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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Fluidflusses
von einer Fluidzuleitung in eine Fluidableitung.
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Ventile
können
Federn aufweisen, die einen Ventilschließkörper an einen Anschlag drücken. Der Ventilschließkörper wird
gegen die Federkraft aus einer Schließposition ausgelenkt und öffnet so
das Ventil. Durch die Federkraft wird das Ventil wieder geschlossen.
Problematisch ist dabei, dass der Ventilschließkörper an den Ventilsitz zu stark
anprellen kann und es dadurch zu Beschädigungen kommen kann.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Steuerung eines
Fluidflusses anzugeben, die funktionssicher arbeitet.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Eine
Vorrichtung zur Steuerung eines Fluidflusses von einer Fluidzuleitung
bzw. einen Fluidzufuhrkanal in eine Fluidableitung bzw. einen Fluidzufuhrkanal
umfasst einen Schließkörper, der
in einer Schließposition
einen Fluidfluss von der Fluidzuleitung in die Fluidableitung abschließt. Wenn
ein Druck des Fluids in der Fluidzuleitung größer ist als ein weiterer Druck
des Fluids in der Fluidableitung gibt der Schließkörper den Fluidfluss frei. Die
Vorrichtung umfasst ein Leitungselement, das die Fluidableitung bzw.
den Fluidzufurhkanal umgibt. Ein Federelement ist mit einem Ende
mit dem Schließkörper und
mit einem weiteren Ende mit dem Leitungselement gekoppelt. Der Schließkörper ist
in der Schließposi tion
vorgespannt. Das Verhältnis
der Kraft des Federelements auf den Schließkörper zur Kompression der Schraubfeder ändert sich
in Abhängigkeit
von der Kompression.
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Durch
die variable Zunahme der Kraft, die das Federelement auf den Schließkörper ausübt, kann
der Schließkörper mit
einer relativ geringen Kraft gegen einen Ventilsitz angedrückt werden
und das Ventil schließt
durch die größer werdende
Zunahme der Kraft trotzdem relativ schnell. Prellungen am Ventilsitz
und Beschädigungen
durch ein zu starkes Andrücken
des Schließkörpers an
den Ventilsitz können
dadurch vermieden werden.
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In
einer Ausführungsform
vergrößert sich das
Verhältnis
der Kraft des Federelements auf den Schließkörper zur Kompression der Schraubfeder
in Abhängigkeit
der Kompression. Dadurch kann ein hoher Wirkungsgrad des Ventils
erreicht werden und Beschädigungen
durch ein Anprellen des Schließkörpers vermieden
werden.
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Der
Schließkörper kann
von dem Federelement in die Schließposition bewegt werden, wenn
der Druck in der Fluidableitung größer oder gleich dem Druck in
der Fluidzuleitung ist. So wird ein Rückfließen von Fluid aus der Fluidableitung
in die Fluidzuleitung möglichst
wirksam vermieden.
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Das
Federelement umfasst in einer Ausführungsform eine Schraubfeder,
bei der sich das Verhältnis
der Kraft der Schraubfeder auf den Schließkörper zur Kompression der Schraubfeder ändert. Die
Schraubfeder kann eine progressive Federkennlinie aufweisen. So
ist ein hoher Wirkungsgrad gegeben und das Risiko einer Beschädigung der
Vorrichtung kann verringert werden. Die Vorrichtung kann Teil eines
Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine sein, um einen Fluss des Fluids
aus einem Druckspeicher, der mit der Fluidableitung hydraulisch
gekoppelt ist, in die Fluidzuleitung zu vermeiden.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden
in Verbindung mit den 1 und 2 erläuterten
Beispielen.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Steuerung eines Fluidflusses,
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2 ein
Diagramm einer Federkennlinie eines Federelements einer Vorrichtung
zur Steuerung eines Fluidflusses.
