DE10045282C2 - Ventilausbildung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für Einspritzinjektoren von Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Steuerventile der vorgenannten Art sind aus der EP 0 851 115 A1 bekannt. Im Hinblick auf Desachsierungsfehler zwischen der Sitzfläche des Ventilsitzes und dem das kugelförmige Schließ­ glied beaufschlagenden hubbeweglichen Betätigungsstößel ist ei­ ne Entkupplung vorgesehen, die ein Zwischenglied umfasst, das zwischen dem Schließglied in Kugelform und dem Betätigungsstö­ ßel liegt, wobei der Betätigungsstößel und das Zwischenglied zur Hubachse des Betätigungsstößels senkrechte, einander gegen­ überliegende und sich gegeneinander abstützende Beaufschla­ gungsflächen aufweisen, so dass das Zwischenglied zum Ausgleich von Achsfehlern gegenüber dem Betätigungsstößel in Querrichtung wandern und sich über das Schließglied gegen die Sitzfläche ausrichten kann. Um zudem die Flächenpressung zwischen Zwi­ schenglied und Schließglied zu verkleinern, weist das Zwischen­ glied eine kalottenförmige Vertiefung für das Schließglied auf, deren Krümmungsradius größer ist als der des als Kugel ausge­ bildeten Schließgliedes.

Abgesehen von dem zusätzlichen Aufwand, der durch eine derarti­ ge Entkupplung bedingt ist und auch den Bauraumbedarf vergrö­ ßert, können mit der Verwendung eines derartigen kugelförmigen Schließgliedes in der Praxis auch Nachteile dahingehend verbun­ den sein, dass durch punktuelle Deformationen in Verbindung mit der ständig wechselnden Lage der Dichtgrenze fallweise Mängel in der Schließfunktion auftreten, und/oder unterschiedliche Umströmungsverhältnisse zustande kommen. Letzteres insbesondere in Verbindung mit den in Hochdrucksystemen auftretenden hohen Strömungsgeschwindigkeiten. Die punktuelle Abstützung zwischen Schließglied in Kugelform und Zwischenglied begünstigt auch ein wechselseitiges Einarbeiten mit der Folge maßlicher Veränderun­ gen in der Hublage des Betätigungsstößels zur Sitzfläche, was zu Veränderungen in der Einspritzrate führen kann.

Um bei kugelförmigen Schließgliedern deren Drehbarkeit auf die zur Sitzfläche konzentrische Achse zu beschränken ist es bei handbetätigten Absperrventilen aus der US 3 529 805 bekannt, das kugelförmige Schließglied als Kugelsegment auszubilden, das radial geführt in einer endseitigen Aufnahme der Ventilspindel angeordnet ist und mit seiner ebenen Begrenzungsfläche gegenü­ berliegend zur Sitzfläche gegen eine spindelseitige Anlage ab­ gestützt ist, wobei die Aufnahme das Kugelsegment, bezogen auf den Äquator, gegenüberliegend zur ebenen Begrenzungsfläche übergreift und dadurch mit der ebenen Begrenzungsfläche in der Anlage zur Spindel hält. Abgesehen davon, dass bei derartigen Absperrventilen zu Steuerventilen für Einspritzinjektoren von Brennkraftmaschinen vergleichbare Verhältnisse nicht gegeben sind, schließt die radiale Führung des Kugelsegmentes in der Aufnahme der Spindel einen Ausgleich von Desachsierungsfehlern durch Querversatz des Kugelsegmentes zur Achse der Spindel bei Ausrichtung auf die Sitzfläche aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil der eingangs genannten Art in seinem konstruktiven Aufbau zu ver­ einfachen und bezüglich seines Bauraumbedarfes zu reduzieren.

