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Die Erfindung betrifft ein Ventil, aufweisend einen Ventilkörper mit einer zylinderförmigen Kolbenführung, in der ein Ventilkolben axial beweglich ist, wobei der Ventilkolben einen mit einer Steuerkante in den Ventilkörper zusammenwirkenden Steuerschlitz zur Einstellung eines Mediumflusses durch das Ventil aufweist, und wobei der Ventilkolben mit einem Ventilaktor zusammenwirkt.
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Stand der Technik
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Ein derartiges Ventil ist aus der
DE 10 2014 201 387 A1 bekannt. Dieses elektromagnetisch ansteuerbare Ventil ist zur Regelung der Fördermenge einer Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem ausgelegt und weist einen Ventilkolben auf, der in einer Kolbenführung axial verschiebbar geführt ist. Der in diesem Dokument beschriebene Ventilkolben weist eine zumindest teilweise strukturierte Außenumfangsfläche zur Verbesserung der Schmierung und/oder zur Reduzierung der Reibung zwischen der Kolbenführung und dem Ventilkolben auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil bereitzustellen, dass eine erweiterte Steuerung eines Durchflusses durch das Ventil ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Ventil eine Absperrvorrichtung aufweist. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, eine genau definierte Nullförderung des Ventils einzustellen, bei der der Mediumfluss durch das Ventil vollständigen unterbrochen ist oder aber ein ganz genau vorgegebener Mediumfluss durch das Ventil erfolgt. Diese Einstellung wird unabhängig von einem möglichen Zusammenwirken des Steuerschlitzes des Ventilkolbens mit der Steuerkante in dem Ventilkörper realisiert. Diese Einstellung der Nullförderung ist unabhängig von einer möglichen undefinierten Restleckage, die durch das Zusammenwirken des Ventilkolbens aufweisend den Steuerschlitz mit der Kolbenführung aufweisend die Steuerkante bei einem herkömmlichen Ventil auftreten kann.
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In Weiterbildung der Erfindung weist die Absperrvorrichtung einen mit einem Kegeldichtsitz zusammenwirkenden Ventilteller auf. Dies ist die bevorzugte Ausführungsform, die sich bei einem erfindungsgemäßen Ventil konstruktiv und fertigungstechnisch problemlos und ohne nennenswerten Kostenaufwand umsetzen lässt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Kegeldichtsitz in den Ventilkörper eingelassen. Dabei kann die Herstellung des Kegeldichtsitzes gegebenenfalls mit der Bearbeitung der zylinderförmigen Kolbenführung in einem Bearbeitungsgang kombiniert werden, so dass diesbezüglich eine angenähert kostenneutrale Umsetzung der Absperrvorrichtung gegeben ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wirkt der Ventilteller mit dem Verstellaktor zusammen. Bei dieser Ausgestaltung kann der Ventilteller getrennt von dem Ventilkolben ausgebildet sein und folglich auch getrennt von dem Ventilkolben verstellt werden. Vorteilhaft ist es aber, wenn – wie in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, der Ventilteller einen mit dem Ventilkolben zusammenwirkenden Ventilschaft aufweist. Dabei kann der Ventilteller und der Ventilschaft als eigenständiges Bauteil ausgestaltet sein, der mit dem Ventilkolben in einer geeigneten Art und Weise verbunden wird. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Ventilteller zusammen mit dem Ventilschaft einstückig mit dem Ventilkolben ausgebildet ist. Dabei kann die Baueinheit bestehend aus dem Ventilkolben, dem Ventilschaft und dem Ventilteller beispielsweise ein aus einem metallischen Werkstoff oder einem Kunststoffwerkstoff gefertigtes Bauteil sein. Dieses beispielsweise als Gußteil gefertigte Bauteil kann abschließend problemlos fertig bearbeitet werden. Dabei kann die Bearbeitung der mit der Kolbenführung im montierten Zustand zusammenwirkenden Kolbenfläche des Ventilkolbens und der mit dem Kegeldichtsitz bei einer Absperrung zusammenwirkenden Dichtfläche des Ventiltellers während eines beispielsweise spanabhebenden Bearbeitungsvorgangs vorgenommen werden, und der Steuerquerschnitt beispielsweise durch einen Laserbearbeitungsgang in den Ventilkolben eingearbeitet werden.
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In Weiterbildung der Erfindung weist der Ventilteller eine Restleckagebohrung auf, durch den eine genau definierte Menge des gesteuerten Mediums strömen kann. Diese Restleckagebohrung legt die durch das Ventil strömende Nullfördermenge definiert und reproduzierbar auf einen vorgegebenen Wert fest.
