DE10255328A1

DE10255328A1 - Valve device, especially for combustion engine fuel injection system, has valve body with two at least approximately spherical elements, each facing at least approximately spherical valve seat region

Info

Publication number: DE10255328A1
Application number: DE2002155328
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Stoecklein; Dietmar Schmieder; Thomas Koeppel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2004-06-17

Abstract

The device (1) has a multi-part valve body (8) movably arranged between two valve seats (9,10) at an axial distance apart. The valve body consists of two at least approximately spherical section-shaped valve elements (8A,8B), each facing an at least approximately spherical region of a valve seat and with a flat surface (12,13) in a contact region (11) between the valve elements.

Description

Stand der TechnikState of technology

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung, insbesondere für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.The invention relates to a valve device, in particular for a Fuel injection system of an internal combustion engine, according to which The preamble of patent claim 1 is a more precisely defined type.

Aus der DE 196 24 001 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der ein Ventilkörper zweiteilig ausgeführt ist. Der Ventilkörper bzw. ein erstes Ventilglied des Ventilkörpers weist einen Kopf auf, der eine erste Dichtfläche trägt und der auf einer dieser Dichtfläche abgewandten Seite eine Führungsfläche hat, an der ein mit dem ersten Ventilglied hydraulisch gekoppeltes zweites Ventilglied geführt wird. Das zweite Ventilglied ist als Kugel ausgeführt, die mit einem kugelför migen, vorzugsweise aber mit einem kegelförmigen zweiten Ventilsitz zusammenwirkt.From the DE 196 24 001 A1 a fuel injection device for internal combustion engines is known in which a valve body is made in two parts. The valve body or a first valve member of the valve body has a head which carries a first sealing surface and which on a side facing away from this sealing surface has a guide surface on which a second valve member hydraulically coupled to the first valve member is guided. The second valve member is designed as a ball which interacts with a kugelför shaped, but preferably with a conical second valve seat.

Liegt das erste Ventilglied am ersten Ventilsitz an, wird die Kugel durch einen Druck in einem Steuerraum in Anlage an dem ersten Ventilglied gehalten. Bei Betätigung des ersten Ventilgliedes wird der Ventilkörper in Richtung des zweiten Ventilsitzes geführt und liegt an diesem dichtend an. Die Kugel bzw. das zweite Ventilglied ist als ein kostengünstiges Normteil ausgeführt, mit dem eine dichte Passung an dem zweiten Ventilsitz erzielbar ist.Is the first valve member on the first Valve seat on, the ball is pressed by a control room held in contact with the first valve member. When pressing the First valve member, the valve body in the direction of the second Valve seat guided and is sealing against this. The ball or the second valve member is considered an inexpensive Standard part executed, with which a tight fit can be achieved on the second valve seat is.

Nachteilig dabei ist jedoch, daß die Führungsfläche des ersten Ventilgliedes für das zweite Ventilglied zur Reduzierung einer hertzschen Pressung konkav ausgeführt ist, so daß ein durch Fertigungstoleranzen bedingter radialer Versatz der beiden Kegelsitze nicht in gewünschter Art und Weise ausgeglichen werden kann. Der radiale Versatz zwischen den beiden Ventilsitzen bewirkt beim Aufsetzen der Kugel auf dem zweiten Ventilsitz eine Bewegung der Kugel gegenüber dem ersten Ventilglied, welche eine radiale Reibung zwischen dem ersten Ventilglied und der Kugel bewirkt, die wiederum eine Geschwindigkeit der Kugel bei Schaltvorgängen in Schließrichtung nachteilig beeinflußt bzw. verlangsamt.The disadvantage, however, is that the guide surface of the first valve member for the second valve member to reduce Hertzian pressure concave is so that a radial offset of the two due to manufacturing tolerances Tapered seats not in the desired Way can be balanced. The radial offset between the two valve seats causes when the ball is placed on the second valve seat movement of the ball relative to the first valve member, which radial friction between the first valve member and the ball causes, in turn, a speed of the ball during switching operations in the closing direction adversely affected or slowed down.

