DE3529576A1 - Steuerventil, insbesondere elektromagnetisch betaetigtes steuerventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Steuerventil ist aus der DE-OS 20 26 665 bekannt. Es ist in der Druckleitung einer Einspritzpumpe zu einem Einspritzventil angeordnet und bestimmt durch Öffnen des Verbindungskanals zum Entlastungsraum das Ein­ spritzende. Der Kolbenschieber ist durch eine Feder in Öffnungsrichtung kraftbeaufschlagt und wird gegen die Kraft der Feder von einem Elektromagneten in Schließstel­ lung gebracht. Zur Erzielung kurzer Schaltzeiten ist ein kurzer Schalthub des Kolbenschiebers erforderlich. An­ dererseits treten durch die bei einem kurzen Schalthub auftretenden kurzen Dichtspaltlängen in Schließstellung des Kolbenschiebers erhebliche Leckmengen in den Entla­ stungsraum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil der bekannten Art derart weiterzubilden, daß bei kurzem Schalthub die bei geschlossenem Ventil auftretenden Leck­ mengen minimiert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch mehrere hinter­ einander geschaltete Druckräume, die in Schließstellung gegeneinander abgedichtet sind, liegen zwischen dem Hoch­ druckraum und dem Entlastungsraum Kammern, deren Druck zum Entlastungsraum hin abnimmt. Bei einem minimalen Hub des Kolbenschiebers kann so die Dichtspaltlänge zur Erzielung einer ausreichenden Abdichtung beliebig erhöht werden, wo­ durch die Leckmengen bis auf ein Minimum reduziert werden können. Der Druckabbau vom Hochdruckraum zum Entlastungs­ raum kann beliebig fein gestuft vorgesehen werden. Somit ist bei großer Dichtspaltlänge und geringen Leckmengen ein kleiner Hub des Kolbenschiebers (Ventilglied) aufrechter­ halten, so daß das erfindungsgemäße Steuerventil kurze Schaltzeiten aufweist. Das erfindungsgemäße Steuerventil eignet sich daher insbesondere zur Verwendung in einer elektronischen Einspritzanlage, wie sie z. B. aus der DE-OS 20 26 665 bekannt ist.

Vorteilhaft ist als Zwischenraum zwischen dem Hochdruck­ raum und dem Entlastungsraum ein Druckraum durch eine ra­ diale Erweiterung des Verbindungskanals geschaffen. Hier­ bei ist es zum einfachen Aufbau zweckmäßig, daß der Kol­ benschieber im Dichtbereich dem Durchmesser des Verbin­ dungskanals entspricht und zwischen den Dichtbereichen mit verringertem Durchmesser ausgebildet ist, so daß bei ge­ öffnetem Steuerventil große Strömungsquerschnitte erzielt sind.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weite­ ren Ansprüchen, sowie der folgenden Beschreibung, in der die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert sind. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Steuerventil,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Steuerventil gemäß Fig. 1 mit einem zusätzlichen Sitzventil.

In einem Gehäuse 2 des Steuerventils 1 ist ein Hochdruck­ raum 7 und ein Entlastungsraum 6 angeordnet. Der Entla­ stungsraum 6 steht mit einer Entlastungsbohrung 6 a in Ver­ bindung, die das in den Entlastungsraum einfließende Druckmittel weitgehend drucklos abführt.

Der Hochdruckraum 7 steht mit einem Zufluß 7 b in Verbin­ dung, der von einer Hochdruckpumpe gespeist ist. Über ei­ nen Abfluß 7 a wird vom Hochdruckraum 7 aus ein Verbrau­ cher, z. B. ein Einspritzventil einer Brennkraftmaschine gespeist.

Der Hochdruckraum 7 und der Entlastungsraum 6 sind über einen Verbindungskanal miteinander verbunden, der durch einen Abschnitt einer axial durch das Gehäuse 2 verlaufen­ den Bohrung 5 gebildet ist. In der Bohrung 5 ist axial verschiebbar ein Kolbenschieber 3 geführt, dessen Außen­ durchmesser etwa dem Bohrungsdurchmesser der Bohrung 5 entspricht. Der vom Entlastungsraum 6 nach außen führende Abschnitt der Bohrung 5 ist durch den Abschnitt 4 a des Kolbenschiebers abgedichtet, während der vom Hochdruckraum 7 nach außen führende Abschnitt der Bohrung 5 durch den Abschnitt 4 b des Kolbenschiebers 3 abgedichtet ist. Der durch die Bohrung 5 zwischen dem Hochdruckraum 7 und dem Entlastungsraum 6 gebildete Verbindungskanal ist an zwei Stellen radial erweitert und bildet voneinander getrennte Druckräume 8 a und 8 b als Zwischenräume. Der Druckraum 8 a ist über einen Verbindungsabschnitt 5 a mit dem Entla­ stungsraum 6 und einem Verbindungsabschnitt 5 b mit dem axial benachbarten weiteren Druckraum 8 b verbunden, der seinerseits über dem Verbindungsabschnitt 5 c mit dem Hoch­ druckraum 7 in Verbindung steht. Die Verbindungsabschnitte 5 a bis 5 c sind durch die nach der radialen Erweiterung verbliebenen Abschnitte der Bohrung 5 gebildet und haben einem dem Durchmesser des Kolbenschiebers 3 entsprechenden Durchmesser.

