) mittels einer ersten Feder (44) in die erste Endstellung vorgespannt wird. 4. Flow control valve (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the piston (38) is biased into the first end position by means of a first spring (44).
5. Stromregelventil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (76) o eine erste Stirnfläche (78) und eine zweite Stirn fläche (80) und o eine zwischen der ersten Stirnfläche (78) und der zweiten Stirnfläche (80) verlaufende Stößelbohrung (82) aufweist, wobei die erste Stirnfläche (78) zum Bewegen des Kolbens (38) mit demselben zusammenwirkt und die Stößelbohrung (82) mit dem Durchtrittskanal (50) fluidisch verbunden ist, und ein dritter Druckraum (83) vorgesehen ist, in welchen die Stößelbohrung (82) an der zweiten Stirnfläche (80) mündet. 5. Flow control valve (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the tappet (76) o a first end face (78) and a second end face (80) and o one between the first end face (78) and the second end face (80) running tappet bore (82), wherein the first end face (78) for moving the piston (38) interacts with the same and the tappet bore (82) is fluidically connected to the passage (50), and a third pressure chamber (83) is provided, into which the tappet bore (82) opens at the second end face (80).
6. Stromregelventil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (76) mittels einer zweiten Feder (84) gegen den Kolben (38) vorgespannt wird. 6. Flow control valve (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the tappet (76) by means of a second spring (84) is biased against the piston (38).
7. Stromregelventil (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromregelventil (10) eine erste Verschlussschraube (48) zum Einstellen der Vorspannkraft der ersten Feder (44) und/oder eine zweite Verschlussschraube (86) zum Einstellen der Vorspannkraft der zweiten Feder (84) umfasst. 7. Flow control valve (10) according to claim 6, characterized in that the flow control valve (10) has a first screw plug (48) for adjusting the pretensioning force of the first spring (44) and/or a second screw plug (86) for adjusting the pretensioning force of the second Spring (84) includes.
8. Stromregelventil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontaktkolben (56) mit dem Kolben (38) verbunden ist, wobei der Kontaktkolben (56) mit der ersten Stirnfläche (78) des Stößels (76) zusammenwirkt. 8. Flow control valve (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that a contact piston (56) is connected to the piston (38), the contact piston (56) interacting with the first end face (78) of the tappet (76).
9. Stromregelventil (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkolben (56) eine Durchgangsbohrung (58) aufweist, welche den Durchtrittska nal (50) und die Stößelbohrung (82) fluidisch verbindet. 9. Flow control valve (10) according to claim 8, characterized in that the contact piston (56) has a through bore (58) which fluidically connects the passage channel (50) and the tappet bore (82).
10. Stromregelventil (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkolben (56) zumin dest eine in die Durchgangsbohrung (58) mündende weitere Bohrung (60) aufweist, welche die Durchgangsbohrung (58) fluidisch mit der Steuernut (62) verbindet. 10. Flow control valve (10) according to claim 9, characterized in that the contact piston (56) has at least one further bore (60) opening into the through bore (58) which fluidly connects the through bore (58) to the control groove (62). .
11. Stromregelventil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckraum (34) und der zweite Druckraum (70) sowie der Ventilsitz (46) von ei nem in das Ventilgehäuse (12) einsetzbaren Einsatzteil (30) gebildet werden. 11. Flow control valve (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the first pressure chamber (34) and the second pressure chamber (70) and the valve seat (46) are formed by an insert part (30) which can be inserted into the valve housing (12).
12. Stromregelventil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Dichtabschnitt (40) ein Dichtelement (41) angeordnet ist, welches einen bezogen auf eine durch die Längsachse (L) verlaufende Schnittebene ei nen polygonalen Querschnitt aufweist. 12. Flow control valve (10) according to claim 1, characterized in that a sealing element (41) is arranged in the sealing section (40), which has a sectional plane running through the longitudinal axis (L) and has a polygonal cross section.
13. Stromregelventil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromregelventil (10) ei nen Temperatursensor (18) zum Bestimmen der Temperatur des Fluids im Eingang (14) aufweist. 13. Flow control valve (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the flow control valve (10) has a temperature sensor (18) for determining the temperature of the fluid in the inlet (14).
14. Stromregelventil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromregelventil (10) ei nen ersten Drucksensor (20) zum Bestimmen des Drucks des Fluids im Eingang (14) aufweist. 14. Flow control valve (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the flow control valve (10) has a first pressure sensor (20) for determining the pressure of the fluid in the inlet (14).
