EP3014100B1

EP3014100B1 - Steuerventil

Info

Publication number: EP3014100B1
Application number: EP14721358.1A
Authority: EP
Inventors: Dominik Kuhnke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2017-07-19
Anticipated expiration: 2034-04-30
Also published as: CN105492755A; CN105492755B; EP3014100A1; DE102013212140A1; WO2014206606A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Common-Rail-Kraftstoffinjektor, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit einem solchen Steuerventil.

Stand der Technik

Steuerventile der vorstehend genannten Art finden regelmäßig in Kraftstoffinjektoren Einsatz, die eine hubbewegliche Düsennadel zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung besitzen. Das Steuerventil dient dabei der Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel. Öffnet das Steuerventil, wird ein Steuerraum entlastet, so dass ein in Schließrichtung auf die Düsennadel wirkender Steuerdruck im Steuerraum abnimmt und die Düsennadel öffnet. Die Betätigung des Steuerventils erfolgt in der Regel mittels eines Aktors, beispielsweise eine Magnetaktors oder eines Piezoaktors.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2006 049 050 A1 geht beispielhaft ein Kraftstoffinjektor mit einem Steuerventil zur Ansteuerung eines mindestens eine Einspritzöffnung freigebenden oder verschließenden Einspritzventilgliedes hervor. Hierzu umfasst das Steuerventil einen hubbeweglichen Ventilkolben, der mit einem als Flachsitz ausgebildeten Ventilsitz dichtend zusammenwirkt. Liegt der Ventilkolben am Flachsitz dichtend an, baut sich im Steuerraum ein das Einspritzventilglied in Schließrichtung beaufschlagender Steuerdruck auf. Bei Betätigung des Steuerventils mittels eines Elektromagneten hebt der Ventilkolben vom Ventilsitz ab und es wird eine Verbindung des Steuerraums mit einem Niederruckbereich hergestellt. In der Folge sinkt der Steuerdruck im Steuerraum und damit die das Einspritzventilglied in Schließrichtung beaufschlagende Kraft. Das Einspritzventilglied öffnet und gibt auf diese Weise die wenigstens eine Einspritzöffnung frei. Die Rückstellung des Ventilkolbens erfolgt mittels der Federkraft einer Feder nach Beendigung der Bestromung des Elektromagneten. Dies hat wiederum den Anstieg des Steuerdrucks im Steuerraum zur Folge, so dass auch das Einspritzventilglied in seinen Dichtsitz zurückgestellt wird und die wenigstens eine Einspritzöffnung wieder verschließt.
Zur Darstellung von Teileinspritzungen ist ein schnellschaltendes Steuerventil von Vorteil, um eine schnelle Entlastung des Steuerraums zu bewirken. Von Vorteil ist dabei ein reduzierter Hub des hubbeweglichen Schließelements des Steuerventils. Zugleich muss jedoch ein ausreichend großer Abströmquerschnitt sichergestellt sein. Um dies zu gewährleisten, kann der Durchmesser einer innerhalb des Ventilsitzes liegenden Abströmöffnung vergrößert werden. Damit vergrößert sich jedoch auch die am Ventilschließelement ausgebildete Fläche, welche innerhalb des Durchmessers des Ventilsitzes zu liegen kommt, und in Schließstellung des Steuerventils vom Steuerdruck des Steuerraums beaufschlagt wird. Die Folge ist eine Vergrößerung der auf das Ventilschließelement in Öffnungsrichtung wirkenden hydraulischen Kraft. Dem kann entgegengewirkt werden, indem die Federkraft einer Feder erhöht wird, die das Ventilschließelement in Schließrichtung beaufschlagt. Zum Öffnen des Ventils sind dann jedoch größere Magnetkräfte erforderlich, was sich wiederum ungünstig auf die Schaltzeit des Steuerventils auswirkt.