Zwischen den Abschnitten 4 a und 4 b des Kolbenschiebers 3 weist dieser vier im Durchmesser verringerte Abschnitte 3 a bis 3 d auf. In der gezeigten ersten Stellung, in der der Kolbenschieber 3 den Verbindungskanal zwischen dem Hoch­ druckraum 7 und dem Entlastungsraum 6 verschließt, liegen die im Durchmesser verringerten Abschnitte etwa in den einzelnen Räumen 6, 7, 8 a und 8 b.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist zwischen den im Durchmesser verringerten Abschnitten 3 a bis 3 d jeweils ein Kolbenabschnitt 4 c bis 4 e angeordnet, der dem Durchmesser der Bohrung 5 entspricht und von denen jeweils einer einem Verbindungsabschnitt 5 a, 5 b und 5 c zugeordnet ist. Die axiale Länge eines Kolbenabschnittes 4 c bis 4 e entspricht etwa jeweils der axialen Länge des ihm zugeordneten Ver­ bindungsabschnitts 5 a bis 5 c. In der gezeigten geschlos­ senen Stellung des Steuerventils 1 sind die Kolbenab­ schnitte 4 c bis 4 e in die Verbindungsabschnitte 5 a bis 5 c eingetaucht und dichten diese über ihre Eintauchtiefe ab. Die Dichtlänge D des Kolbenschiebers 3 vom Hochdruckraum 7 zum Entlastungsraum 6 setzt sich somit aus den Einzel­ dichtlängen (Eintauchtiefen) d 1, d 2 und d 3 zusammen. Die Gesamtdichtlänge D gewährleistet eine ausreichende Abdich­ tung des Hochdruckraums 7 zum Entlastungsraum 6 bei sehr kleinen Leckmengen.

Wird der Kolbenschieber in Pfeilrichtung 9 in seine zweite Stellung (nicht dargestellt) um den Hub d 1=d 2=d 3 verscho­ ben, so wird bei einem kleinen Schaltweg die gesamte Dichtlänge D aufgehoben und eine Verbindung zwischen dem Hochdruckraum 7 und dem Entlastungsraum 6 hergestellt. Auf diese Weise weist das Steuerventil 1 bei hoher Abdichtung und kleinen Leckmengen einen kleinen Schalthub auf, so daß bei einem insbesondere elektromagnetisch betätigten Kol­ benschieber 3 sehr kurze Schaltzeiten erreichbar sind. Ein derartiges Steuerventil ist vorteilhaft bei elektronisch gesteuerten Einspritzvorgängen zur Steuerung des Ein­ spritzventils einsetzbar.

Das erfindungsgemäße Steuerventil 1 kann durch Abstimmung der Dichtspaltlängen d und Dichtspaltspiele, der Kammer­ volumen der Druckräume 8 a und 8 b sowie der Anordnung der Dichtkanten zueinander zu einer Beeinflussung des Druck­ aufbaus und der Dämpfung herangezogen werden. Die Gesamt­ dichtlänge D kann in Abhängigkeit des Druckgefälles vom Hochdruckraum 7 zum Entlastungsraum 6 beliebig gestaltet werden, wobei eine Vielzahl von Druckräumen 8 a, 8 b in Axialrichtung hintereinander vorgesehen werden können.

Vorzugsweise sind die Eintauchtiefen (Dichtlängen) d 1, d 2 und d 3 gleich gewählt. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die Dichtlängen d unterschiedlich vorzusehen, wobei zu beachten ist, daß die größte Dichtlänge den Schalthub des Kolbenschiebers bestimmt.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist bei ansonsten gleichem Aufbau wie das Steuerventil in Fig. 1 der Kolben­ abschnitt 4 c und der ihm zugeordnete Verbindungsabschnitt 5 a zum Entlastungsraum 6 als Sitzventil 53 ausgebildet. Um eine radiale Überdeckung des Kolbenabschnitts 4 c mit dem Bohrungsabschnitt 54 zu erzielen, ist dieser mit geringe­ rem Durchmesser ausgebildet als die übrige Bohrung 5. Der Durchmesser des Kolbenabschnitts 4 b ist entsprechend ver­ ringert und ist, den Bohrungsabschnitt 54 nach außen ab­ dichtend, vorzugsweise mit dem übrigen Kolbenschieber 3 ausgebildet. Der den Druckraum 8 a mit dem Entlastungsraum 6 verbindende Teil des Bohrungsabschnittes 54 weist auf seinem dem Kolbenabschnitt 4 c zugewandten Ende einen Ven­ tilsitz 51 auf, dem das ihm zugewandte Ende des Kolbenab­ schnitts - als Ventilglied 52 ausgebildet - zugeordnet ist.

