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DE102004054589B4 - Steuerventil und Einspritzventil - Google Patents

Steuerventil und Einspritzventil Download PDF

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DE102004054589B4
DE102004054589B4 DE200410054589 DE102004054589A DE102004054589B4 DE 102004054589 B4 DE102004054589 B4 DE 102004054589B4 DE 200410054589 DE200410054589 DE 200410054589 DE 102004054589 A DE102004054589 A DE 102004054589A DE 102004054589 B4 DE102004054589 B4 DE 102004054589B4
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valve
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recess
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Continental Automotive GmbH
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Abstract

Steuerventil
– mit einem Ventilgehäuse (1), in dem eine Ausnehmung (2) ausgebildet ist,
– mit einem Ventilkörper (3), der in der Ausnehmung des Ventilgehäuses (2) axial beweglich angeordnet ist und der einen Schließkörper (4) hat, der in der Schließstellung des Ventils dichtend an einem Sitzbereich (5) anliegt, der in der Wandung der Ausnehmung (2) des Ventilgehäuses (1) ausgebildet ist, und der außerhalb der Schließstellung einen Bereich zwischen dem Schließkörper und dem Sitzbereich (5) des Ventilkörpers (3) freigibt,
– mit einem Steuerraum (6), der durch ein freies Volumen zwischen dem Ventilgehäuse (1) und dem Ventilkörper (3) gebildet ist, das sich in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers ausgehend von dem Sitzbereich in die erste Ausnehmung hinein erstreckt,
– mit einem Zuführkanal (7) im Ventilgehäuse (1), der in den Steuerraum (6) mündet,
– mit einem Dämpfungselement (11, 23, 25, 21, 24), das so ausgebildet und angeordnet ist, dass es axiale...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Steuerventil und ein Einspritzventil mit dem Steuerventil. Das Steuerventil hat ein Ventilgehäuse, einen Ventilkörper und ein Dämpfungselement. Ein derartiges Steuerventil wird insbesondere bei Einspritzventilen in Brennkraftmaschinen, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, eingesetzt.
  • Die Verbrennungsvorgänge in Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, sind abhängig von der Gemischaufbereitung des Luft-Kraftstoff-Gemisches. Die Verbesserung der Gemischaufbereitung ist erforderlich, um die Anforderungen an hohe Leistung, geringen Kraftstoffverbrauch, geringe Abgasemissionen und einen ruhigen Lauf der Brennkraftmaschine erfüllen zu können. Die Schaltzeiten der Einspritzventile und das eingespritzte Kraftstoffgemisch müssen dazu präzise aufeinander abgestimmt sein. Insbesondere in Einspritzventilen zur Dieseleinspritzung, die bei einem Kraftstoffdruck von mehr als 1500 bar betrieben werden, können die Schaltzeiten und die eingespritzten Kraftstoffmengen von der Präzision des Steuerventils abhängig sein, das in einem hydraulischen Kreislauf in dem Einspritzventil angeordnet ist. Bei einem Einsatz eines Steuerventils in einem Einspritzventil für Diesel-Brennkraftmaschinen wird das Steuerventil in der Regel so betrieben, dass es während eines Arbeitszyklusses den Hub der Düsennadel und somit die Einspritzmenge des Kraftstoffgemisches steuert.
  • In EP 0 826 876 A1 ist ein Steuerventil offenbart, mit einem Ventilkörper, der mit einem Aktor verbunden ist und einen Ventilschaft ausgebildet hat. Der Ventilschaft geht durch eine Ausnehmung im Steuerraumgehäuse in eine Ausgleichskammer. Der Ventilschaft ist mit einem Ventilkopf und einer Sitzfläche ausgebildet. Wenn das Ventil geschlossen ist, liegt die an dem im Steuerraumgehäuse ausgebildeten Ventilsitz an und dichtet die Ausgleichskammer zu einem darüber befindlichen Hohlraum ab. Ferner mündet die Düsennadel in die Ausgleichskammer. Wenn der Ventilkörper durch den Aktor angesteuert wird, hebt er vom Ventilsitz ab und ermöglicht ein Abfließen von Kraftstoff aus der unter Druck stehenden Ausgleichskammer in den darüber liegenden Hohlraum. Die Düsennadel hebt infolge der Druckminderung ab und der Einspritzvorgang beginnt.