Aus der DE 197 38 351 A1 ist ferner eine Einspritzvorrichtung mit einem elektromagnetischen Ventil zur Verbindung einer Drucksteuerkammer mit einem Niederdruckraum bekannt. Das elektromagnetische Ventil umfasst ein Plattenbauteil und ein bewegliches Bauteil mit ebenen Kontakt- bzw. Dichtflächen. In zumindest einer Kontaktfläche ist ein nutförmiger Kraftstoffentlastungsdurchgang vorgesehen.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein schnell schaltendes Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor anzugeben, das wenigstens eine im Hinblick auf reduzierte Schaltkräfte und/oder geringe Hübe optimierte Abströmöffnung besitzt. Ferner soll ein Steuerventil mit einer erhöhten Lebensdauer bereit gestellt werden.
Zur Lösung der Aufgabe wird das Steuerventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Kraftstoffinjektor mit einem solchen Steuerventil angegeben.

Offenbarung der Erfindung

Das vorgeschlagene Steuerventil umfasst ein Ventilstück mit einer innerhalb eines als Flachsitz ausgebildeten Ventilsitzes ausgebildeten Abströmöffnung sowie ein mit dem Ventilsitz dichtend zusammenwirkendes hubbewegliches Ventilschließelement. Erfindungsgemäß ist die Abströmöffnung schlitzförmig ausgebildet und besitzt eine Länge L, die größer als eine Breite B der Abströmöffnung ist. Die Länge L entspricht dabei im Wesentlichen einem Durchmesser D oder einem Radius R einer Kreisfläche, innerhalb welcher die Abströmöffnung und wenigstens eine weitere mit der Abströmöffnung verbundene und/oder von der Abströmöffnung getrennte Abströmöffnung angeordnet sind.
Die schlitzförmige Abströmöffnung weist im Vergleich zu einer kreisförmigen Abströmöffnung den Vorteil auf, dass sie einen großen Abströmumfang bei zugleich kleiner Fläche besitzt. Über die schlitzförmige Abströmöffnung wird demnach - bei gleichem Abströmumfang - das Ventilschließelement mit einer geringeren hydraulischen Kraft beaufschlagt, so dass die Schaltkräfte reduziert werden können. Alternativ oder ergänzend kann der Hub des Ventilschließelementes verringert werden, da über den Abströmumfang weiterhin eine schnelle Entlastung des Steuerraums sichergestellt ist.
Ein ungünstiges Länge/Breite Verhältnis (L/B >> 1) der schlitzförmigen Abströmöffnung kann jedoch zu Spannungen im Ventilstück führen, die insbesondere an den Enden in Längsrichtung der Abströmöffnung auftreten (Kerbspannung). Zur Verminderung der Spannungen wird daher vorgeschlagen, innerhalb einer die schlitzförmige Abströmöffnung aufnehmenden Kreisfläche wenigstens eine weitere Abströmöffnung auszubilden. Die wenigstens eine weitere Abströmöffnung kann dabei mit der schlitzartigen Abströmöffnung verbunden oder als separate Abströmöffnung ausgebildet sein. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Maßnahme die Belastungen des Ventilstücks verringert werden. Dies wiederum führt zu einer Erhöhung der Lebensdauer des Steuerventils.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine weitere Abströmöffnung ebenfalls schlitzförmig und besitzt eine Längsachse A', die gegenüber einer Längsachse A der ersten schlitzförmigen Abströmöffnung geneigt ist. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind mehrere schlitzartige Abströmöffnungen kreuz- oder sternförmig angeordnet. Die Anordnung kann derart erfolgen, dass sich zwei oder mehr schlitzartige Abströmöffnungen schneiden.
Die festigkeitssteigernde Wirkung wird durch Vermeidung einer spannungserzeugenden Aufweitung der schlitzförmigen Abströmöffnungen erzielt, da in der Nähe von anderen druckbelasteten Schlitzen durch deren Aufweitung eine Stützwirkung am hochbelasteten Kerbradius erzielt wird. Die Wirkung ist bereits bei Anordnung einer weiteren schlitzartigen Abströmöffnung innerhalb der durch die erste Abströmöffnung vorgegebenen Kreisfläche nachweisbar.
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die wenigstens eine weitere Abströmöffnung an einem Ende der schlitzartigen Abströmöffnung innerhalb der Kreisfläche angeordnet ist. Die weitere endseitig angeordnete Abströmöffnung führt zu einer Vergrößerung des Kerbradius, so dass eine Spannungsentlastung erreicht wird.