Um einen radialen Versatz der beiden Ventilsitze möglichst gering zu halten und eine Relativbewegung zwischen den Ventilgliedern eines zweiteilig ausgeführten Ventilkörpers quer zur Schließrichtung des Ventilkörpers zu verringern bzw. ganz zu vermeiden, ist es erforderlich, ein Ventil stück radial sehr genau zu einer Zwischenscheibe eines Ventiles auszurichten, was jedoch technisch sehr aufwendig ist und zu einer unerwünschten Erhöhung der Herstellkosten führt.A radial offset of the two Valve seats if possible to keep low and a relative movement between the valve members a two-part version valve body transverse to the closing direction of the valve body to reduce or avoid entirely, it is necessary to piece a valve radially to align very precisely to a washer of a valve, which, however, is technically very complex and undesirable increase of manufacturing costs.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Die Ventileinrichtung nach der Erfindung bietet demgegenüber den Vorteil, daß ein fertigungsbedingter radialer Versatz zweier axial beabstandet zueinander angeordneter Ventilsitze, die von einem zweiteilig ausgeführten Ventilkörper wechselseitig abgedichtet werden, durch eine radiale, d.h. vorzugsweise im wesentlichen quer zur Schließrichtung des Ventilkörpers verlaufende Bewegung zwischen zwei Ventilgliedern in einem Anlagebereich der kugelabschnittsförmig ausgebildeten Ventilglieder bei der Montage der Ventileinrichtung einmalig ausgeglichen wird.The valve device according to the invention offers in contrast the advantage that a Manufacturing-related radial offset of two axially spaced apart arranged valve seats, which are mutually sealed by a two-part valve body by a radial, i.e. preferably substantially across to the closing direction of the valve body running movement between two valve members in a system area the spherical segment shape trained valve members during assembly of the valve device is compensated once.

Damit wird bei späteren Schaltvorgängen der Ventileinrichtung eine die Funktion der Ventileinrichtung beeinträchtigende Relativbewegung zwischen den beiden Ventilgliedern des Ventilkörpers, die bei einem radialen Versatz der Ventilsitze zueinander ohne Ausgleich auftreten würde, vorteilhafterweise vermieden.This will make the Valve device which interferes with the function of the valve device Relative movement between the two valve members of the valve body, the with a radial offset of the valve seats to each other without compensation would occur advantageously avoided.

Des weiteren ist von Vorteil, daß durch den bei der Montage der Ventileinrichtung selbsttätig auftretenden Ausgleich eines radialen Versatzes zwischen den beiden Ventilsitzen größere Toleranzen einer radialen Zentrierung z. B. mittels Zentrierstiften, zwischen einem Ventilstück und einer Zwi schenscheibe, an denen jeweils einer der Ventilsitze ausgebildet ist, zulässig sind. Dadurch werden die Herstellkosten einer Ventileinrichtung vorteilhafterweise reduziert.Another advantage is that by those that occur automatically when the valve device is installed Compensation for a radial offset between the two valve seats larger tolerances radial centering z. B. by means of centering pins, between a valve piece and an intermediate disc, on each of which one of the valve seats trained, permitted are. As a result, the manufacturing costs of a valve device advantageously reduced.

Des weiteren vereinfacht sich eine Montage einer Ventileinrichtung, und die im Stand der Technik auftretende Reibung zwischen einem den Ventilkörper betätigenden Betätigungselement und einem an dem Betätigungselement anliegenden Ventilglied des mehrteiligen Ventilkörpers entfällt.Furthermore, one is simplified Assembly of a valve device, and that occurring in the prior art Friction between an actuating element actuating the valve body and one on the actuator adjacent valve member of the multi-part valve body is omitted.

Zusätzlich unterbleibt eine Reduzierung der Stellgeschwindigkeit des Ventilkörpers bzw. der Ventilglieder, da ein radiales Ausrichten eines Ventilgliedes gegenüber dem jeweils anderen Ventilglied bei jedem einzelnen Schaltvorgang vorteilhafterweise entfällt.There is also no reduction the actuating speed of the valve body or the valve members, since a radial alignment of a valve member relative to the each other valve member advantageously omitted in each individual switching operation.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.Other advantages and beneficial Embodiments of the object according to the invention are the description, the drawing and the patent claims.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend anhand der Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the valve device according to the invention is shown in the drawing and is described below using the Description closer explained.

Die einzige Figur der Zeichnung stellt dabei schematisch einen Ausschnitt aus einem Injektormodul eines Kraftstoff-Speichereinspritzsystems dar, wobei schematisch eine Doppelsitz-Steuerventilanordnung wiedergegeben ist.The only figure in the drawing represents schematically a section of an injector module Fuel storage injection system represents, schematically shown a double seat control valve assembly is.