Erreicht wird dies gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruches 1, denen zufolge durch die Ausbildung des kugelför­ migen Schließgliedes als Kugelsegment das Schließglied selbst eine Entkupplungsfunktion hinsichtlich des Ausgleiches von Des­ achsierungen zwischen Betätigungsstößel und Sitzfläche übernimmt, so dass ein gesondertes Zwischenglied entfällt, wobei die unmittelbare Beaufschlagung zwischen den zur Hubachse des Betätigungsstößels senkrechten, einander gegenüberliegenden Be­ aufschlagungsflächen von Schließglied und Betätigungsstößel zu­ gleich zu einer großflächigen Abstützung führt, die die Bean­ spruchung entsprechend reduziert. Insbesondere ist damit auch vermieden, dass Bereiche der Kugelumfangsfläche, die Bestand­ teil der Dichtgrenze zwischen Schließglied und Sitzfläche wer­ den können, auf Grund der Abstützung gegen den Betätigungsstö­ ßel Deformationen erfahren können, die die Schließ- und Dicht­ funktion, sowie auch die Umströmungsverhältnisse beeinträchti­ gen können. Damit trägt die Erfindung auch dazu bei, die bei Einspritzinjektoren geforderte exakte Einhaltung der Steuerzei­ ten zu ermöglichen, die insbesondere bei getakteten Einspritz­ abläufen von besonderer Bedeutung ist.

In Ausgestaltung der Erfindung kommen insbesondere Kugelsegmen­ te in Frage, die als Halbkugel oder als das Halbkugelmaß über­ schreitende Kugelsegmente ausgebildet sind, also mit einer Hö­ he, die größer als der Kugelradius ist.

Darüber hinaus erweist es sich insbesondere als zweckmäßig, wenn der Betätigungsstößel eine ebene Beaufschlagungsfläche aufweist, so dass sich eine vollflächige Anlage zwischen dem Betätigungsstößel und der abgeflachten Kugelseite ergibt. In Abstimmung der Größenverhältnisse erweist es sich als zweckmä­ ßig, wenn die zusammenwirkenden Beaufschlagungsflächen von Be­ tätigungsstößel und Kugelsegment etwa gleich dimensioniert sind, also etwa gleiche Durchmesser aufweisen.

Ferner kann es zweckmäßig sein, die wechselseitigen Beaufschla­ gungsflächen auch hinsichtlich ihrer Oberflächenrauhigkeit so aufeinander abzustimmen, dass eine gewisse Lagesicherung zuein­ ander erreicht wird, ohne dass es über diese im Rahmen der pla­ stischen Oberflächenverformung liegenden Stabilisierungseffekte hinaus zu einem Einarbeiten der Beaufschlagungsflächen kommt.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des als Schließglied eingesetz­ ten Ventilkörpers erweist sich in Verbindung mit unterschiedli­ chen Gestaltungen der Sitzfläche des Ventilsitzes als zweckmä­ ßig, wobei sich eine kegelförmige Gestaltung ebenso als vor­ teilhaft erwiesen hat wie eine kalottenförmige Gestaltung, wo­ mit insbesondere auch unterschiedlichen Anschlussnotwendigkei­ ten für weiterführende Kanäle und dergleichen Rechnung getragen werden kann.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend an­ hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Schnittdarstellung, in der in ei­ nem Ausschnitt der Sitzbereich einer Ventilausbildung gezeigt ist, bei der ein Stellbewegungsübertrager in Form eines Betätigungsstößels flächig mit der Kreis­ fläche eines Kugelsegmentes zusammenwirkt, das als Ventilkörper ein Schließglied bildet, über das eine von einer Sitzfläche umschlossenen Durchtrittsöffnung absperrbar ist, und

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, wobei Be­ tätigungsstößel und durch ein Kugelsegment gebildetes Schließglied bezogen auf die zur Sitzfläche senkrech­ te Achse seitlich versetzt zueinander angeordnet sind.

In den Figuren ist mit 1 ein Gehäuseteil oder ein Gehäuseein­ satz eines Steuerventiles bezeichnet, der eine Durchtrittsöff­ nung 2 aufweist, die beispielsweise als Bohrung ausgebildet ist und einen in Richtung des Pfeiles 3 durchströmbaren Kanal bil­ det, und zwar bevorzugt für unter hohem Druck stehende Flüssig­ keiten, wie beispielsweise Dieselkraftstoff oder Schweröl, wenn die dargestellte Ventilausbildung den Bestandteil eines Steuer­ ventiles für einen Einspritzinjektor einer Brennkraftmaschine bildet.

Die Durchtrittsöffnung 2 mündet auf einen Ventilsitz 4 aus, der im Ausführungsbeispiels kegelförmig ausgebildet ist und der ei­ ne Sitzfläche 5 aufweist, mit der ein kugelförmiges Schließ­ glied 6 mit einer ringförmigen Kontaktzone 7 in Anlage steht, wenn das einen Ventilkörper bildende Schließglied 6 seine Schließlage einnimmt.