Die an einem Ende der schlitzförmigen Abströmöffnung angeordnete weitere Abströmöffnung kann beispielsweise kreisförmig sein und einen Durchmesser d besitzen, der größer als die Breite B der schlitzartigen Abströmöffnung ist. Bei der Festlegung des Durchmessers d sollte jedoch beachtet werden, dass das Verhältnis Fläche/Abströmumfang nicht wesentlich verschlechtert wird, um die eingangs genannten Vorteile einer schlitzförmigen Abströmöffnung gegenüber einer kreisförmigen Abströmöffnung zu erhalten.
Alternativ kann die an einem Ende der schlitzförmigen Abströmöffnung angeordnete weitere Abströmöffnung schlitzförmig sein und einen bogenförmigen Verlauf besitzen. Auch durch diese Maßnahme wird eine Spannungsentlastung mittels einer Vergrößerung des Kerbradius erreicht. Zugleich weist die weitere Abströmöffnung eine optimierte Geometrie auf. Der bogenförmige Verlauf gewährleistet die Anordnung der weiteren schlitzförmigen Abströmöffnung innerhalb der angegebenen Kreisfläche. Der Effekt der Spannungsreduktion liegt hier im Besonderen in der Annäherung an die in Bezug auf Spannung ideale Kreisform mit Innendruck.
Als besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Vermeidung von Kerbspannungen erweist sich ein bogenförmiger Verlauf der weiteren Abströmöffnung, der gegenüber der Kreisform geringfügig nach innen versetzt ist. Bevorzugt folgt daher der bogenförmige Verlauf der weiteren Abströmöffnung der Form einer Ellipse mit zwei Halbachsen a, b, wobei die kürzere Halbachse a mit der Länge L der die Kreisfläche definierenden schlitzartigen Abströmöffnung zusammenfällt. Innerhalb der angenäherten Kreisform stellt sich damit ein näherungsweise hydrostatischer Spannungszustand ein, so dass Spannungen im Wesentlichen nur radial außen des bogenförmigen Verlaufs auftreten, wo sie aufgrund des großen Radius deutlich geringer sind.
Vorzugsweise ist die Halbachse a kleiner als ein Viertel der Länge L der schlitzartigen Abströmöffnung, an deren Ende sie angeordnet ist. Durch diese Maßnahme ist weiterhin eine ausreichende mechanische Festigkeit des Ventilstücks gewährleistet.
Weiterhin vorzugsweise beträgt das Halbachsenverhältnis a/b 0,8 bis 0,9. Dadurch ist sichergestellt, dass bei mehreren schlitzförmigen Abströmöffnungen, die jeweils an einem Ende einer schlitzförmigen radial verlaufenden Abströmöffnung angeordnet sind und einen bogenförmigen Verlauf aufweisen, eine ausreichende Stegbreite verbleibt, um die mechanische Festigkeit des Ventilstücks nicht zu gefährden.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der als Flachsitz ausgebildete Ventilsitz freigestellt ist und durch wenigstens einen Steg ausbildet wird, der einer Außenkontur einer Abströmöffnung folgt. Die Abströmöffnung wird demnach durch den Steg begrenzt. Durch die Freistellung kann das über die Abströmöffnungen austretende Fluid nahezu drucklos abströmen. Dadurch wird eine zusätzliche auf das Ventilschließelement wirkende Öffnungskraft vermieden. In Abhängigkeit von der jeweils gewählten Stegbreite wird zudem die Dichtfläche des Ventilsitzes reduziert, so dass eine verbesserte Dichtwirkung erzielt wird.