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1 zeigt
eine Vorrichtung 100. Ein Leitungselement 107 umgibt
eine Fluidzuleitung bzw. eine Fluidzufuhrkanal 101 zur
Zuführung
von Fluid. Ein weiteres Leitungselement 104 umgibt eine
Fluidableitung bzw. einen Fluidzufuhrkanal 102 zur Ableitung
von Fluid. Die Fluidableitung 102 ist stromabwärts der
Fluidzuleitung 101 angeordnet. Das Leitungselement 107 weist
einen Ventilsitz 106 auf, mit dem ein Schließkörper 103 in
seiner Schließposition dicht
gegenüber
dem Fluid gekoppelt ist. Der Schließkörper 103 wird von
einem Federelement 105, das mit einem Ende mit dem Schließkörper gekoppelt
ist, in der Schließposition
gegen den Ventilsitz 106 gedrückt. Das weitere Ende des Federelements 105 ist
mit dem Leitungselement 104 gekoppelt bzw. steht mit diesem
in Kontakt.
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Der
Schließkörper 103 ist
hydraulisch zwischen der Fluidzuleitung 101 und der Fluidableitung 102 gekoppelt.
Der Schließkörper 103 ist
beweglich in der Vorrichtung angeord net. Der Schließkörper kann
sich so bewegen, dass Fluid von der Fluidzuleitung 101 in
die Fluidableitung 102 gelangen kann. Fluid aus der Fluidableitung 102 kann
möglichst
nicht in die Fluidzuleitung 101 gelangen. Der Schließkörper 103 ist
eingerichtet, einen Fluidfluss von der Fluidableitung 102 in
die Fluidzuleitung 103 zu verhindern.
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Ist
der Druck des Fluids in der Fluidableitung 102 größer als
der Druck des Fluids in der Fluidzuleitung 101, wird der
Schließkörper 103 an
den Ventilsitz 106 gedrückt
und so der Fluidfluss abgeschlossen. Ist der Druck in der Fluidzuleitung 101 größer als der
Druck in der Fluidableitung 102 wird der Fluidfluss freigegeben.
Dazu wird der Schließkörper 103 gegen
die Kraft des Federelements 105 von dem Druck, den das
Fluid aus der Fluidzuleitung 101 auf den Schließkörper 103 ausübt, aus
seiner Schließposition
bewegt. Sobald der Druck in der Fluidzuleitung 101 kleiner
oder gleich dem Druck in der Fluidableitung 102 ist, soll
der Schließkörper möglichst
schnell in die Schließposition
zurückbewegt
werden. Um eine Beschädigung
des Schließkörpers 103 oder
des Leitungselements 107 beziehungsweise des Ventilsitzes 106 zu
vermeiden, soll der Schließkörper mit einer
möglichst
geringen Kraft an den Ventilsitz angepresst werden. Dazu weist das
Federelement 105 eine progressive Federkennlinie auf. Das
Federelement umfasst eine Schraubfeder.
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Dadurch,
dass sich bei dem Federelement 105 das Verhältnis der
Kraft auf den Schließkörper zur
Kompression der Schraubfeder ändert,
schließt das
Ventil vergleichsweise schnell und hat einen relativ guten Wirkungsgrad.
Der Schließkörper wird
mit einer vergleichsweisen geringen Kraft an den Ventilsitz angedrückt und
so das Risiko einer Beschädigung
des Ventilsitzes oder des Schließkörpers verringert. Insbesondere
können
durch die relativ geringe Federkraft, mit der der Schließkörper an
den Ventilsitz gedrückt
wird, Fertigungstoleranzen möglichst gut
ausgeglichen werden. Fertigungsbedingte Schwankungen beispielsweise
der Kraft des Federelements 105 oder der Maße der Leitungselemente 104 und/oder 107 oder
des Schließkörpers wirken sich
durch die relativ kleine Federkraft bei geringer Auslenkung möglichst
nicht auf den Betrieb der Vorrichtung aus. Schwankungen der äußeren Abmessungen
der Bauelemente, die die Vorspannung des Federelements beeinflussen
oder die die Einbaulänge
der Feder beeinflussen, wirken sich relativ wenig auf die Funktion
und den Betrieb der Vorrichtung aus. Dies ist insbesondere unter
Berücksichtigung
des relativ kleinen zu Verfügung
stehenden Bauraums in der Vorrichtung von Vorteil. In einer Anordnung,
in der zwei oder mehr Vorrichtungen 100 angeordnet sind,
ist der Öffnungsdruck,
der jeweils nötig
ist, um den Schließkörper aus
seiner Schließposition
zu bewegen, relativ klein in Bezug auf den in Betrieb vorherrschenden
Druck. Dadurch weisen die Anordnungen einen in etwa gleichen Öffnungsdruck
auf.
