DE10024854A1

DE10024854A1 - Controls for high pressure hydraulic systems

Info

Publication number: DE10024854A1
Application number: DE2000124854
Authority: DE
Inventors: Andreas Fath; Peter Hubl; Wolfgang Bloching; Wendelin Kluegl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2001-11-22
Anticipated expiration: 2020-05-20
Also published as: EP1156209A3; EP1156209A2; DE10024854C2

Abstract

Die Erfindung betrifft Steuerelemente für Hochdruckhydraulikanlagen, insbesondere Ventilnadeln und Ventilsteuerkolben von Injektoren für Common-Rail-Einspritzsysteme, mit stationären und bewegbaren Führungsflächen, zwischen denen ein Dichtspalt vorgesehen ist. DOLLAR A Die Leckage zwischen den Führungsflächen wird dadurch minimiert, dass vorzugsweise die bewegbaren Führungsflächen eine die Strömung im Dichtspalt beeinflussende Strukturierung aufweisen.The invention relates to control elements for high-pressure hydraulic systems, in particular valve needles and valve control pistons of injectors for common rail injection systems, with stationary and movable guide surfaces, between which a sealing gap is provided. DOLLAR A The leakage between the guide surfaces is minimized in that the movable guide surfaces preferably have a structuring which influences the flow in the sealing gap.

Description

Die Erfindung betrifft Steuerelemente für Hochdruckhydraulik anlagen, insbesondere nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1.The invention relates to controls for high pressure hydraulics plants, especially according to the preamble of the patent saying 1.

Bei Common-Rail-Einspritzsystemen liegt im Gegensatz zu kon ventionellen Einspritzsystemen ein quasi stationärer, hoher Druck am Injektor an, der dem Spitzendruck konventioneller Einspritzsysteme entspricht. Erschwerend kommt hinzu, dass beim Injektor der Common-Rail-Einspritzsysteme zusätzlich zur Ventilnadel des Einspritzventils ein Ventilsteuerkolben zur Steuerung der Ventilnadel hinzu kommt, die beide durch eine Spaltdichtung gegenüber einem Leckageraum abgedichtet sind. Konstanter hoher Druck auf die doppelte Anzahl von Spaltdichtungen haben hohe Leckagemengen zur Folge, die sich negativ auf den Gesamtwirkungsgrad des Common-Rail-Einspritzsystems auswirken. Bisher wird diese Leckage durch ein möglichst kleines Führungsspiel von 1,5 bis 2,5 µm zwischen Ventilnadel und Ventilkörper bzw. Ventilsteuerkolben und Injektorkörper und durch eine möglichst große Führungslänge (< 10 mm) der Führung von Ventilnadel und Ventilsteuerkolben bekämpft. Das Führungsspiel ist jedoch durch Fertigungsgrenzen und durch Erfordernisse der Schmierung und die Führungslänge durch die Abmessungen des Injektors begrenzt.In contrast to con conventional injection systems a quasi stationary, high one Pressure at the injector is more conventional than the peak pressure Injection systems corresponds. To make matters worse, in addition to the common rail injection system injector Valve needle of the injection valve for a valve control piston Control of the valve needle is added, both by one Gap seal are sealed against a leakage space. Constant high pressure on twice the number of gap seals result in large amounts of leakage, which can be negative on the overall efficiency of the common rail injection system impact. So far, this leakage is caused by a small guide play of 1.5 to 2.5 µm between valve needle and valve body or valve control piston and injector body and with the longest possible guide length (<10 mm) Control of valve needle and valve control piston fought. The Leadership game is however through manufacturing limits and through Lubrication requirements and the guide length through the Limited dimensions of the injector.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leckage des In jektors eines Common-Rail-Einspritzsystems zu minimieren.The invention has for its object the leakage of the In to minimize the ejectors of a common rail injection system.

Die Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Die Strukturierung, die aus Ferti gungsgründen in erster Linie auf die bewegten Führungsflächen appliziert wird, bewirkt eine turbulente Strömung im Dicht spalt, die einen verstärkten Druckabfall in demselben und da mit eine verringerte Leckage zur Folge hat. Zusätzlich wird durch die Strukturierung die Strömungslänge, die der Leckage strom durchströmen muss, deutlich erhöht. Auf diese Weise wird die effektive Spaltlänge größer als die Führungslänge, so dass die Leckage reduziert ist.The task is solved by the characteristic features of the patent claim 1. The structuring from Ferti reasons primarily on the moving guide surfaces is applied, causes a turbulent flow in the seal gap that has an increased pressure drop in the same and there with reduced leakage. In addition, by structuring the flow length, that of the leak current must flow through, significantly increased. In this way the effective gap length becomes larger than the guide length, so that the leakage is reduced.