Da die Vorteile des angegebenen Steuerventils insbesondere bei Einsatz in einem Kraftstoffinjektor zum Tragen kommen, wird ferner ein Kraftstoffinjektor mit einem erfindungsgemäßen Steuerventil vorgeschlagen. Das Steuerventil dient vorzugsweise der Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel des Kraftstoffinjektors.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Figur 1: einen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor mit einem erfindungsgemäßen Steuerventil,
Figur 2: eine Draufsicht auf ein Ventilstück eines erfindungsgemäßen Steuerventils gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 3: eine Draufsicht auf ein Ventilstück eines erfindungsgemäßen Steuerventils gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 4: eine Draufsicht auf ein Ventilstück eines erfindungsgemäßen Steuerventils gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 5: eine Draufsicht auf ein Ventilstück eines erfindungsgemäßen Steuerventils gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 6: eine Draufsicht auf ein Ventilstück eines erfindungsgemäßen Steuerventils gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 7: eine Draufsicht auf ein Ventilstück eines erfindungsgemäßen Steuerventils gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 8: eine vergrößerte Darstellung der Geometrie der Abströmöffnungen der Ausführungsform der Figur 6,
Figur 9: eine weitere Draufsicht auf das Ventilstück der Figur 6 mit Darstellung der im Ventilstück auftretenden Spannungen,
Figur 10: eine perspektivische Schnittansicht des Ventilstücks der Figur 6,
Figur 11: einen Längsschnitt durch ein Ventilstück eines erfindungsgemäßen Steuerventils und
Figur 12: eine partielle Draufsicht auf ein Ventilstück eines erfindungsgemäßen Steuerventils.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Der in der Figur 1 dargestellte Kraftstoffinjektor weist einen Düsenkörper 25 und einen Haltekörper 26 auf, die mittels einer nicht dargestellten Spannmutter axial verspannt sind. Der Düsenkörper 25 und der Haltekörper 26 werden von einer Hochdruckbohrung 24 durchsetzt, in der eine Düsennadel 20 zum Freigeben oder Verschließen von Einspritzöffnungen 27 hubbeweglich aufgenommen ist. Die Hochdruckbohrung 24 ist über eine Zulaufleitung 28 mit einem Hochdruckspeicher 29 verbunden, über welchen der Hochdruckbohrung 24 unter hohem Druck stehender Kraftstoff zugeführt wird.
In axialer Richtung wird die Hochdruckbohrung 24 von einem in den Haltekörper 26 eingesetzten Ventilstück 1 eines Steuerventils zur Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel 20 begrenzt. Das Ventilstück 1 dichtet die Hochdruckbohrung 24 gegenüber einem Niederdruckraum 10 ab, der innerhalb eines Ventilkörpers 11 des Steuerventils ausgebildet ist. Über eine Bohrung 15 des Ventilkörpers 11, in welcher ein Ventilschließelement 4 des Steuerventils hubbeweglich aufgenommen ist, und einen Aufnahmeraum 19, in der ein mit einem Elektromagneten 13 zur Betätigung des Steuerventils zusammenwirkender Anker 12 angeordnet ist, ist der Niederdruckraum 10 mit einer Rücklaufleitung 30 verbunden.
Am Ventilstück 1 des Steuerventils ist eine Dichthülse 22 abgestützt, in der ein Ende der Düsennadel 20 in der Weise aufgenommen ist, dass ein Steuerraum 16 ausgebildet wird, der über eine Zulaufdrossel 18 mit der Hochdruckbohrung 24 verbunden ist. In Schließstellung des Steuerventils herrscht demnach im Steuerraum 16 ebenfalls Hochdruck, der eine auf eine Stirnfläche 21 der Düsennadel 20 in Schließrichtung wirkende Druckkraft ausübt. Ferner wird die Düsennadel 20 von der Federkraft einer Feder 23 in Schließrichtung beaufschlagt. Die Feder 23, die einerseits an der Düsennadel 20 und andererseits an der Dichthülse 22 abgestützt ist, dient der Rückstellung der Düsennadel 20 und hält zugleich die Dichthülse 22 in dichtender Anlage mit dem Ventilstück 1 des Steuerventils.
Über das Steuerventil ist eine Entlastung des Steuerraums 16 bewirkbar, so dass der auf die Stirnfläche 21 der Düsennadel 20 wirkende Schließdruck reduziert wird und die Düsennadel 20 aus ihrem Sitz abhebt. Die Düsennadel 20 gibt auf diese Weise die Einspritzöffnungen 27 frei. Die Entlastung des Steuerraums 16 wird durch Öffnen des Steuerventils bewirkt, so dass der Steuerraum 16 mit dem Niederdruckraum 10 verbunden ist.