  • Aus DE 100 24 662 A1 ist ein Steuerventil bekannt, das ein Stellglied aufweist und über einen Aktor angesteuert wird. Der Aktor steht über das Stellglied mit einem Ventilglied in Verbindung. Das Stellglied ist in Form eines längsbeweglichen Ventilkolbens ausgebildet, der in der ersten zylinderförmigen Bohrung oberhalb des Steuerraums angeordnet ist. Der Steuerraum ist über eine Zulaufdrossel mit einer Kraftstoffleitung verbunden. Das Ventilglied weist auf seiner Unterseite eine Druckfläche auf, die dem Steuerraum zugewandt ist. Das Ventilglied ist an seinem oberen Ende kegelförmig ausgebildet und dichtet darüber den Steuerraum zum Ablaufkanal ab. Das Ventilglied weist eine Ablaufbohrung auf, die von der Druckfläche ausgeht und in eine Ablaufdrossel mit verkleinertem Querschnitt übergeht. Der Steuerraum wird durch einen Steuerkolben begrenzt, der mit einer Düsennadel in Verbindung steht. Im Falle einer Einspritzung wird der Aktor angesteuert und vergrößert dabei seine Länge. Dadurch wird das Ventilglied von seinem Dichtsitz abgehoben und Kraftstoff kann abfließen. Als Folge sinkt der Druck im Steuerraum, so dass sich die Düsennadel in Richtung Steuerraum bewegt und eine Einspritzung erfolgen kann.
  • Aufgrund der Steuerimpulse des Aktors wechselt das Steuerventil zwischen Offenstellungen und der Schließstellung. Durch die Steuerventilbewegungen und den Kraftstofffluss kommt es im hydraulischen Kreislauf des Einspritzventils zu Druckschwingungen. Diesen Druckschwingungen ist das Steuerventil als Element im hydraulischen Kreislauf des Einspritzventils unmittelbar ausgesetzt und wird durch die Druckschwingungen in Schwingung versetzt. Die Schwingungen beeinflussen die Mengengenauigkeit der Einspritzmenge und bewirken eine hohe Empfindlichkeit der Drosselwirkung bezüglich der Hubschwankungen.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuerventil zu schaffen, das präzise steuerbar ist.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung durch ein Steuerventil aus, das ein Ventilgehäuse umfasst, in dem eine Ausnehmung ausgebildet ist. In der Ausnehmung des Ventilgehäuses ist ein Ventilkörper axial beweglich angeordnet. Der Ventilkörper umfasst einen Schließkörper, der in der Schließstellung des Ventils dichtend an dem Sitzbereich anliegt, der in der Wandung der Ausnehmung des Ventilgehäuses ausgebildet ist. Außerhalb der Schließstellung wird ein Bereich zwischen dem Schließkörper und dem Sitzbereich des Ventilkörpers freigegeben. Ferner ist in dem Steuerventil ein Steuerraum ausgebildet, welcher durch ein freies Volumen zwischen dem Ventilgehäuse und dem Ventilkörper gebildet ist. Das freie Volumen erstreckt sich in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers, ausgehend von dem Sitzbereich in die Ausnehmung hinein. Die Öffnungsrichtung ist die Richtung, in die sich der Ventilkörper bei Verlassen der Schließstellung bewegt. Ein Zuführkanal ist in dem Ventilgehäuse ausgebildet, der in den Steuerraum mündet.
  • Ferner ist ein Dämpfungselement so ausgebildet und angeordnet, dass es axiale Schwingungen des Ventilkörpers dämpft.
  • Durch das Dämpfungselement werden axiale Schwingungen des Ventilkörpers gedämpft. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass eine Schwingungsanregung des Ventilkörpers erschwert wird. Zudem reagiert der Ventilkörper auf positive und negative Flanken der Druckschwingungen im hydraulischen Kreislauf unempfindlicher, denn die Druckschwingungen im hydraulischen Kreislauf werden durch das Dämpfungselement gedämpft. Es ergibt sich der Vorteil, dass die tatsächliche Position des Ventilkörpers aufgrund der Dämpfung deutlich geringeren Schwankungen unterliegt. Der Ventilkörper ist deutlich präziser dort positioniert, wo er sich gemäß seiner konstruktiven Auslegung und dem Steuerzustand befinden soll. Das Steuerventil ist damit präziser steuerbar. Damit ist eine Steigerung der Güte des Ansteuerverhaltens im Proportionalbetrieb verbunden.
  • Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn das Steuerventil zusammen mit anderen Komponenten, zum Beispiel mit einer Düsennadel, betrieben wird. Da die Druckschwingungen gedämpft werden, unterliegen die hydraulisch gekoppelten Elemente geringen Druckschwingungen. In Bezug auf die Düsennadel ergibt sich der Vorteil eines präziser steuerbaren Nadelhubs und einer präziser steuerbaren Einspritzmenge. Eine bislang vorhandene stufenförmige Mengenkennlinie, die das Einspritzvolumen in Abhängigkeit von der Einspritzzeit darstellt, wird durch die Dämpfung nahezu linear. Der stufenförmige Verlauf ist bislang durch Schwingungen des Steuerventils und der Düsennadel entstanden. Die zuzumessende Kraftstoffmenge wird durch eine entsprechende Zeitdauer zum Zumessen des Kraftstoffs eingestellt. Aufgrund der Druckschwingungen kam es je nach Zeitpunkt des Schließenvorgangs des Ventilkörpers zu einer unterschiedlichen Stellung des Ventilkörpers und der Düsennadel. Wenn eine positive Flanke der Druckschwingung auf den Ventilkörper getroffen ist, benötigte der Ventilkörper einen kürzeren Zeitabschnitt für die Schließbewegung, da die Schließbewegung durch die Druckschwingung unterstützt wurde. Ist hingegen eine negative Flanke auf den Ventilkörper getroffen, hat er für den Schließvorgang einen längeren Zeitab schnitt benötigt. Durch die Dämpfung werden die positiven und negativen Flanken gedämpft.
  • Durch die gedämpften Schwingungen ergibt sich der Vorteil, dass der Einspritzvorgang präziser steuerbar ist, da die Zeitdauer für das Zumessen von Kraftstoff präziser eingestellt werden kann.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Dämpfung des Ventilkörpers bislang vorhandene, durch den Ventilkörper verursachte hochfrequente Schwingungen im Druckverlauf gedämpft werden. Ohne das Dämpfungselement wird der Ventilkörper durch die Schwingungen im hydraulischen Kreislauf in Schwingung versetzt und diese Schwingungen haben sich wieder auf den hydraulischen Kreislauf übertragen.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Steuerventils weist der Ventilkörper zumindest eine Drosselausnehmung auf, und ein Dämpfungselement das in axialer Richtung des Ventilkörpers in die Drosselausnehmung eingreift. Dieses Dämpfungselement ist so ausgebildet und angeordnet, dass bei einer Bewegung des Ventilkörpers eine Relativbewegung zwischen dem Dämpfungselement und dem Ventilkörper erfolgt, wobei das Dämpfungselement und die Drosselausnehmung eine Drossel bilden. Die Drosselausnehmung und das Dämpfungselement sind bevorzugt so zu gestalten, dass sich Drosselausnehmung und Dämpfungselement während der gesamten axialen Bewegung überlappen. Dies hat den Vorteil, dass bei axialer Bewegung des Ventilkörpers von seiner Schließposition in seine Offenposition eine Spaltdrosselung zwischen dem Dämpfungselement und der Wandung des Ventilkörpers stattfindet. Diese Spaltdrosselung bewirkt eine Dämpfung der axialen Bewegung. Darüber hinaus findet eine Volumenkompression des zwischen der Ausnehmung und der Kontaktfläche des Dämpfungselements mit der Wandung des Ventilkörpers eingesperrten Volumens statt. Die Spaltdrosselung und die Volumenkompression haben den Vorteil, dass die Schwingungen des Ventilkörpers gedämpft werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Steuerventils mündet die Drosselausnehmung in den Steuerraum, und das eingebrachte Dämpfungselement ist eine Kugel. Die Wandung der Drosselausnehmung weist einen kegelförmigen Sitzbereich für die Kugel auf. Dies hat den Vorteil, dass ein kegelförmiger Sitzbereich einfach und billig herstellbar ist, sowie eine definierte Kontaktfläche zwischen der Wandung der Drosselausnehmung und der Kugel vorliegt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Steuerventils mündet die Drosselausnehmung in den Steuerraum, und das eingebrachte Dämpfungselement ist ein Kolben. Der Kolben ist so ausgebildet und angeordnet, dass zwischen Kolben und Ventilkörper ein definiertes Paarungsspiel entsteht. Dies hat den Vorteil, dass das Dämpfungsverhalten über das Paarungsspiel und die Größe des Kolbens bestimmt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Aufbau sehr einfach und kostengünstig ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kolben an einer Steuerraumwand des Steuerraums befestigt. Dies hat den Vorteil, dass der Kolben bereits vor Montage des Ventilkörpers einfach und billig in das Ventilgehäuse eingebracht werden kann. Ferner kann das Ventilgehäuse in einfacher und billiger Weise mit dem Kolben in einem Stück ausgebildet sein.