Wenn als Strukturierung parallele Umfangsnuten vorgesehen sind, bilden sich durch die im Dichtspalt vorhandene, axiale Strömung innerhalb der Umfangsnuten kräftige Wirbel, die die Energie der Spaltströmung vermindern und den erwünschten Druckabfall bewirken.If parallel circumferential grooves are provided as structuring are formed by the axial in the sealing gap Flow within the circumferential grooves strong vortices that the Reduce the energy of the gap flow and the desired Cause pressure drop.

Dieser Effekt tritt besonders dann ein, wenn die Strukturie rung als flachgängiges Gewinde ausgebildet ist. Dann wird die axiale Strömung des Dichtspalts durch eine umfangsgerichtete Strömung des Gewindes überlagert und die Turbulenzen und so mit der Druckabfall im Dichtspalt vergrößert. Dabei ist der lokale Druckabfall im Gewindegang selbst relativ gering, er wird jedoch durch die große Länge des Gewindegangs ausgegli chen. Weiterhin folgt ein Großteil der Strömung dem Gewinde, so dass die Strömungsstrecke im Dichtspalt verlängert ist.This effect occurs especially when the structure tion is designed as a flat thread. Then the axial flow of the sealing gap through a circumferential Flow of the thread superimposed and the turbulence and such with the pressure drop in the sealing gap increased. Here is the local pressure drop in the thread itself relatively low, he is compensated for by the large length of the thread chen. Furthermore, a large part of the flow follows the thread, so that the flow path in the sealing gap is extended.

Ein weiterer Vorteil des flachgängigen Gewindes ist seine einfache Fertigung.Another advantage of the flat thread is its simple manufacturing.

Durch die Ausdehnung der Strukturierung auf die gesamte Füh rungslänge wird der oben beschriebene Effekt maximal genutzt.By extending the structuring to the entire length, the effect described above is used to the maximum.

Von Vorteil ist auch, dass zumindest die bewegten Führungs flächen eine Kohlenstoffbeschichtung aufweisen, mit deren se lektiver Aufbringung zugleich die Strukturierung der bewegten Führungsflächen erfolgt. Die Kohlenstoffschicht vermindert Reibung und Verschleiß der aufeinandergleitenden Führungsflä chen. Durch entsprechende Masken kann der Kohlenstoff gezielt auf die Führungsflächen aufgebracht werden. Die nicht be schichteten Flächen bilden dann die gewünschte Struktur, die ohne Mehraufwand auf den Führungsflächen abgebildet wird.It is also advantageous that at least the moving guide surfaces have a carbon coating, with the se the structuring of the moving Guide surfaces are carried out. The carbon layer diminishes Friction and wear of the sliding guide surface chen. The carbon can be targeted using appropriate masks be applied to the guide surfaces. The not be layered surfaces then form the desired structure is mapped on the guide surfaces without additional effort.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung bei spielhaft erläutert.In the following, the invention is illustrated by the drawing explained in a playful way.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Ventilnadel mit einer strukturierten Führungsflä che; Fig. 1 is a valve needle surface with a structured Führungsflä;

Fig. 1A einen vergrößerten Ausschnitt Y aus der Führungsflä che von Fig. 1. Fig. 1A shows an enlarged detail Y from the Führungsflä che FIG. 1.

Die Fig. 1 zeigt eine Ventilnadel 1 mit einer Nadelführung 2 und einem Nadelsitz 3. Die Nadelführung 2 weist eine Füh rungsfläche 4 mit einer Strukturierung auf. Die Ventilnadel 1 ist von einer zweiten, unbeweglichen Führungsfläche 8 ge führt, die am Gehäuse des Einspritzventils ausgebildet ist. Fig. 1 shows a needle 1 with a needle valve guide 2 and a needle seat 3. The needle guide 2 has a guide surface 4 with a structuring. The valve needle 1 is from a second immovable guide surface 8 leads GE, which is formed on the housing of the injection valve.

Aus Fig. 1A, die einen vergrößerten Ausschnitt Y aus der Füh rungsfläche 4 darstellt, ist ersichtlich, dass es sich bei der Strukturierung um ein flachgängiges Gewinde 5 handelt. Dieses erstreckt sich über die gesamte Länge der Führungsflä che 4.Is shown in FIG. 1A, the surface approximately an enlarged section Y of the Füh 4, it is seen that it is in structuring a flat course thread 5. This extends over the entire length of the guide surface 4 .