Zum Öffnen des Steuerventils wird der Elektromagnet 13 bestromt. Über die Magnetkraft des Elektromagneten 13 wird der im Aufnahmeraum 19 angeordnete Anker 12, der mit dem Ventilschließelement 4 des Steuerventils fest verbunden ist, in Richtung des Elektromagneten 13 gezogen, so dass das Ventilschließelement 4 von einem im Ventilstück 1 ausgebildeten Ventilsitz 2 abhebt und eine Abströmöffnung 3 freigibt, über welche die zur Entlastung des Steuerraums 16 erforderliche Verbindung mit dem Niederdruckraum 10 hergestellt wird. Zum Schließen des Steuerventils wird die Bestromung des Elektromagneten 13 beendet. Der Anker 12 und das Ventilschließelement 4 werden dann über die Federkraft einer Feder 14 in ihre Ausgangslage zurück gestellt. In Schließstellung des Steuerventils wird der Steuerraum 16 über die Zulaufdrossel 18 erneut mit Kraftstoff befüllt, so dass der Druck im Steuerraum 16 wieder ansteigt.
Die Abströmöffnung 3 ist vorliegend schlitzförmig ausgebildet und dient zugleich als Ablaufdrossel 17. Sie liegt innerhalb des als Flachsitz ausgebildeten Ventilsitzes 2. Zum Verschließen der Abströmöffnung 3 weist das Ventilschließelement 4 eine kreisförmige Dichtfläche 8 auf, die entsprechend dem Ventilsitz 2 flach ausgebildet ist.
Neben der schlitzförmigen Abströmöffnung 3 ist erfindungsgemäß wenigstens eine weitere Abströmöffnung 6, 6' vorgesehen, die innerhalb einer Kreisfläche 5 ausgebildet ist, welche durch die schlitzförmige Abströmöffnung 3 definiert ist und somit ebenfalls innerhalb der Dichtfläche 8 des Ventilsschließelements 4 zu liegen kommt. Durch die wenigstens eine weitere Abströmöffnung 6, 6' werden Spannungen im Ventilstück 1 entgegen gewirkt, so dass die Belastbarkeit des Ventilstücks 1 steigt. Nachfolgend werden bevorzugte Ausgestaltungen der weiteren Abströmöffnungen 6, 6' jeweils in Kombination mit einer schlitzförmigen Abströmöffnung 3 aufgezeigt.
Eine erste bevorzugte Ausgestaltung ist in der Figur 2 dargestellt. Sie zeigt ein in den Kraftstoffinjektor gemäß der Figur 1 einsetzbares Ventilstück 1 eines erfindungsgemäßen Steuerventils in der Draufsicht. Die weitere Abströmöffnung 6 ist hier ebenfalls schlitzförmig ausgebildet und bildet mit der Abströmöffnung 3 ein Kreuz aus, das innerhalb der Kreisfläche 5 zu liegen kommt, welche durch die Länge L der Abströmöffnung 3 definiert ist. Denn die Länge L entspricht dem Durchmesser D der Kreisfläche 5. Die Längsachsen A und A' der beiden schlitzförmigen Abströmöffnungen 3, 6 liegen orthogonal zueinander, so dass sich die beiden Abströmöffnungen 3, 6 jeweils in der Mitte schneiden.
Eine Abwandlung der Ausgestaltung der Figur 2 ist in der Figur 3 dargestellt. Hier ist jeweils an den Enden der beiden schlitzförmigen Abströmöffnungen 3, 6 eine kreisförmige Abströmöffnung 6 angeordnet, deren Durchmesser d größer als die Breite B der schlitzförmigen Abströmöffnungen 3, 6 gewählt ist. Die kreisförmigen Abströmöffnungen 6 bewirken eine Entlastung des Ventilstücks 1, da Kerbspannungen entgegen gewirkt wird.