Beschreibung des Ausführungsbeispielsdescription of the embodiment

Bezug nehmend auf 1 ist eine doppelsitzige Ventileinrichtung bzw. Steuerventilanordnung 1 mit an sich bekannter Funktionsweise dargestellt, die in ein Injektormodul eines Diesel-Speichereinspritzsystems, welches auch als Common-Rail-Einspritzsystem bekannt ist, für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges eingebaut ist. Dieses Injektormodul weist in an sich bekannter Weise eine in einen Zylinderbrennraum der Brennkraftmaschine ragende, hier nicht näher dargestellte Einspritzdüse sowie eine die Einspritzdüse abhängig vom Druck in einer Steuerkammer 2 öffnende und schließende, hier nur zu einem kleinen Teil angedeutete Düsennadel 3 auf.Referring to 1 is a double seat valve device or control valve arrangement 1 shown with a function known per se, which is installed in an injector module of a diesel accumulator injection system, which is also known as a common rail injection system, for an internal combustion engine of a motor vehicle. This injector module has, in a manner known per se, an injection nozzle, not shown here, projecting into a cylinder combustion chamber of the internal combustion engine, and an injection nozzle depending on the pressure in a control chamber 2 opening and closing, only a small part of the nozzle needle shown here 3 on.

Die Steuerkammer 2 ist unter anderem von einer Zwischenscheibe 4 begrenzt, welche von einem auch Ablaufdrossel genannten Kanal 5 durchdrungen ist. Der Kanal 5 mündet auf der der Steuerkammer 2 abgewandten Seite der Zwischenscheibe 4 in einen Raum 6, der von der Zwischenscheibe 4 und einem Ventilstück 7 begrenzt ist. In dem Raum 6 ist ein Ventilkörper 8 angeordnet, der zwischen zwei in axialer Richtung beabstandet zueinander angeordneten Ventilsitzen 9, 10 beweglich angeordnet ist.The tax chamber 2 is among other things from a washer 4 limited by a channel also called a flow restrictor 5 is permeated. The channel 5 flows into that of the tax chamber 2 opposite side of the washer 4 into a room 6 from the washer 4 and a valve piece 7 is limited. In the room 6 is a valve body 8th arranged, the between two axially spaced valve seats 9 . 10 is arranged movably.

Der erste Ventilsitz 9 ist an dem Ventilstück 7 ausgebildet, während der zweite Ventilsitz 10 an der Zwischenscheibe 4 ausgeführt ist. Der Ventilkörper 8 ist mehrteilig ausgeführt und besteht aus zwei kugelabschnittsförmig ausge bildeten Ventilgliedern 8A, 8B, welche jeweils mit einem sphärisch ausgebildeten Bereich einem ersten Ventilsitz 9 bzw. einem zweiten Ventilsitz 10 zugewandt sind. In einem Anlagebereich 11 der beiden Ventilglieder 8A, 8B zueinander sind die beiden Ventilglieder 8A, 8B jeweils mit einer Planfläche 12, 13 ausgeführt, wobei das zweite Ventilglied 8B bei geschlossenem ersten Ventilsitz 9 hydraulisch an das erste Ventil 8A gekoppelt bzw. gedrückt ist, wodurch eine spielfreie Anlage der beiden Ventilglieder 8A, 8B aneinander gewährleistet ist.The first valve seat 9 is on the valve piece 7 trained while the second valve seat 10 on the washer 4 is executed. The valve body 8th is made in several parts and consists of two spherical section-shaped valve members 8A . 8B , each of which has a spherically formed area, a first valve seat 9 or a second valve seat 10 are facing. In an investment area 11 of the two valve members 8A . 8B to each other are the two valve members 8A . 8B each with a flat surface 12 . 13 executed, the second valve member 8B when the first valve seat is closed 9 hydraulically to the first valve 8A is coupled or pressed, whereby a play-free contact of the two valve members 8A . 8B is guaranteed to each other.

Um den Ventilkörper 8 bzw. das erste Ventilglied 8A aus der in der Figur dargestellten Position, in welcher der Ventilkörper 8 an dem ersten Ventilsitz 9 dichtend anliegt, in Richtung des zweiten Ventilsitzes 10 zu bewegen und dabei von dem ersten Ventilsitz 9 abzuheben und das zweite Ventilglied 8B gegen den zweiten Ventilsitz 10 zum Verschließen des Kanals 5 zu drücken, ist ein mit einem Kolben 14 wirkverbundenes Betätigungselement 15 vorgesehen, das über den Kolben 14 auf an sich bekannte Art von einem nicht näher dargestellten Aktuator ansteuerbar ist. Bei dem Aktuator handelt es sich vorliegend vorzugsweise um einen piezoelektrischen Aktuator, der bei Anliegen eines Steuerstromes eine Längenänderung erfährt, welche zu einem Abheben des Ventilkörpers 8 von dem ersten Ventilsitz 9 in Folge einer mit der Längung der Piezokeramik einhergehenden Verschiebung des Betätigungselements 15 führt.Around the valve body 8th or the first valve member 8A from the position shown in the figure, in which the valve body 8th on the first valve seat 9 sealingly rests in the direction of the second valve seat 10 to move and from the first valve seat 9 lift off and the second valve member 8B against the second valve seat 10 to close the channel 5 to press is one with a piston 14 operating actuator 15 provided that over the piston 14 can be controlled in a manner known per se by an actuator (not shown in more detail). In the present case, the actuator is preferably a piezoelectric actuator, which experiences a change in length when a control current is applied, which leads to a lifting of the valve body 8th from the first valve seat 9 as a result of a displacement of the actuating element associated with the elongation of the piezoceramic 15 leads.