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Die
Fluidzuleitung ist in einer Ausführungsform
mit einer Hochdruckpumpe eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine
gekoppelt, beispielsweise in einem Common Rail System. Die Pumpe fördert das
Fluid, beispielsweise Benzin oder Diesel oder einen anderen Treibstoff, über die
Fluidzuleitung und die Fluidableitung in einen Druckspeicher, den
so genannten Common Rail, der mit der Fluidableitung 102 gekoppelt
ist. Durch die vergleichsweise geringe Kraft, mit der der Schließkörper in
der Schließposition
an den Ventilsitz gedrückt
wird, ist eine geringe Druckdifferenz zwischen Fluidzuleitung 101 und
Fluidableitung 102 realisierbar.
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Sobald
die Pumpe einen höheren
Druck bereitstellt, als in dem Drucktank beziehungsweise der Fluidableitung 102 vorherrscht,
gibt die Vorrichtung 100 den Fluidfluss von der Pumpe über die
Fluidzuleitung 101 und die Fluidableitung 102 in
den Druckspeicher frei. Dadurch, dass die Zunahme der Kraft, die
das Federelement auf den Schließkörper ausübt, mit
einer Zunahme der Kompression des Federelements 105 vergrößert, kann
das Federelement eine vergleichsweise große Kraft auf den Schließkörper ausüben, wenn
der Schließkörper aus
der Schließposition
bewegt ist. Durch die relativ große Kraft, mit der das Federelement
bei größerer Auslenkung
des Schließkörpers gegen
den Schließkörper drückt, schließt das Ventil
relativ schnell. Dadurch ist der Druckverlust, durch ein Zurückfließen von
Fluid aus der Fluidableitung 102 in die Fluidzuleitung 101 möglichst
gering.
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2 zeigt
ein Beispiel einer Federkennlinie eines Federelements einer Vorrichtung.
Eine Kraft F, die das Federelement auf den Schließkörper ausübt, ist
gegenüber
einer Kompression S des Federelements aufgetragen.
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Das
Verhältnis
der Kraft F zur Auslenkung S vergrößert sich. Bei einer Auslenkung
S1 hat die Kraft F des Federelements bis zu einer Kraft F1 zugenommen.
Bei einer weiteren Kompression des Federelements um die gleiche
Distanz bis zu S2 hat die Kraft stärker zugenommen bis zur Kraft
F2. Bei einer Kompression aus einer Ruheposition bis S1 und bei einer
Kompression von S1 bis S2 wird das Federelement um die gleiche Distanz
zusammengedrückt.
Die Änderung
der Kraft von der Ruheposition bis zu F1 ist jedoch kleiner als
die Änderung
der Kraft von F1 zu F2. In einem Bereich um die Auslenkung S2, in
der das Ventil geöffnet
ist, übt
das Federelement eine hohe Kraft auf den Schließkörper aus und das Ventil hat
dadurch eine relativ kurze Schließzeit. In einem Bereich um
die Auslenkung S1 übt
das Federelement eine vergleichsweise geringe Kraft auf den Schließkörper aus,
wodurch Prellungen am Ventilsitz vermieden werden können. Durch
die progressive Kennlinie weist das Ventil eine lange Lebensdauer
und einen hohen Wirkungsgrad auf.
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- 100
- Vorrichtung
- 101
- Fluidzuleitung
- 102
- Fluidableitung
- 103
- Schließkörper
- 104
- Leitungselement
- 105
- Federelement
- 106
- Ventilsitz
- 107
- Leitungselement
- F
- Kraft
- S
- Auslenkung