Die erfindungsgemäße Strukturierung wirkt folgendermaßen:
Der auf eine Schulter 6 der Ventilnadel 1 wirkende Kraft stoffdruck verursacht im Dichtspalt eine axiale Leckölströ mung entlang der Nadelführung 2. Diese trifft in den Gängen des flachgängigen Gewindes 5 auf eine umfangsgerichtete Quer strömung. Die dabei auftretende turbulente Strömung führt zu einem erhöhten Druckabfall im Dichtspalt und dadurch zu einer verringerten Leckölströmung.The structuring according to the invention works as follows:
The fuel pressure acting on a shoulder 6 of the valve needle 1 causes an axial leakage oil flow along the needle guide 2 in the sealing gap. This meets in the gears of the flat thread 5 on a circumferential cross flow. The resulting turbulent flow leads to an increased pressure drop in the sealing gap and thus to a reduced leakage oil flow.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist mindestens teil weise eine Führungsfläche eine Beschichtung auf, die bei spielsweise die Reibung und/oder den Abrieb reduziert. Vor zugsweise ist die Strukturierung mindestens teilweise aus der Beschichtung aufgebaut. In an advantageous embodiment, at least partially have a guide surface a coating that at for example, reduces friction and / or abrasion. Before preferably the structure is at least partially from the Coating built up.

In einer Ausführungsform sind beispielsweise nur die Stege zwischen den Nuten aus der Beschichtung gefertigt. Jedoch kann auch die gesamte Führungsfläche 4, 8 mit der Beschich tung bedeckt sein. Als Beschichtung wird beispielsweise ein Material verwendet, das mindestens teilweise aus Kohlenstoff besteht.In one embodiment, for example, only the webs between the grooves are made from the coating. However, the entire guide surface 4 , 8 can be covered with the coating device. For example, a material that is at least partially made of carbon is used as the coating.

Vorzugsweise ist die Führungsfläche 4 mit einer Kohlenstoff schicht 7 beschichtet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Strukturierung als Kohlenstoffschicht ausgebildet, so dass die Strukturierung beim Aufbringen der Kohlenstoff schicht auf die Führungsfläche 4 aufgebracht ist.The guide surface 4 is preferably coated with a carbon layer 7 . In a preferred embodiment, the structuring is designed as a carbon layer, so that the structuring is applied to the guide surface 4 when the carbon layer is applied.

Die Strukturierung mit der Kohlenstoffschicht kann auch auf der unbeweglichen Führungsfläche 8 aufgebracht sein, die der beweglichen Führungsfläche 4 zugeordnet ist.The structuring with the carbon layer can also be applied to the immovable guide surface 8 which is assigned to the movable guide surface 4 .

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Strukturierun gen auf der beweglichen und der unbeweglichen Führungsfläche 4, 8 ausgebildet.In a preferred embodiment, the structuring is formed on the movable and the immovable guide surface 4 , 8 .

In einer einfachen Ausführungsform kann die Strukturierung auch in Form von Ausnehmungen beliebiger Fläche und/oder Tiefe und Anzahl ausgebildet sein. Die Strukturierung hat nur die Aufgabe zu erfüllen, dass ein Leckagestrom, der zwischen der ersten und zweiten Führungsfläche 4, 8 entlangströmt eine längeren Strömungsweg und/oder einen turbulenteren Strömungs weg als bei planen Führungsflächen zurücklegen muss.In a simple embodiment, the structuring can also be in the form of recesses of any surface and / or depth and number. The structuring only has to fulfill the task that a leakage flow that flows between the first and second guide surfaces 4 , 8 has to cover a longer flow path and / or a more turbulent flow path than with flat guide surfaces.

Claims

1. Control elements for high-pressure hydraulic systems, in particular valve needles and valve control pistons of injectors for common rail injection systems, with a stationary and movable, preferably circular cylindrical guide or guide surface, between which a sealing gap is provided, characterized in that vorzugwei se the movable guide surface ( 4 ) has a structure ( 5 ).

2. Control elements according to claim 1, characterized in that parallel circumferential grooves are provided as structuring hen are.

3. Control elements according to claim 1, characterized in that the structuring is designed as a flat thread ( 5 ).

4. Control elements according to claim 3, characterized in that the structuring preferably extends over the entire length of the ge guide surface ( 4 ).

5. Control elements according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least the moving guide surface ( 4 ) has a coating, wherein the structure is at least partially brought up from the coating.

6. Control elements according to claim 5, characterized in that the coating has carbon.

7. Control elements according to claim 1, characterized in that the structuring is in the form of recesses forms is.