Weitere Abwandlungen der Ausgestaltungen der Figuren 2 und 3 sind möglich, wenn - wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt - mehrere schlitzförmige Abströmöffnungen 3, 6 6' sternförmig angeordnet werden. Dabei können die sternförmig angeordneten schlitzförmigen Abströmöffnungen 3, 6, 6' über einen Verschneidungsbereich verbunden oder gegenüber einer Mitte der Kreisfläche 5 beabstandet angeordnet sein, so dass es zu keiner Verschneidung kommt. Hieraus ergibt sich eine Vielzahl möglicher Ausgestaltungen, die vorliegend nicht alle dargestellt werden können. Ferner kann die Anzahl der schlitzförmigen Abströmöffnungen 3, 6, 6' variiert werden und/oder es können kreisförmige Abströmöffnungen 6 an den jeweiligen Enden der schlitzförmigen Abströmöffnungen 3, 6, 6' entsprechend der Ausführungsform der Figur 3 vorgesehen werden.
Eine weitere, besonders bevorzugte Ausgestaltung ist in der Figur 6 dargestellt. Hier wird die schlitzförmige Abströmöffnung 3 mit jeweils endseitig angeordneten C-förmigen Abströmöffnungen 6 kombiniert. Die C-förmigen Abströmöffnungen 6 bilden ebenfalls Schlitze aus, die zudem bogenförmig verlaufen. Die Bogenform folgt dabei der Form einer Ellipse, welche durch die Halbachsen a, b definiert ist (siehe Figur 8). Die kürzere Halbachse a fällt mit der Länge L der schlitzförmigen Abströmöffnung 3 zusammen, wobei a kleiner als ein Viertel der Länge L ist. Das Verhältnis der Halbachsen a/b beträgt vorliegend 0,8. Dies hat zur Folge, dass der bogenförmige Verlauf der C-förmigen Abströmöffnungen 6 gegenüber einer die Kreisfläche 5 begrenzenden Kreislinie nach innen versetzt ist. Diese Maßnahme wirkt sich festigkeitssteigernd aus, denn Spannungen treten im Wesentlichen an der Außenseite der C-förmigen Abströmöffnungen 6 auf und somit an den großen Radien, die bezüglich Spannungen weniger kritisch sind (siehe Figur 9).
Eine Abwandlung der Ausgestaltung der Figur 6 ist in der Figur 7 dargestellt. Die Länge L der schlitzförmigen Abströmöffnung 3 entspricht hier dem Radius R der Kreisfläche 5. Jeweils im gleichen Winkelabstand zueinander sind zwei weitere schlitzförmige Abströmöffnungen 6 angeordnet, so dass die Abströmöffnungen 3, 6 eine Sternform ergeben. Jede der Abströmöffnungen 3, 6 weist an ihrem Ende eine C-förmige Abströmöffnung 6 zur Entlastung des Ventilstücks 1 auf. Die Enden der C-förmigen Abströmöffnungen 6 sind gegenüber der die Kreisfläche 5 begrenzenden Kreislinie nach innen um das Maß i versetzt, um die Festigkeit des Ventilstücks 1 zu erhöhen. Ferner verbleiben zwischen den schlitzförmigen Abströmöffnungen 3, 6 Materialstege, die im Bereich zwischen den Enden der C-förmigen Abströmöffnungen 6 das Maß ii und in radialer Richtung das Maß iii aufweisen. Die Materialstege sind damit derart bemessen, dass das Ventilstück 1 eine ausreichende Festigkeit besitzt.
In der Figur 10 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung des Ventilsitzes 2 dargestellt, der mit allen vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen der Abströmöffnungen 3, 6, 6' kombinierbar ist, gleichwohl sich die Darstellung auf eine Ausgestaltung gemäß der Figur 6 bezieht. Der Ventilsitz 2 wird hier durch Stege 7 gebildet, welche die Abströmöffnungen 3, 6, 6' begrenzen. Die Stege 7 folgen somit den Außenkonturen der Abströmöffnungen 3, 6, 6'. Die Stege 7 sind über einen abgesenkten Bereich 9 des Ventilstücks 1 freigestellt. Über den abgesenkten Bereich 9 kann der über die Abströmöffnungen 3, 6, 6' austretende Kraftstoff nahezu druckfrei abströmen. Hierzu ist die Fläche des abgesenkten Bereichs 9 größer als eine mit dem Ventilsitz 2 zusammenwirkende Dichtfläche 8 eines Ventilschließelementes 4 gewählt (in der Figur 10 nicht dargestellt).