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Steuerventils ist der Kolben über eine Feder mit dem Ventilkörper gekoppelt. Dies hat den Vorteil, dass die Dämpfung des Ventilkörpers durch die Spaltdrosselung erfolgt und der Kolben durch die Federkraft in seine Ursprungsposition zurück gedrückt wird. Dadurch ist ein besser abgestimmtes Dämpfungsverhalten über das Paarungsspiel zu erreichen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Steuerventils ist in dem Ventilkörper mindestens eine weitere Drossel ausgebildet, die die Drosselausnehmung des Ventilkörpers mit der ersten Ausnehmung des Ventilgehäuses hydraulisch koppelt. Der Kolben greift in die Drosselausnehmung ein. Dies hat den Vorteil, dass die Dämpfungscharakteristik über die zusätzliche Drossel und das Paarungsspiel genauer abgestimmt werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Steuerventils weist eine Steuerraumwand des Steuerraums zumindest in einem Bereich eine Drosselausnehmung auf. Ferner weist der Ventilkörper zumindest in einem Bereich ein Dämpfungselement auf, das in axialer Richtung des Ventilkörpers in die Drosselausnehmung eingreift. Dieses Dämpfungselement ist so ausgebildet und angeordnet, dass bei einer Bewegung des Ventilkörpers eine Relativbewegung zwischen dem Dämpfungselement und der Steuerraumwand erfolgt, wobei das Dämpfungselement und die Drosselausnehmung eine Drossel bilden. Dabei ist die Drosselausnehmung und das Dämpfungselement bevorzugt so zu gestalten, dass sich Drosselausnehmung und Dämpfungselement während der gesamten axialen Bewegung überlappen. Dies hat den Vorteil, dass bei axialer Bewegung des Ventilkörpers von seiner Schließposition in seine Offenposition eine Spaltdrosselung zwischen dem Dämpfungselement und der Wandung des Ventilkörpers stattfindet.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Steuerventils ist ein Dämpfungselement so ausgebildet und angeordnet, dass er zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilgehäuse eingebracht ist und beide miteinander mechanisch koppelt. Dies hat den Vorteil, dass über die Materialeigenschaft des Dämpfungselements einfach und billig der gewünschte Dämpfungseffekt erreicht werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Steuerventils ist das Dämpfungselement zwischen dem Ventilkörper und der Steuerraumwand eingebracht. Dies hat den Vorteil, dass das Dämpfungselement einfach und billig herstellbar ist, die Montage einfach und billig ist und die Dämpfungseigenschaft über die Elastizität des Dämpfungselements bestimmt werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Steuerventils weist der Ventilkörper zumindest eine Dämpfungselementausnehmung auf, in die das Dämpfungselement eingreift. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass über das größere Volumen des eingebrachten Dämpfungselements ein Material mit geringerer Elastizität gewählt werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Steuerventils weist die Steuerraumwand zumindest eine zweite Dämpfungselementausnehmung auf, in die das Dämpfungselement eingreift. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass über das größere Volumen des eingebrachten Dämpfungselements ein Material mit geringerer Elastizität gewählt werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Steuerventils weist das Dämpfungselement zumindest eine dritte Dämpfungselementausnehmung auf, in die der Ventilkörper eingreift. Das Dämpfungselement wird in die zwei Dämpfungselementausnehmungen eingebracht. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass der Ventilkörper durch das Dämpfungselement in seiner axialen Bewegung geführt wird.
  • Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Einspritzventil mit einem Ventilgehäuse, das das Steuerventil umfasst. Eine Düsennadel ist in dem Ventilgehäuse angeordnet. In einer Schließposition unterbindet die Düsennadel einen Fluidfluss durch ein Einspritzloch und gibt diesen ansonsten frei. Ein solches Einspritzventil hat den Vorteil, dass der Fluidfluss durch das Einspritzloch präzise und zuverlässig gesteuert werden kann.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Querschnitt durch ein Steuerventil,
  • 2 einen Längsschnitt durch ein Einspritzventil mit dem Steuerventil gemäß 1
  • 3 eine erste Ausführungsform eines Dämpfungselements,
  • 4 eine zweite Ausführungsform des Dämpfungselements,
  • 5 eine dritte Ausführungsform des Dämpfungselements,
  • 6 eine vierte Ausführungsform des Dämpfungselements,
  • 7 eine fünfte Ausführungsform des Dämpfungselements,
  • 8 eine sechste Ausführungsform des Dämpfungselements,
  • 9 eine siebte Ausführungsform des Dämpfungselements,
  • 10 eine achte Ausführungsform des Dämpfungselements,
  • 11 eine neunte Ausführungsform des Dämpfungselements und
  • 12 eine zehnte Ausführungsform des Dämpfungselements.