Das kugelförmige Schließglied 6 ist als Kugelsegment ausgebil­ det, dessen Höhe im Ausführungsbeispiel größer als der Kugelra­ dius ist und dessen ebene Begrenzungsfläche 8 bei zur ringför­ migen Kontaktzone 7 paralleler Lage die Anlagefläche für einen Betätigungsstößel 9 bildet, der als das Schließglied 6 beaufschlagender Stellbewegungsübertrager dient. Der Betätigungsstö­ ßel 9 ist in hier nicht dargestellter Weise hubbeweglich und hält bei Beaufschlagung in Richtung des Pfeiles 10 das Schließ­ glied 6 in der dargestellten Schließlage.

Durch die flächige Abstützung zwischen Betätigungsstößel 9 und Schließglied 6 ist das als Kugelsegment ausgebildete Schließ­ glied 6 bei Abstützung über den Betätigungsstößel 9 achsparal­ lel zu diesem ausgerichtet und gegenüber diesem, bezogen auf die Achse 11 des Betätigungsstößels 9, lediglich drehbar (Pfeil 13) und gegebenenfalls quer verschieblich. Dementsprechend er­ gibt sich im Betrieb eine gewisse formliche Abstimmung zwischen Sitzfläche 5 und Kontaktzone 7, die sich positiv auf die Ver­ hinderung von Undichtigkeiten auswirkt und auch im wesentlichen gleichbleibende Umströmungsverhältnisse des Schließgliedes 6 zur Folge hat.

In Fig. 1 liegt der Betätigungsstößel 9 mit seiner Achse 11 konzentrisch zur Achse 12 der Sitzfläche und des mit seiner ringförmigen Kontaktzone 7 in der Sitzfläche abgestützten Schließgliedes 6. Fig. 2 veranschaulicht, dass entsprechend der ebenen Abstützung zwischen dem als Kugelsegment ausgebilde­ ten Schließglied 6 und dem Betätigungsstößel 9 auch ein Quer­ versatz der Achsen 11 und 12 ohne Beeinträchtigung der Funktio­ nen möglich ist, was sich im Hinblick auf erforderlichen Bear­ beitungsgenauigkeiten und unvermeidliche Toleranzen als zweck­ mäßig erweist.

Claims (8)

1. Steuerventil für Einspritzinjektoren von Brennkraftmaschinen mit einem Ventilsitz mit ringförmiger, eine Durchtrittsöffnung umschließender Sitzfläche, einem kugelförmigen Schließglied mit ringförmiger, der Sitzfläche zugeordneter Kontaktzone und mit einem zur Sitzfläche konzentrischen, hubbeweglichen Betäti­ gungsstößel, der zum Schließglied in Richtung auf die Sitzflä­ che, und querbeweglich hierzu, über zur Hubachse senkrechte, einander gegenüberliegende, stößel- und schließgliedseitige Be­ aufschlagungsflächen abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließglied (6) durch ein Kugelsegment gebildet ist, dessen ebene Begrenzungsfläche (8) Beaufschlagungsfläche für den Betätigungsstößel (9) ist.

2. Ventilausbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das als Kugelsegment ausgebildete Schließglied (6) eine Höhe aufweist, die größer als der Kugelradius ist.

3. Ventilausbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das als Kugelsegment ausgebildete Schließglied (6) eine Halbkugel ist.

4. Ventilausbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das als Kugelsegment ausgebildete Schließglied (6) eine Höhe aufweist, die kleiner als der Kugelradius ist.

5. Ventilausbildung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wechselseitigen Beaufschlagungsflächen von Betäti­ gungsstößel (9) und als Kugelsegment ausgebildetem Schließglied (6) etwa gleichen Durchmesser aufweisen.

6. Ventilausbildung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagungsfläche des Betätigungsstößels (9) die Beaufschlagungsfläche des als Kugelsegment ausgebildeten Schließgliedes (6) radial überstehend überlappt.

7. Ventilausbildung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die Sitzfläche (5) bildende Ventilsitz (4) kegelför­ mig ausgebildet ist.

8. Ventilausbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der die Sitzfläche (5) bildende Ventilsitz (4) kalotten­ förmig ausgebildet ist.