Die allgemeine Funktionsweise der Ventileinrichtung 1 ist bekannt und beispielsweise in der WO 01/81755 A1 beschrieben.The general functioning of the valve device 1 is known and described, for example, in WO 01/81755 A1.

Aufgrund von Fertigungstoleranzen des Ventilstückes 7 und der Zwischenscheibe 4 und durch eine toleranzbehaftete Anordnung der beiden zueinander, liegt zwischen den beiden Ventilsitzen 9, 10 ein radialer Versatz vor. Das erste Ventilglied 8A ist zum Ausgleich des radialen Versatzes zwischen den beiden Ventilsitzen 9, 10 genau um diesen radialen Versatz gegenüber dem zweiten Ventilglied 8B versetzt in dem Raum 6 angeordnet, so daß der Ventilkörper 8 bei Schaltungen ohne Bewegungen quer zu seiner Schaltrichtung vom ersten Ventilsitz 9 in Richtung des zweiten Ventilsitzes 10 und umgekehrt bewegt wird. Damit wird im Betrieb der Ventileinrichtung 1 eine Ausgleichsbewegung zwischen den Ventilgliedern 8A und 8B quer zur Schaltrichtung des Ventilkörpers 8 vermieden. Dadurch sind insbesondere an Fertigungstoleranzen der vorliegend betroffenen Bauteile der Ventileinrichtung 1 geringere Anforderungen gestellt, so daß die Herstellung der Ventileinrichtung 1 kostengünstig ist.Due to manufacturing tolerances of the valve piece 7 and the washer 4 and due to a tolerant arrangement of the two to each other, lies between the two valve seats 9 . 10 a radial offset. The first valve member 8A is to compensate for the radial misalignment between the two valve seats 9 . 10 exactly this radial offset with respect to the second valve member 8B staggered in the room 6 arranged so that the valve body 8th in the case of gear changes without movements transverse to its switching direction from the first valve seat 9 towards the second valve seat 10 and vice versa. This is in operation of the valve device 1 a compensating movement between the valve members 8A and 8B transverse to the switching direction of the valve body 8th avoided. As a result, there are particular manufacturing tolerances of the components of the valve device concerned in the present case 1 lower requirements, so that the manufacture of the valve device 1 is inexpensive.

Bei der in der Figur dargestellten Ausführungsform des Ventilkörpers 8 ist der Durchmesser der Planfläche 13 des zweiten Ventilglieds 8B größer als ein Durchmesser der Planfläche 12 des ersten Ventilglieds 8A, so daß der Ventilkörper 8 einen Absatz 16 aufweist. Der Absatz 16 verhindert ein Verdrehen der kugelabschnittsförmigen Ventilglieder 8A, 8B in dem Raum 6 während einer Montage oder bei einem Raildruckaufbau in der Ventileinrichtung 1, so daß eine einwandfreie Funktion der Ventileinrichtung 1 stets gewährleistet ist.In the embodiment of the valve body shown in the figure 8th is the diameter of the flat surface 13 of the second valve member 8B larger than a diameter of the flat surface 12 of the first valve member 8A so that the valve body 8th a paragraph 16 having. Paragraph 16 prevents twisting of the valve sections in the form of spherical sections 8A . 8B in the room 6 during assembly or when building up a rail pressure in the valve device 1 , so that the valve device functions properly 1 is always guaranteed.