  • 13 eine elfte Ausführungsform des Dämpfungselements.
  • Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt ein Steuerventil mit einem Ventilgehäuse 1, einer Ausnehmung 2 und einem Ventilkörper 3. Das Ventilgehäuse 1 ist mit einer Ausnehmung 2 ausgebildet. Der Ventilkörper 3 ist in der Ausnehmung 2 des Ventilgehäuses 1 axial beweglich angeordnet. Der Ventilkörper 3 hat einen Schließkörper 4, der in der Schließstellung des Ventils dichtend an einem Sitzbereich 5 anliegt. Der Sitzbereich 5 ist in der Wandung der Ausnehmung 2 des Ventilgehäuses 1 ausgebildet ist. Außerhalb der Schließstellung wird ein Bereich zwischen dem Schließkörper 4 und dem Sitzbereich 5 des Ventilkörpers 2 freigegeben. Das freie Volumen zwischen dem Ventilgehäuse 1 und dem Ventilkörper 3 bildet den Steuerraum 6, der sich in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers 3 ausgehend von dem Sitzbereich 5 in die Ausnehmung 2 hinein erstreckt. Ein Zuführkanal 7 mündet in den Steuerraum 6 und ist vorgesehen zum Zuführen von Fluid. Weiterhin weist das Steuerventil ein Dämpfungselement 11 auf, das so ausgebildet und angeordnet ist, dass es axiale Schwingungen des Ventilkörpers dämpft. Das Dämpfungselement 11 ist bevorzugt in Öffnungsrichtung unterhalb des Ventilkörpers oder seitlich davon angeordnet.
  • 2 zeigt einen Teil eines Einspritzventils mit einem Steuerventil gemäß 1, in dessen Ventilgehäuse 1 sich eine Aktorplatte 12, eine Ventilplatte 13 und eine Zwischenplatte 14 befinden, die über eine Düsenspannmutter 24 zusammen montiert sind. Die Aktorplatte 12, die Ventilplatte 13 und die Zwischenplatte 14 sind ferner mit einer Hochdruckbohrung 16 versehen, die vorgesehen ist zum Koppeln mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher. Das Einspritzventil umfasst ferner eine Zuführungsbohrung 15, eine Drossel 17 und den Steuerraum 6, die kommunizierend miteinander gekoppelt sind. Die Zuführungsbohrung 15 leitet Kraftstoff unter hohem Druck durch die Drossel 17 in den Steuerraum 6. An den Steuerraum 6 grenzt eine Düsennadel 18, die sich in einer Düsennadelausnehmung 32 der Zwischenplatte 14 befindet.
  • Ferner umfasst das Einspritzventil einen Stellantrieb, der bevorzugt als ein Piezoaktuator 8 ausgestaltet ist. Es umfasst ferner den Ventilkörper 3, einen Ventilpilz 29 und eine Ventilfeder 20, die axial aneinandergrenzen. Der Piezoaktuator 8 wirkt in axialer Richtung auf eine Bodenplatte 9, einen Hubzapfen 10 und auf den Ventilpilz 29, der den Ventilkörper 3 von seinem Sitzbereich 5 abhebt, wenn der Piezoaktuator 8 so angesteuert wird, dass er sich axial verlängert. Der Kraftstoff kann dann aus dem Steuerraum 6 in einen Niederdruckkreis, der nicht dargestellt ist, abfließen.
  • Wird der Piezoaktuator 8 so angesteuert, dass er sich axial verkürzt, so drückt die Ventilfeder 20 den Ventilpilz 29 gegen den Sitzbereich 5, der Abfluss von Kraftstoff aus dem Steuerraum 6 vermindert sich, so dass sich über die Hochdruckbohrung 16 und die Drossel 17 in dem Steuerraum 6 ein hoher Kraftstoffdruck aufbaut und über den Kraftstoffdruck im Steuerraum der Ventilkörper 3 in den Sitzbereich 5 gedrückt wird. Der Kraftstoffabfluss wird bis zur nächsten Ansteuerung unterbrochen.