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In Weiterbildung der Erfindung stellt die Absperreinrichtung bei einer Ruhestellung des Ventils, insbesondere bei einer Nullbestromung des Verstellaktors, eine Sperrstellung ein. Dies ist die bevorzugte Ausgestaltung, wobei hier aber auch andere Ansteuermöglichkeiten vorgesehen sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Ventilteller auf der dem Ventilschaft gegenüberliegenden Seite einen ringförmigen Absatz auf, wobei der Absatz einen geringeren Durchmesser als der Ventilteller aufweist. Dieser Absatz ermöglicht es eine Ventilfeder definiert an dem Ventilteller ohne ein Verspannen des Ventilkolbens und des Ventiltellers in Bezug zu der Kolbenführung und den Kegeldichtsitz anzubringen. Dabei ist wiederum in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zwischen dem Ventilteller und einer mit dem Ventilkörper zusammenwirkenden Halteelement die Feder angeordnet.
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Wenn auch das erfindungsgemäß ausgestaltete Ventil zur Steuerung eines beliebigen Mediums eingesetzt werden kann, ist das Ventil bevorzugt ein Zumessventil in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, wobei das Zumessventil die einer Hochdruckpumpe zuzuführende Kraftstoffmenge einstellt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
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Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils und
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2 ein Diagramm der Durchflusscharakteristik durch das Ventil des ersten Ausführungsbeispiels,
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils und
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4 ein Diagramm der Durchflusscharakteristik durch das Ventil des zweiten Ausführungsbeispiels.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines ausschnittsweise dargestellten erfindungsgemäßen Ventils 1. Das Ventil 1 weist einen Ventilkörper 2 mit einer zylinderförmigen Kolbenführung 3 auf. In der zylinderförmigen Kolbenführung 3 ist ein Ventilkolben 4 axial beweglich angeordnet, wobei der Ventilkolben 4 von einem nicht dargestellten elektrisch betätigten Aktor verstellbar ist, der in dem oberen nicht dargestellten Teil des Ventils 1 angeordnet ist. Der Aktor ist beispielsweise als Elektromagnet ausgebildet, der in Abhängigkeit von einer Bestromung (I) eine Magnetkraft aufbaut, der den Ventilkolben 4 in der zylinderförmigen Kolbenführung 3 proportional zu der Magnetkraft verstellt. Das Ventil 1 ist als Proportionalventil ausgebildet und realisiert eine Steuerung des Durchflusses eines Arbeitsmediums in Abhängigkeit von dem angelegten Strom. Dabei wird das Ventil 1 vorzugsweise als Zumessventil von Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems eingesetzt. Das Kraftstoffeinspritzsystem ist vorzugsweise als Common-Rail-Einspritzsystem ausgebildet, wobei von der Hochdruckpumpe, an der das Zumessventil normalerweise integral verbaut ist, Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher mit einem Druck von beispielsweise bis zu 3000 bar befördert wird. Aus dem Hochdruckspeicher wird der dort gespeicherte Kraftstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff, von Kraftstoffinjektoren zur Einspritzung in zugeordnete Brennräume einer beispielsweise selbstzündenden Brennkraftmaschine entnommen.
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Der Ventilkolben 4 ist als Hohlkolben ausgebildet und weist zumindest einen Steuerschlitz 5 auf, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel schlüssellochartig ausgebildet ist. Im Rahmen der Erfindung sind aber auch beliebige andere Ausgestaltungen des Steuerschlitzes 5 denkbar. Der Steuerschlitz 5 wirkt mit insbesondere einer unteren Steuerkante 6 einer ringförmigen Ausnehmung 7 zusammen, die in den Ventilkörper 2 eingelassen ist. Die ringförmige Ausnehmung 7 wirkt mit zumindest einer Abflussöffnung 8 zusammen, die ebenfalls in den Ventilkörper 2 eingearbeitet ist. Die Abflussöffnung 8 steht über eine entsprechende Verbindungsleitung mit einem Pumpenarbeitsraum der Hochdruckpumpe in Verbindung. Um sicherzustellen, dass keine in dem Kraftstoff geführte Verunreinigungen in den Pumpenarbeitsraum gelangen, ist die zumindest eine Abflussöffnung 8 von einem Filter 9 unter Bildung eines Filterraums 10 umgeben.