Die Ventilglieder 8A, 8B werden aus zwei Normteilen, d.h. Kugeln mit unterschiedlichen Kugeldurchmessern, die bis ca. zur Mitte abgeschliffen sind, hergestellt. Abweichend hiervon kann der Absatz 16 aber auch dadurch gestaltet werden, daß die beiden Ventilglieder 8A, 8B aus zwei Kugeln hergestellt werden, welche gleiche Durchmesser aufweisen, wobei eine der beiden Kugeln bis über deren Mittelpunkt hinaus bearbeitet und die andere lediglich bis zur Mitte abgeschliffen ist. Damit ist der Durchmesser der Planfläche der einen Kugel kleiner als der Durchmesser der Planfläche des anderen Ventilgliedes und der Ventilkörper ist mit dem beschriebenen Absatz ausgeführt.The valve members 8A . 8B are manufactured from two standard parts, ie balls with different ball diameters, which are ground down to approx. the middle. The paragraph may differ 16 but can also be designed in that the two valve members 8A . 8B are produced from two balls which have the same diameter, one of the two balls being machined beyond their center and the other being ground only to the middle. So that the diameter of the flat surface of one ball is smaller than the diameter of the flat surface of the other valve member and the valve body is designed with the paragraph described.

Insbesondere die Verwendung von Kugeln, welche als Normteile zur Verfügung stehen, ermöglicht eine kostengünstige Herstellung des Ventilkörpers mit geringen Qualitätssicherungsmaßnahmen, die auf einfache Art und Weise mit hoher Präzision wiederholbar ist.In particular, the use of balls, which available as standard parts stand, enables an inexpensive Manufacture of the valve body with low quality assurance measures that is easily repeatable with high precision.

Auf seiner dem Betätigungselement 15 zugewandten Seite ist das erste Ventilglied 8A mit einem weiteren Anlagebereich für das Druckstück 15 ausgebildet, wobei der Anlagebereich durch einen abgeflachten Bereich 17 des Ventilgiedes 8A ausgeführt ist. Der abgeflachte Bereich 17 führt dazu, daß eine hertzsche Pressung zwischen dem Betätigungselement 15 und dem ersten Ventilglied 8A reduziert ist.On its the actuator 15 facing side is the first valve member 8A with a further contact area for the pressure piece 15 formed, the contact area by a flattened area 17 of the valve member 8A is executed. The flattened area 17 leads to a Hertzian pressure between the actuation element 15 and the first valve member 8A is reduced.

Des weiteren ist eine Flächenpressung zwischen den beiden Ventilgliedern 8A, 8B des Ventilkörpers 8 durch den großen Anlagebereich 11 zwischen den Ventilgliedern 8A, 8B gegenüber bekannten Ventileinrichtungen in erheblichem Maße re duziert, so daß selbst bei hohen auf den Ventilkörper 8 einwirkenden Schaltkräften eine Verformung der Ventilglieder 8A, 8B im Anlagebereich 11 gering ist. Die Schaltwege des Ventilkörpers 8 in dem Raum 6 werden durch die geringen Bauteilverformungen des Schaltkörpers 8 nur unmerklich verändert, so daß Einspritzvorgänge präzise einstellbar sind.Furthermore, there is a surface pressure between the two valve members 8A . 8B of the valve body 8th through the large investment area 11 between the valve members 8A . 8B compared to known valve devices reduced to a considerable extent, so that even at high on the valve body 8th acting switching forces a deformation of the valve members 8A . 8B in the investment area 11 is low. The switching paths of the valve body 8th in the room 6 are due to the small component deformations of the switch body 8th changed only imperceptibly, so that injection processes can be precisely adjusted.

Claims

Valve device ( 1 ), in particular for a fuel injection system of an internal combustion engine, with a multi-part valve body ( 8th ), which is located between two valve seats spaced apart in the axial direction ( 9 . 10 ) is movably arranged, characterized in that the valve body ( 8th ) consisting of two valve members at least approximately spherical section-shaped ( 8A . 8B ) is formed, each of which has an at least approximately spherical region of a valve seat ( 9 . 10 ) and which in an investment area ( 11 ) between the valve members ( 8A . 8B ) each with a flat surface ( 12 . 13 ) are executed.

Valve device according to claim 1, characterized in that a diameter of a flat surface ( 13 ) of a second valve member ( 8B ) larger than a diameter of a flat surface ( 12 ) of a first valve member ( 8A ) is.

Valve device according to claim 2, characterized in that the first valve member ( 8A ) via an actuator ( 15 ) can be actuated, with a further contact area of the first valve member ( 8A ) for the pressure piece ( 15 ) through a flattened area ( 17 ) is formed.

Valve device according to claim 3, characterized in that the flattened area ( 17 ) one of the plane surface ( 12 ) opposite side of the first valve member ( 8A ) represents.

Valve device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the valve members ( 8A . 8B ) are flattened balls with the same diameter.

Valve device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the valve members ( 8A . 8B ) are flattened balls with different diameters.