  • Die Position der Düsennadel 18 hängt ab von der Kräftebilanz der Kraft, die durch die Ventilfeder 20 hervorgerufen wird, den im Steuerraum 6 herrschenden Druck, der über eine Endfläche 32 der Düsennadel 18 eine Kraft einkoppelt, die schließend auf die Düsennadel 18 wirkt, und einer Kraft, die durch den Fluiddruck in einem Bereich eines Hochdruckabsatzes und der Düsennadelspitze der Düsennadel 18 entgegengesetzt der Schließrichtung der Düsennadel 18 wirkt. In der Schließstellung ist die Summe der Kräfte der Ventilfeder 20 und der im Steuerraum eingekoppelten Kraft größer als die Summe der Kräfte, die entgegen der Schließrichtung wirken.
  • Wird der Piezoaktuator 8 so angesteuert, dass er sich axial verlängert und sich der Ventilkörper 3 von seinem Sitzbereich 5 abhebt, sinkt der Druck in dem Steuerraum 6 durch Abfluss von Kraftstoff in den Niederdruckkreis. Die Summe der entgegen der Schließrichtung wirkenden Kräfte wird größer als die Summe der in Schließrichtung wirkenden Kräfte. Die Düsennadel 18 wird von ihrem Sitzbereich der Düsennadel abgehoben. Der Kraftstoff strömt dann durch mindestens eine Einspritzdüse in den Verbrennungsraum des Zylinders einer Brennkraftmaschine.
  • Wird der Piezoaktuator 8 so angesteuert, dass er sich axial verkürzt, kann sich in dem Steuerraum 6 wieder ein hoher Kraftstoffdruck aufbauen. Die durch den steigenden Druck auf die Endfläche 32 der Düsennadel 18 eingekoppelte Kraft wird größer. Übersteigt die Summe der in Schließrichtung wirkenden Kräfte die Summe der entgegen der Schließrichtung wirkenden Kräfte, schließt sich die Düsennadel.
  • 3 zeigt eine erste Ausführungsform des Dämpfungselements. Der Ventilkörper 3 weist eine kegelförmige Drosselausnehmung 22 auf, die in den Steuerraum 6 mündet. In dem Bereich zwischen Drosselausnehmung 22 und Steuerraumwand 30 greift eine Kugel 23 in axialer Richtung in die Drosselausnehmung 22 ein. Die axiale Bewegung des Ventilkörpers 3 liegt typischer Weise in einem Bereich von ca. 30 μm, so dass die Kugel zwischen der Steuerraumwand 30 und der Drosselausnehmung 22 in dem Fluid schwebt und eingesperrt ist. Bei einer Bewegung des Ventilkörpers 3 in axialer Richtung findet eine Relativbewegung zwischen der Kugel 23 und dem Ventilkörper 3 statt. Dabei wird das in der Drosselausnehmung 22 befindliche Fluid durch das Eindringen der Kugel 23 verdichtet. Dabei wird zum einen der Effekt der Spaltdrosselung ausgenutzt. Das in der Drosselausnehmung 22 befindliche Fluid wird aus der Drosselausnehmung 22 zwischen der Kugel 23 und der Wandung der Drosselausnehmung 22 hindurchgepresst. Zum anderen wird das verbleibende Fluid in der Drosselausnehmung 22 zwischen Ventilkörper 3 und Kugel 23 komprimiert und es setzt eine Volumenkompression ein.
  • 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Dämpfungselements. Dabei weist die Drosselausnehmung 22, die in den Steuerraum 6 mündet, einen kegelförmigen Sitzbereich für die Kugel auf. Die Drosselausnehmung 22 kann in ihrer weiteren Erstreckung eine beliebige Form annehmen, bevorzugt ein zylindrische Form. Dadurch wird erreicht, dass das eingesperrte Volumen zwischen Drosselausnehmung 22 und Kugel 23 größer wird und ein höherer Dämpfungsgrad erreicht werden kann.
  • 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Dämpfungselements. Der Ventilkörper 3 weist eine zylindrische Drosselausnehmung 22 auf, in die ein Kolben 25 eingreift. Der Kolben 25 ist so ausgebildet und angeordnet, dass bei einer Bewegung des Ventilkörpers 3 zwischen dem Kolben 25 und der Drosselausnehmung 22 ein definiertes Paarungsspiel entsteht. Das Paarungsspiel weist bevorzugt Werte zwischen 2 bis 10 μm auf. Über dieses Paarungsspiel kann die Spaltdrosselung und damit das Dämpfungsverhalten eingestellt werden. Darüber hinaus wird über die Eintauchtiefe des Kolbens 25 in die Drosselausnehmung 22 des Ventilkörpers 3 die Dämpfung beeinflusst.