15. Stromregelventil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromregelventil (10) ei nen zweiten Drucksensor (22) zum Bestimmen des Drucks des Fluids im Ausgang (16) aufweist. 15. Flow control valve (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the flow control valve (10) has a second pressure sensor (22) for determining the pressure of the fluid in the outlet (16).
16. Stromregelventil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromregelventil (10) eine Positionsbestimmungseinheit (120) zum Bestimmen der Posi tion des Kolbens (38) aufweist. 16. Flow control valve (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the flow control valve (10) has a position determination unit (120) for determining the posi tion of the piston (38).
17. Anordnung (136) zum Steuern oder Regeln eines Massenstroms eines Fluids, mit einem Stromregelventil (10), und einem Brenner (17), der einen Brennraum (119) aufweist, wobei das Stromregelventil (10) umfasst mindestens einen Eingang (14) und mindestens einen Aus gang (16), wobei der Ausgang (16) fluidisch mit dem Brennraum (119) verbunden ist, einen mit dem Eingang (14) fluidisch verbundenen ersten Druckraum (34), einen Stößel (76), der entlang der Längsachse (L) beweg bar im Ventilgehäuse (12) gelagert und mittels einer bestrombaren Betätigungseinrichtung (24) entlang der Längsachse (L) bewegbar ist, einen Ventilsitz (46), und einen Kolben (38), welcher o entlang der Längsachse (L) bewegbar im Ventilgehäuse (12) gelagert und mittels des Stößels (76) entlang der Längsachse (L) zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung bewegbar ist, o einen Durchtrittskanal (50) bildet, der den ersten Druckraum (34) und den Brennraum (119) zumindest in der zweiten Endstellung fluidisch miteinander ver bindet, o einen Dichtabschnitt (40) aufweist, der in der ers ten Endstellung am Ventilsitz (46) anliegt und in der ersten Endstellung den ersten Druckraum (34) fluidisch vom Brennraum (119) trennt, und o eine Strömungsquerschnittsfläche zwischen dem Kolben (38) und dem Durchtrittskanal (38) bereitstellt, welche den Durchtrittskanal (50) und den ersten Druckraum (34) oder den Durchtrittskanal (50) und den Brennraum (119) fluidisch miteinander verbindet, wenn sich der Kolben (38) zwischen der ersten End stellung und der zweiten Endstellung befindet, wobei die Größe der Strömungsquerschnittfläche in Abhän gigkeit der Position des Kolbens (38) zwischen der ersten Endstellung und der zweiten Endstellung ver änderbar ist. 17 arrangement (136) for controlling or regulating a mass flow of a fluid, with a flow control valve (10), and a burner (17) having a combustion chamber (119), the flow control valve (10) comprising at least one inlet (14) and at least one outlet (16), the outlet (16) being fluid connected to the combustion chamber (119), a first pressure chamber (34) fluidically connected to the inlet (14), a tappet (76) which is mounted in the valve housing (12) so that it can move along the longitudinal axis (L) and by means of an actuation device that can be energized (24) can be moved along the longitudinal axis (L), a valve seat (46), and a piston (38), which is mounted in the valve housing (12) so that it can be moved along the longitudinal axis (L) and by means of the tappet (76) along the longitudinal axis (L) can be moved between a first end position and a second end position, o forms a through-channel (50) which fluidly connects the first pressure chamber (34) and the combustion chamber (119) to one another at least in the second end position, o a sealing section (40 ) which in the e rs th end position rests against the valve seat (46) and in the first end position fluidly separates the first pressure chamber (34) from the combustion chamber (119), and o provides a flow cross-sectional area between the piston (38) and the through-channel (38) which provides the through-channel ( 50) and the first pressure chamber (34) or the through-channel (50) and the combustion chamber (119) fluidly connected to each other when the piston (38) is between the first end position and the second end position, wherein the size of the cross-sectional flow area can be changed depending on the position of the piston (38) between the first end position and the second end position.
18. Anordnung (136) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (38) eine Drall struktur (148) aufweist, welche das Fluid beim Strömen in den Brennraum (119) in einen Drall versetzt. 18. Arrangement (136) according to claim 17, characterized in that the piston (38) has a swirl structure (148) which causes the fluid to swirl as it flows into the combustion chamber (119).