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Der Kraftstoff wird beispielsweise von einer Niederdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems über einen axialen Zugang, der durch einen Zugangspfeil 11 symbolisiert ist, in einen zylinderförmigen Eingangsbereich 12 anschließend an die zylinderförmige Kolbenführung 3 in den Ventilkörper 2 eingeführt. Der zylinderförmige Eingangsbereich 12 weist einen größeren Durchmesser als die zylinderförmige Kolbenführung 3 auf und zwischen dem zylinderförmigen Eingangsbereich und der zylinderförmigen Kolbenführung 3 ist ein Kegeldichtsitz 13 in den Ventilkörper 2 eingelassen. Mit dem Kegeldichtsitz 13 wirkt ein Ventilteller 14 einer Absperrvorrichtung 15 zusammen, die mit dem Ventilkolben 4 zusammenwirkt. Dies erfolgt in dem Ausführungsbeispiel über einen Ventilschaft 16, der bevorzugt einstückig mit dem Ventilteller ausgebildet ist und mit dem Ventilkolben 4 im Bereich von dem Hohlraum zusammenwirkt oder aber auch einstückig mit dem Ventilkolben 4 ausgebildet ist. In dem Ausführungsbeispiel weist der Ventilschaft 16 einen erweiterten Ventilschaftsitz 17 auf, der in eine entsprechende Ventilschaftsitzausnehmung 18 in den Ventilkolben 4 eingesetzt ist. Der Ventilteller 14 weist auf der dem Ventilschaft 16 gegenüberliegenden Seite einen ringförmigen Absatz 19 auf, der einen geringeren Durchmesser als der Ventilteller 14 aufweist. Den Absatz 19 umgebend stützt sich an dem Ventilteller 14 eine Feder 20 ab, die auf der gegenüberliegenden Seite an einem Halteelement 21 anliegt, das in den zylinderförmigen Eingangsbereich 12 eingepresst ist. Die Feder 20 drückt den Ventilteller 14 in den Kegeldichtsitz 13 und versperrt somit den Kraftstofffluss von dem zylinderförmigen Eingangsbereich 12 entsprechend des Zugangspfeils 11 in den Ventilkolben 4. Dadurch ist eine dichte Absperrung des Kraftstoffflusses in das Ventil 1 realisiert. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass beispielsweise verursacht durch Fertigungstoleranzen zwischen dem Ventilkolben 4 und der ringförmigen Ausnehmung 7 eine von Ventil 1 zu Ventil 1 unterschiedliche Kraftstoffleckage auftreten kann. Dies wird durch die erfindungsgemäße Absperrvorrichtung 15, die in das Ventil 1 integriert ist, unterbunden. Erst wenn der Aktor bestromt wird und der Ventilkolben 4 gegen die Kraft der Feder 20 in Richtung zu dem zylinderförmigen Eingangsbereich 12 verstellt wird, wird der Ventilteller 14 aus dem Kegeldichtsitz 13 herausbewegt und Kraftstoff strömt zwischen dem Ventilteller 14 und dem Kegeldichtsitz 13 in den Hohlraum des Ventilkolbens 4, der entsprechend der axialen Verstellung eine definierte Kraftstoffmenge durch das Zusammenwirken des Steuerschlitzes 5 mit der Steuerkante 6 in die ringförmige Ausnehmung 7 weiterleitet.
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Um eine Trennung zwischen dem Zugang des Kraftstoffs in den zylinderförmigen Eingangsbereich 12 und der Weiterführung des Kraftstoffs durch die Abflussöffnung 8 und den Filter 9 zu gewährleisten, ist im Bereich des zylinderförmigen Eingangsbereichs 12 eine Ringnut in den Ventilkörper 2 eingelassen, in die ein Dichtring 22 eingesetzt ist. Um eine Abdichtung des Ventils 1 gegenüber der Umgebung zu gewährleisten, ist eine Ringdichtung 23 vorgesehen, die an einem Flansch des Ventilkörpers 2 anliegt.
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Das Diagramm 2 zeigt den entsprechend der Bestromung (I) des Aktors gesteuerten Durchfluss (Q), der durch das Ventil 1 eingestellt wird. Bei einer Nullbestromung stellt die Absperrvorrichtung 15 eine vollständige und dichte Absperrung eines Mediumsflusses durch das Ventil 1 ein, wobei die Absperrung bei einer zunehmenden Bestromung bis zum Erreichen eines maximalen Durchflusses vergrößert wird. Entsprechend der Ausgestaltung des Steuerschlitzes 5 bleibt der Durchfluss über einen Verstellbereich des Ventilkolbens 4 konstant und nimmt dann bei einer weiteren Verstellung des Ventilkolbens 4 wieder bis zu einem Nullwert ab.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 3 unterscheidet sich von dem der 1 nur dadurch, dass hier eine Restleckagebohrung 24 in den Ventilteller 14 eingelassen ist, die den zylinderförmigen Eingangsbereich 12 dauerhaft mit dem Hohlraum des Ventilkolbens 4 verbindet. Durch diese Restleckagebohrung 24 strömt auch bei geschlossener Absperrvorrichtung 15 eine definierte Kraftstoffmenge von dem zylinderförmigen Eingangsbereich 12 in den Hohlraum des Ventilkolbens 4. Dadurch kann eine genau definierte Leckageströmung durch das Ventil 1 eingestellt werden.
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4 zeigt dies in Diagrammform, wobei hier bei einer Nullbestromung die durch die Restleckagebohrung 24 freigegebene Durchflussmenge dargestellt ist. Ansonsten ist die Steuerfunktion identisch zu der Steuerung gemäß dem Diagramm der 2.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014201387 A1 [0002]