  • 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Dämpfungselements. Im Unterschied zu 5 ist der Kolben 25 über eine Feder 26 mit dem Ventilkörper 3 verbunden. Das Dämpfungsprinzip beruht wieder auf dem Prinzip der Spaltdrosselung. Das Paarungsspiel zwischen Kolben 25 und Drosselausnehmung 22 in dem Ventilkörper 3 beträgt 2 bis 10 μm. Die Feder 26 koppelt den Kolben 25 mit dem Ventilkörper 3 und übt Kraft auf diesen aus, die so gerichtet ist, dass der Kolben ohne eine Einwirken sonstiger Kräfte aus der Drosselausnehmung herausgedrückt wird.
  • 7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Dämpfungselements. Im Unterschied zur Ausführungsform in 5 befindet sich mindestens eine zusätzliche Drossel 27 in dem Ventilkörper 3, die die Drosselausnehmung 22 mit der Ausnehmung 2 des Ventilgehäuses 1 hydraulisch koppelt. Das durch das Eindringen des Kolbens 25 in die Drosselausnehmung 22 verdrängte Fluid wird zum einen über die Spaltdrosselung in den Steuerraum 6 und zum anderen durch die Drossel 27 gepresst. Der Einsatz von einer weiteren Drossel kann je nach gewünschtem Dämpfungsverhalten günstig sein.
  • 8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Dämpfungselements. Die Steuerraumwand 30 weist eine zylindrische Drosselausnehmung 22 auf, in die ein Kolben 25 eingreift. Der Kolben 25 ist so ausgebildet und angeordnet, dass bei einer Bewegung des Ventilkörpers 3 zwischen dem Kolben 25 und der Drosselausnehmung 22 ein definiertes Paarungsspiel entsteht. Das Paarungsspiel weist bevorzugt Werte zwischen 2 bis 10 μm auf. Über dieses Paarungsspiel kann die Spaltdrosselung und damit das Dämpfungsverhalten eingestellt werden. Darüber hinaus wird über die Eintauchtiefe des Kolbens 25 in die Drosselausnehmung 22 des Ventilkörpers 3 die Dämpfung beeinflusst.
  • 9 zeigt eine weitere Ausführungsform des Dämpfungselements. Dabei ist ein Dämpfungselement 21 zwischen die Steuerraumwand 30 und den Ventilkörper 3 eingebracht. Das Dämpfungselement 21 koppelt den Ventilkörper 3 mit der Steuerraumwand 30 mechanisch. Die Dämpfung wird entscheidend durch die Materialauswahl und die Materialbeschaffenheit des eingebrachten Dämpfungselements 21 bestimmt.
  • Die 10 und 11 zeigen weitere Ausführungsformen des Dämpfungselements. In 10 weist der Ventilkörper 3 eine erste Dämpfungselementausnehmung 40 und in 11 die Steuerraumwand 30 eine zweite Dämpfungselementausnehmung 41 auf. Der Vorteil dieser Ausführungsformen liegt darin, dass das Dämpfungselement 21 mit einer größeren Bauhöhe eingebracht werden kann. In der Folge kann das Dämpfungselement 21 aus einem Material mit einer geringeren Elastizität bestehen.
  • Die 12 zeigt eine weitere Ausführungsform des Dämpfungselements. Dabei weist die Steuerraumwand 30 eine erste Dämpfungselementausnehmung 41 auf, in die der Dämpfungselement 21 eingebracht ist. Der Dämpfungselement 21 weist selbst mindestens eine dritte Dämpfungselementausnehmung 43 auf, in die der Ventilkörper 3 eingreift. Dabei wird der Ventilkörper 3 durch die dritte Dämpfungselementausnehmung 43 in dem Dämp fungselement 21 geführt. Darüber hinaus kann über die Bauhöhe des Dämpfungselements 21 die Dämpfung beeinflusst werden.
  • Die 13 zeigt eine weitere Ausführungsform des Dämpfungselements. Dabei weist die Steuerraumwand 30 eine erste Dämpfungselementausnehmung 40 und der Ventilkörper 3 zweite Dämpfungselementausnehmung 41 auf. In die erste Dämpfungselementausnehmung 40 und die zweite Dämpfungselementausnehmung 41 greift das Dämpfungselement 21 ein und führt den Ventilkörper 3.