Das Sitzventil 53 ist an einer Stelle im Steuerventil angeordnet, wo das geringste Druckgefälle auftritt. So wird zwischen dem letzten Durchraum 8 a und dem Entla­ stungsraum 6 - und damit zwischen dem Hochdrukraum 7 und dem Entlastungsraum 6 - ein fast leckagefreier Verschluß erzielt. Die Funktion des Sitzventils wird durch die zum Hochdruckraum vorgeschalteten Abdichtungen durch die axialen Dichtlängen der Schieberventile nicht beeinträch­ tigt. Vielmehr richten sich die axialen Dichtlängen der Schieberventile immer nach dem Dichtsitz des Sitzventils aus. Eine hochpräzise konstruktive Anpassung der Dichtven­ tile untereinander ist daher nicht erforderlich. Der Schalthub des Kolbenschiebers 3 ist weiterhin von der größten Dichtlänge d eines einzelnen Kolbenabschnitts 4 d bzw. 4 e abhängig. Da das Sitzventil 53 einen - bezogen auf das Druckgefälle zwischen Hochdruckraum 7 und Entlastungs­ raum 6 - relativ geringen Druckunterschied schaltet, kann es konstruktiv einfacher ausgebildet sein als ein hochge­ nau zu bearbeitendes Hochdrucksitzventil. Im übrigen ver­ schleißt das erfindungsgemäß angeordnete Sitzventil auf­ grund der niedrigen zu schaltenden Drücke kaum.

Claims (9)

1. Steuerventil, insbesondere elektromagnetisch betä­ tigtes Steuerventil, mit einem in einem Gehäuse (2) ange­ ordneten Kolbenschieber (3) als Ventilglied, der in einer ersten Stellung dichtend in einen Verbindungskanal (5) zwischen einem Hochdruckraum (7) und einem Entlastungsraum (6) eintaucht und in einer zweiten Stellung den Verbin­ dungskanal zur Entlastung des Hochdruckraums (7) öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hochdruckraum (7) und dem Entlastungsraum (6) mindestens ein weiterer Druck­ raum (8 a, 8 b) als Zwischenraum angeordnet ist, der über den Verbindungskanal (5 c) einerseits mit dem Hochdruckraum (7) und andererseits mit dem Entlastungsraum (6) verbunden ist, und daß der Kolbenschieber (3) in seiner ersten Stel­ lung (Figur) in alle Verbindungsabschnitte (5 a, 5 b, 5 c) zwischen den einzelnen Räumen (6, 7, 8 a, 8 b) eintaucht und diese verschließt.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Druckraum (8 a, 8 b) durch eine radiale Erweiterung des Öffnungskanals geschaf­ fen ist.

3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kol­ benschieber (3) gleichachsig zum Verbindungskanal (5) an­ geordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschieber (3) im Dichtbereich dem Durchmesser des Verbindungskanals (5) entsprechend und zwischen den Dichtbereichen mit verrin­ gertem Durchmesser ausgebildet ist.

4. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Dichtbe­ reiche des Kolbenschiebers etwa der axialen Länge der Ver­ bingunsabschnitte (5 a, 5 b, 5 c) zwischen den Räumen (6, 7, 8 a, 8 b) entspricht.

5. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hochdruckraum (7) und dem Entlastungsraum (6) zwei weitere Druckräume (8 a, 8 b) angeordnet sind.

6. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hochdruckraum (7) und dem Entlastungsraum (6) ein Sitzventil (53) angeordnet ist.

7. Steuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sitzventil (53) zwischen dem Entlastungsraum (6) und dem benachbarten Druckraum (8 a) angeordnet ist.

8. Steuerventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsabschnitt (54) vom Entlastungsraum (6) zum benachbarten Druckraum (8 a) im Durchmesser kleiner ausgebildet ist als der übrige Verbin­ dungskanal (5).

9. Steuerventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das dem zugeordneten Kolben­ abschnitt (4 c) zugewandte Ende des Verbindungsabschnitts (54) zwischen Entlastungsraum (6) und benachbartem Druck­ raum (8 a) als Ventilsitz (51) und der Kolbenabschnitt (4 c) als zugeordnetes Ventilglied (52) ausgebildet ist.