19. Vorrichtung (106) zum Steuern oder Regeln eines Massen stroms eines Fluids, umfassend ein Fluidreservoir (108) zum Vorhalten des Fluids, eine Hauptleitung (110), durch welche das Fluid zu einem Verbraucher (112) geleitet werden kann, eine in der Hauptleitung (110) angeordnete Förderpumpe (114) zum Fördern des Fluids in derselben, einen Brenner (17), welcher einen Brennraum (119) auf weist, eine von der Hauptleitung (110) abzweigende und in den Brennraum (119) mündende Nebenleitung (124), und ein in der Nebenleitung (124) angeordnetes Stromregel ventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, mit wel chem der Massenstrom in den Brennraum (119) steuerbar o- der regelbar ist. 19. Device (106) for controlling or regulating a mass flow of a fluid, comprising a fluid reservoir (108) for storing the fluid, a main line (110) through which the fluid can be passed to a consumer (112), one in the A feed pump (114) arranged in the main line (110) for feeding the fluid in the same, a burner (17) which has a combustion chamber (119), a secondary line (124 ), And in the secondary line (124) arranged flow control valve (10) according to any one of claims 1 to 16, with wel chem the mass flow into the combustion chamber (119) can be controlled or regulated.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stromregelventil (10) und dem Brennraum (119) eine Abzweigung (122) angeordnet ist, in welcher aus der Nebenleitung (124) eine Niederdruckleitung (126) abzweigt und in den Brennraum (119) mündet, wobei in der Nebenleitung (124) eine erste Drossel (128) ange ordnet ist, in der Niederdruckleitung (126) eine zweite Drossel (130) angeordnet ist, und in der Nebenleitung (124) ein Nebenleitungsventil (132) und/oder in der Niederdruckleitung (126) ein Niederdruckventil (134) angeordnet sind, welche die Nebenleitung (124) und/oder die Niederdruckleitung (126) in Abhängigkeit des Drucks zwischen dem Stromregelventil (10) und der Abzweigung (122) freigibt oder sperrt. 20. The device according to claim 19, characterized in that a branch (122) is arranged between the flow control valve (10) and the combustion chamber (119), in which a low-pressure line (126) branches off from the secondary line (124) and into the combustion chamber ( 119) flows out, where a first throttle (128) is arranged in the secondary line (124), a second throttle (130) is arranged in the low-pressure line (126), and a secondary line valve (132) in the secondary line (124) and/or in the low-pressure line ( 126) a low-pressure valve (134) is arranged, which releases or blocks the secondary line (124) and/or the low-pressure line (126) depending on the pressure between the flow control valve (10) and the branch (122).
21. Verfahren zum Betreiben eines Stromregelventils (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 16, umfassend die folgenden Schritte: 21. A method for operating a flow control valve (10) according to any one of claims 4 to 16, comprising the following steps:
- Vorspannen des Kolbens (38) in die erste Endstellung mit tels der ersten Feder (44), so dass der Dichtabschnitt (40) am Ventilsitz (46) anliegt, - Prestressing of the piston (38) into the first end position by means of the first spring (44) so that the sealing section (40) rests against the valve seat (46),
- Bestromen der Betätigungseinrichtung (24) zum Bewegen des Stößels (76) entlang der Längsachse (L) derart, dass o der Kolben (38) gegen die Vorspannkraft der ersten Feder (44) entlang der Längsachse (L) verschoben und der Dichtabschnitt (40) vom Ventilsitz (46) weg be wegt wird und o die Steuernut (62) den Durchtrittskanal (50) und den ersten Druckraum (34) oder den Durchtrittskanal (50) und den zweiten Druckraum (70) fluidisch miteinander verbindet, wobei o die Größe der Strömungsquerschnittfläche der Steu ernut (62) in Abhängigkeit der Position des Kolbens (38) zwischen der ersten Endstellung und der zweiten Endstellung mittels der Bestromung der Betätigungs einrichtung (24) veränderbar ist. - Energizing the actuating device (24) to move the plunger (76) along the longitudinal axis (L) in such a way that the piston (38) is displaced along the longitudinal axis (L) against the prestressing force of the first spring (44) and the sealing section (40 ) is moved away from the valve seat (46) and o the control groove (62) fluidly connects the through-channel (50) and the first pressure chamber (34) or the through-channel (50) and the second pressure chamber (70), with o the size the flow cross-sectional area of the control groove (62) can be changed depending on the position of the piston (38) between the first end position and the second end position by means of the energization of the actuating device (24).
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