Claims (14)

  1. Steuerventil – mit einem Ventilgehäuse (1), in dem eine Ausnehmung (2) ausgebildet ist, – mit einem Ventilkörper (3), der in der Ausnehmung des Ventilgehäuses (2) axial beweglich angeordnet ist und der einen Schließkörper (4) hat, der in der Schließstellung des Ventils dichtend an einem Sitzbereich (5) anliegt, der in der Wandung der Ausnehmung (2) des Ventilgehäuses (1) ausgebildet ist, und der außerhalb der Schließstellung einen Bereich zwischen dem Schließkörper und dem Sitzbereich (5) des Ventilkörpers (3) freigibt, – mit einem Steuerraum (6), der durch ein freies Volumen zwischen dem Ventilgehäuse (1) und dem Ventilkörper (3) gebildet ist, das sich in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers ausgehend von dem Sitzbereich in die erste Ausnehmung hinein erstreckt, – mit einem Zuführkanal (7) im Ventilgehäuse (1), der in den Steuerraum (6) mündet, – mit einem Dämpfungselement (11, 23, 25, 21, 24), das so ausgebildet und angeordnet ist, dass es axiale Schwingungen des Ventilkörpers (3) dämpft.
  2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (3) zumindest eine Drosselausnehmung (22) und ein Dämpfungselement (23, 25) aufweist, das in axialer Richtung des Ventilkörpers (3) in die Drosselausnehmung (22) eingreift und so angeordnet und ausgebildet ist, dass bei einer Bewegung des Ventilkörpers (3) eine Relativbewegung zwischen dem Dämpfungselement (23, 25) und dem Ventilkörper (3) erfolgt, wobei das Dämpfungselement (23, 25) und die Drosselausnehmung (22) eine Drossel bilden.
  3. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselausnehmung (22) in den Steuerraum (6) mündet, das Dämpfungselement eine Kugel (23) ist und die Wandung der Drosselausnehmung (22) einen kegelförmigen Sitzbereich für die Kugel (23) aufweist.
  4. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselausnehmung (22) in den Steuerraum (6) mündet und das Dämpfungselement ein Kolben (25) ist.
  5. Steuerventil nach Anspruch 4, bei dem der Kolben (25) an einer Steuerraumwand (30) des Steuerraums (6) befestigt ist.
  6. Steuerventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (25) über eine Feder (26) mit dem Ventilkörper (3) gekoppelt ist.
  7. Steuerventil nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ventilkörper (3) mindestens eine weitere Drossel (27) ausgebildet ist, die die Drosselausnehmung (22) des Ventilkörpers (3) mit der Ausnehmung (2) des Ventilgehäuses (1) hydraulisch koppelt.
  8. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerraumwand (30) des Steuerraums (6) zumindest eine Drosselausnehmung (22) aufweist, und der Ventilkörper (3) ein Dämpfungselement (25) aufweist, das in axialer Richtung des Ventilkörpers (3) in die Drosselausnehmung (22) eingreift und so angeordnet und ausgebildet ist, dass bei einer Bewegung des Ventilkörpers (3) eine Relativbewegung zwischen dem Dämpfungselement und der Steuerraumwand (30) erfolgt, wobei das Dämpfungselement (25) und die Drosselausnehmung (22) eine Drossel bilden.
  9. Steuerventil nach Anspruch 1, bei dem ein Dämpfungselement (21) so ausgebildet und angeordnet ist, dass es zwischen dem Ventilkörper (3) und dem Ventilgehäuse (1) eingebracht ist und beide miteinander mechanisch koppelt.
  10. Steuerventil nach Anspruch 9, bei dem das Dämpfungselement (21) zwischen dem Ventilkörper (3) und der Steuerraumwand (30) eingebracht ist.
  11. Steuerventil nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (3) zumindest eine erste Dämpfungselementausnehmung (40) aufweist in die der Dämpfungselement (21) eingreift.
  12. Steuerventil nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerraumwand (30) zumindest eine zweite Dämpfungselementausnehmung (41) aufweist in die der Dämpfungselement (21) eingreift.
  13. Steuerventil nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement zumindest eine dritte Dämpfungskörperausnehmung (42) aufweist, in die der Ventilkörper (3) eingreift und in der er geführt ist.
  14. Einspritzventil, das umfasst – ein Ventilgehäuse (1), in dem ein Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13 angeordnet ist, – eine Düsennadel (18), die über den Steuerraum (6) mit dem Ventilkörper (3) hydraulisch gekoppelt, die in einer Schließposition einen Fluidfluss durch ein Einspritzloch unterbindet und diesen ansonsten freigibt.
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