Die Wirkung der Freistellung des Ventilsitzes 2 wird anhand der Figuren 11 und 12 näher erläutert. Der Ventilsitz 2, der durch Stege 7 ausgebildet wird, weist eine die Abströmöffnung 3 begrenzende Stegfläche mit einer Stegbreite s auf. Hieran schließt sich der abgesenkte Bereich 9 des Ventilstücks 1 an, wodurch die Stege 7 freigestellt werden. Der über den Abströmumfang der Abströmöffnung 3 austretende Kraftstoff (siehe Pfeile 31 in der Figur 11), kann über den abgesenkten Bereich 9 weitgehend druckfrei abströmen. Die Dichtfläche 8 des Ventilschließelements 4 wird demzufolge nicht mit einer zusätzlichen in Öffnungsrichtung wirkenden Druckkraft beaufschlagt, wenn es mit einem reduzierten Hub h vom Ventilsitz 2, 7 abhebt. Die zum Schließen des Steuerventils erforderliche Schließkraft F kann demnach verringert werden.
In der Figur 12 sind die im Bereich des Ventilsitzes 2 anliegenden Drücke dargestellt. Im Strömungsquerschnitt der Abströmöffnungen 3, 6 herrscht der Druck p1 vor. Im Bereich des Steges 7 fällt der Druck von p1 auf p3, wobei im Mittel der Druck p2 herrscht (p2 = (p1 + p3)/2). Außerhalb des abgesenkten Bereichs 9 herrscht ein Druck p4, der gleich dem im Niederdruckraum 10 herrschenden Druck ist. Die Absenkung im Bereich 9 stellt sicher, dass der Druck p3 annähend dem Druck p4 entspricht.

Claims

Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Common-Rail-Kraftstoffinjektor, umfassend ein Ventilstück (1) mit einer innerhalb eines als Flachsitz ausgebildeten Ventilsitzes (2) ausgebildeten Abströmöffnung (3) sowie ein mit dem Ventilsitz (2) dichtend zusammenwirkendes hubbewegliches Ventilschließelement (4),
dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmöffnung (3) schlitzförmig ausgebildet ist und eine Länge (L) besitzt, die größer als eine Breite (B) der Abströmöffnung (3) ist, wobei die Länge (L) im Wesentlichen einem Durchmesser (D) oder einem Radius (R) einer Kreisfläche (5) entspricht, innerhalb welcher die Abströmöffnung (3) und wenigstens eine weitere mit der Abströmöffnung (3) verbundene und/oder von der Abströmöffnung (3) getrennte Abströmöffnung (6, 6') angeordnet sind.
Steuerventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine weitere Abströmöffnung (6, 6') schlitzförmig ist und eine Längsachse (A') besitzt, die gegenüber einer Längsachse (A) der Abströmöffnung (3) geneigt ist.
Steuerventil nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die schlitzartigen Abströmöffnungen (3, 6, 6') kreuz- oder sternförmig angeordnet sind.
Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine weitere Abströmöffnung (6) an einem Ende der schlitzartigen Abströmöffnung (3) angeordnet ist.
Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine weitere Abströmöffnung (6) kreisförmig ist und einen Durchmesser (d) besitzt, der größer als die Breite (B) der schlitzartigen Abströmöffnung (3) ist.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine weitere Abströmöffnung (6) schlitzförmig ist und einen bogenförmigen Verlauf besitzt.
Steuerventil nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der bogenförmige Verlauf der weiteren Abströmöffnung (6) der Form einer Ellipse mit zwei Halbachsen (a, b) folgt, wobei die kürzere Halbachse (a) mit der Länge (L) der schlitzartigen Abströmöffnung (3) zusammenfällt.
Steuerventil nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Halbachse (a) kleiner als ein Viertel der Länge (L) der schlitzartigen Abströmöffnung (3) ist.
Steuerventil nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass das Halbachsenverhältnis (a/b) 0,8 bis 0,9 beträgt.
Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der als Flachsitz ausgebildete Ventilsitz (2) freigestellt ist und durch wenigstens einen Steg (7) ausgebildet wird, der einer Außenkontur einer Abströmöffnung (3, 6, 6') folgt.
Kraftstoffinjektor mit einem Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche.