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Stand der Technik
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DE 196 50 865 A1 und
DE 197 08 104 A1 beziehen
sich auf Kraftstoffinjektoren, die mittels eines Magnetventils betätigbar
sind. Ein Kraftstoffinjektor gemäß dieser Lösung
umfasst einen seitlichen, in den Injektorkörper einmündenden
Hochdruckanschluss, über welchen ein im Injektorkörper
in Längsrichtung verlaufende Druckbohrung vom Hochdruckspeicherraum
aus mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt wird. Über
die im Injektorkörper verlaufende Druckbohrung wird Einspritzöffnungen die
einzuspritzende Kraftmenge zugeführt, die in den Brennraum
einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine eingespritzt
wird. Vom seitlich an Injektorkörper angeordneten Anschlussbereich
erstreckt sich eine Zulaufbohrung, die neben der bereits erwähnten,
in Längsrichtung durch die Injektorkörper verlaufenden
Druckbohrung einen Ringraum mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff
versorgt, wobei der Ringraum ein Ventilstück umschließt.
In der Wandung des Ventilstücks ist eine Zulaufdrossel ausgeführt,
welche einem vom Ventilstück und dem Einspritzventilglied
begrenzte Steuerung unter hohem Druck stehende Kraftstoff als Steuervolumen zugeführt
wird. Über den Kraftstoffdruck im Steuerraum wird eine
Hubbewegung eines Ventilkolbens gesteuert, mit dem eine Einspritzöffnung
des Einspritzventils geöffnet oder geschlossen wird. Das
Magnetventil umfasst einen Elektromagneten, einen beweglichen Anker
und ein mit dem Anker bewegtes und von einer Ventilschließfeder
in Schließrichtung beaufschlagtes Ventilglied, das mit
dem Ventilsitz des Magnetventils zusammenwirkt und so den Kraftstoffabfluss
aus dem Steuerraum steuert. Der Kraftstoffabfluss erfolgt durch
eine zentrale Bohrung im Elektromagneten und dem darauf positionierten
Ablaufstutzen. Durch diese Anordnung sind alle Teile kraftstoffumflossen
und Trennfugen müssen mittels Dichtungen abgedichtet werden,
um Leckagen zu vermeiden.
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Bei
der Entwicklung neuer Magnetventile für servogesteuerte
Kraftstoffinjektoren, die an Common-Rail-Einspritzsystemen Verwendung
finden, ist die Schaltzeit ein wesentlicher Punkt. Bei leckagefreien
Common-Rail-Kraftstoffinjektoren haben aufgrund des Fehlens der
Niederdruckstufe eine sehr kurze Verzögerungszeit zwischen
der Ansteuerung und dem eigentlichen Einspritzvorgang. Um bei diesen
Kraftstoffinjektoren sowohl die Nullmenge als auch ein plateaufreies
Mengenkennfeld sinnvoll darstellen zu können, ist ein schnellschaltendes
Magnetventil unabdingbar. Heutige Serienmagnetventile erfüllen
diese Anforderung nur bedingt.
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Um
eine maximale Magnetkraft schnell erzeugen zu können, wird
angestrebt, den Spalt zwischen dem Anker und der Magnetgruppe, den
Ankerhub und den Restluftspalt umfassend sehr klein auszuführen.
Hydraulisch wirkt dieser Restluftspalt als Quetschspalt. Der Quetschspalt
sorgt für eine starke Dämpfung der Bewegung des
in der Regel nadelförmig ausgebildeten Ventilgliedes. Beim Öffnen
muss die Hydraulikflüssigkeit aus dem Spalt herausgedrückt
werden. Aufgrund des geringen Spaltmaßes, was in der Größenordnung
von etwa von ca. 100 μm liegt, ist die Strömung
stark gedrosselt, was letztendlich zu einem langsamen Schaltvorgang
führt. Bei der Schließbewegung muss dementsprechend
die Hydraulikflüssigkeit wieder in den Spalt gepumpt werden,
was ebenfalls zu einer Verzögerung beiträgt.
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Um
diesem Problem Herr zu werden, wird der Anker heute zwischen den
Polflächen mit Löchern versehen. Somit kann im
Bereich des Spulenfensters eine Entdrosselung ermöglicht
werden. Um über die gesamte Ringfläche vollständig
entdrosseln zu können, wird zu diesem Zweck die Magnetspule etwas
zurückgesetzt. Das Zurücksetzen der Magnetspule
innerhalb des Injektorkörpers, der Ankerplatte gegenüberliegend,
geht jedoch mit dem Nachteil einher, dass zum einen nur der Bereich
um das Spulenfenster entdrosselt wird, während die Polflächen
insgesamt gesehen nicht entdrosselt sind. Zum anderen geht über
das Zurücksetzen der Spulen nutzbare magnetische Kraft
verloren.
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Offenbarung der Erfindung
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Durch
das erfindungsgemäß vorgeschlagene vollständige
Entdrosseln des Ankers, insbesondere der Ankerplatte einer ein-
oder mehrteilig ausgebildeten Ankerbaugruppe, kann ein sehr schnellschaltendes
Magentventil bereitgestellt werden, was für neue leckagefreie
Baureihen von Kraftstoffinjektoren aufgrund der realisierbaren kurzen
Schaltzeiten sehr vorteilhaft ist. Während herkömmliche
Anker entweder gar nicht oder nur am Spulenfenster entdrosselt werden,
ist die hier vorgestellte Ausführung auch an den Polpaaren
entdrosselt, d. h. im Bereich der einander gegenüberliegenden
Polflächen von Magnetspule und Ankerplatte. Ein Zurücksetzen – wie
aus den oben geschilderten Gründen beim Stande der Technik
bisher durchgeführt – ist bei dieser Lösung nicht
erforderlich, so dass die maximale Magnetkraft realisiert und aufgebracht
werden kann.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung wird die Ankerbaugruppe, insbesondere die Ankerplatte
nicht mit gestanzten oder gebohrten Löchern ausgeführt, sondern
in Form eines Siebes mit Laserlöchern. Diese Vielzahl von
Löchern weist zum Beispiel einen Durchmesser von ca. 0,1
mm auf. Im Gegensatz zu bisher in der Ankerplatte ausgeführten
gestanzten oder gebohrten Durchgangsöffnungen, können
zum Beispiel im Wege der Laserbearbeitung hergestellte Löcher
nicht nur sehr klein, sondern auch sehr kostengünstig in
einer großen Anzahl hergestellt werden. Auf diese Weise
kann in der Ankerplatte eine Vielzahl, so zum Beispiel mehrere Hundert
Laserlöcher erzeugt werden, während mit herkömmlichen Fertigungsmethoden
in der Regel nur wenige große Löcher ausgeführt
werden.
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Die
Durchgangsöffnungen, die zum Beispiel im Wege der Laserbearbeitung
hergestellt werden können, werden in vorteilhafter Weise
homogen über der gesamten zu entdrosselnden Ankerfläche
angeordnet. Dadurch wirkt der hydraulische Druck, der sich beim Öffnen
innerhalb des Quetschspaltes ausbildet, nicht nur lokal, sondern über
die gesamte Ankerfläche reduziert. Gleichermaßen
wird bei der Schließbewegung die Bildung eines Unterdruckes verhindert.
Dies führt zu dem entscheidenden Vorteil, dass bei sich
zwischen Magnetventil und Anker aufbauendem Unterdruck bis zur Kavitationsgrenze
hin die hydraulische Kraft, die auf den Anker wirkt und somit seine
Schließbewegung, vom Rücklaufdruck abhängig
wird. Aufgrund der starken Druckschwankungen, die im Niederdruck
bzw. Rücklaufbereich eines Kraftstoffinjektors herrschen,
kann dies zu erheblichen Mengenstreuungen hinsichtlich der eingespritzten
Menge beim Kraftstoffinjektor führen.
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Obwohl
der hydraulische Strömungsquerschnitt aufgrund der Vielzahl
der kleinen Durchgangsöffnungen sehr viel stärker
vergrößert werden kann im Vergleich zu wenigen
großen Löchern, wird der magnetische Fluss jedoch
kaum beeinträchtigt. Dies ist dadurch begründet,
dass die mit dem Magnetfluss radial durchflutete Fläche
mit einer vorteilhaften Anordnung an Durchgangsöffnungen
konstant gehalten werden kann, während bei Ankerplatten,
die wenige große Löcher aufweisen, eine Engstelle
unvermeidlich ist.
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In
vorteilhafter Ausführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Magnetventiles wird das bevorzugt nadelförmig ausgebildete
Ventilglied druckausgeglichen ausgeführt. Dies bedeutet,
dass an dem bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Ventilglied
keine resultierende Druckkraft angreift und das bevorzugt nadelförmig
ausgebildete Ventilglied somit nicht gegen den im Hochdruckspeicherkörper
herrschenden Systemdruck geschlossen gehalten werden muss. Die Federkraft,
die das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Ventilglied
beaufschlagt, ist lediglich so zu wählen, dass ein schnelles
Schließen des Magnetventils er möglicht wird. Somit
steht nicht nur während des Schließvorganges,
sondern auch beim Öffnen ein wesentlich größeres
Kraftpotential zur Beherrschung der auftretenden Dynamik zur Verfügung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 ein
Magnetventil gemäß des Standes der Technik mit
gebohrter Ankerplatte,
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2 eine
Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
vollständig entdrosselten Magnetventiles, das bevorzugt
druckausgeglichen ausgelegt wird.
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Der
Darstellung gemäß 1 ist ein
aus dem Stand der Technik bekanntes Magnetventil mit gebohrtem Anker
zu entnehmen. Im Injektorkörper 12 eines Kraftstoffinjektors 10 befindet
sich ein Magnetventil 16, welches eine Magnetgruppe 18 umfasst. Magnetgruppe 18 ist
ebenso wie der Injektorkörper 12 symmetrisch zur
Achse 14 des Kraftstoffinjektors 10 ausgeführt.
Die Magnetgruppe 18 umfasst einen Magnetkern 20,
der eine in diesem Fall um einen Versatz nach oben angeordnete Magnetspule 22 umfasst.
Eine Polfläche der zurückversetzten Magnetspule 22 ist
durch Bezugszeichen 24 gekennzeichnet.
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Die
Polfläche 24 der zurückversetzt angeordneten
Magnetspule 22 liegt der Planseite einer Ankerplatte 26 gegenüber.
In der scheibenförmigen Fläche der Ankerplatte 26 befindet
sich eine Anzahl von Bohrungen 28, um die Ankerplatte 26 zwischen den
Polflächen, d. h. der Polfläche 24 der
zurückversetzt angeordneten Magnetspule 22 und
der Oberseite der Ankerplatte zu entdrosseln. Durch die in der Darstellung
gemäß 1 wiedergegebenen Bohrungen 28 entsteht
jedoch nur eine Entdrosselung im Spulenfenster. Um über
die gesamte Ringfläche vollständig entdrosseln
zu können, ist die Magnetspule 22 im Magnetkern 20 jedoch
zurückversetzt angeordnet. Das Zurückversetzen
der Magnetspule 22 – wie in 1 dargestellt – kann
eine vollständige Entdrosselung der Polflächen
nicht erreicht werden, so dass dieser Schaltvorgang langsam bleibt.
Zum anderen geht über das zurückversetzte Anordnen
der Magnetspule 22 in Bezug auf den Magnetkern 20 magnetische
Kraft verloren. Der durch das Zurückversetzen der Magnetspule 22 in
Bezug auf den Magnetkern 20 entstehende Quetschspalt bewirkt
eine starke Dämpfung der Bewegung eines Ventilgliedes 30.
Beim Öffnen muss Hydraulikflüssigkeit, in diesem
Falle abgesteuerter Kraftstoff aus dem Spalt, der sich durch das Zurücksetzen
der Magnetspule 22 in Bezug auf den Magnetkern 20 ergibt,
herausgedrückt werden. Aufgrund des geringen Spaltmaßes,
das in der Größenordnung von ca. 100 μm
liegt, ist die Strömung stark gedrosselt, was letztendlich
zu einem langsamen Schaltvorgang führt. Bei der Schließbewegung,
d. h. der Aufwärtsbewegung der Ankerplatte 26 ist
entsprechend die Hydraulikflüssigkeit wieder in den Spalt
zu pumpen, was zu einer Verlangsamung der Schaltzeit führt.
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Wie
aus 1 weiter hervorgeht, umfasst das Magnetventil 16 ein
nadelförmig ausgebildetes Ventilglied 30. Die
Ankerplatte 26 ist durch eine Ventilfeder 34 beaufschlagt.
Position 36 markiert den sich einstellenden magnetischen
Fluss durch den Magnetkern 22 und das Material der Ankerplatte 26 bei Bestromung
der zurückversetzt angeordneten Magnetspule 22 der
Magnetgruppe 18. Die der Polfläche 24 der
zurückversetzt angeordneten Magnetspule 22 gegenüberliegende
Polfläche der Ankerplatte 26 ist durch Bezugszeichen 38 bezeichnet.
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Das
Ventilglied 30 umfasst des Weiteren einen Hubanschlag 40 unter
dem ein halbkugelförmig angeordnetes Schließelement 44 angeordnet
ist. Dieses verschließt einen Ablaufkanal 46, über
den ein mit einem Systemdruck beaufschlagter – in 1 jedoch
nicht dargestellter – Steuerraum druckentlastet werden
kann. Der Ablaufkanal 46 umfasst eine Ablaufdrossel 48.
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Aus
der Schnittdarstellung A-A – Schnittverlauf gemäß 1 – ist
entnehmbar, dass die Ankerplatte 26 der Magnetgruppe 18 einen
Schlitz 50 aufweist. Der Schlitz dient zur Reduktion von
sich in der Ankerplatte 26 ansonsten einstellenden Wirbelströmen.
Dem Schnittverlauf A-A ist des Weiteren zu entnehmen, dass die Ankerplatte 26 im
Bereich der ringförmig angeordneten Bohrungen 28 einen
Durchmesser 52 des engsten radialen Querschnitts aufweist.
Der Teil des magnetischen Flusses, der durch die Ankerplatte 26 verläuft,
ist durch den mit Bezugszeichen 36 bezeichneten Pfeil versehen.
In der Schnittdarstellung gemäß des Schnittverlaufes
A-A ist die zurückversetzte Magnetspule 22 der
Magnetgruppe 18 des Magnetventiles 16 nicht gezeigt.
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Ausführungsformen
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Der
Darstellung gemäß 2.2 ist
die erfindungsgemäß vorgeschlagene Magnetgruppe
zu entnehmen, die einen vollständig entdrosselte Ankerplatte
aufweist. Der in 2 und gemäß des
Schnittverlaufes B-B dargestellte Anker des Magnetventiles ist massiv
entdrosselt und in einem druckausgeglichen ausgebildeten Magnetventil 16 enthalten. Durch
die Maßnahme der Druckausgeglichenheit des Magnetventiles 16 und
der massiven Entdrosselung des Ankers in Gestalt der Ankerplatte 26,
wird ein sehr schnellschaltendes Magnetventil 16 erhalten,
was sich insbesondere zum Einsatz bei neuen, leckagefrei ausgebildeten
Kraftstoffinjektorkonzepten anbietet.
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Hauptvorteil
des in den Darstellungen gemäß 2 und
gemäß des Schnittverlaufes B-B dargestellten Magnetventiles 16 ist
der Umstand, dass die Ankerplatte 26 vollständig
entdrosselt ist. Während die in 1 dargestellte
Ankerplatte 26 des Magnetventiles 16 lediglich
am Spulenfenster entdrosselt ist, vergleiche Lage der Bohrungen 28,
ist die in 2 und dem Schnittverlauf B-B
dargestellte Ankerbaugruppe in Gestalt der Ankerplatte 26 auch
an den Polpaaren, d. h. an der Polfläche 24 und über den
radialen Verlauf der Ankerplatte 26 entdrosselt. Ein Zurücksetzen
der Magnetspule 22 in Bezug auf den Magnetkern 20 entfällt
bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführungsform,
so dass auch der Quetschspalt, der für eine starke Dämpfung
der Hubbewegung des Ventilgliedes 30 sorgt, fortfällt. Dies
bietet den Vorteil, dass aus Grund der Abwesenheit dieses Quetschspaltes
beim Öffnen des Magnetventiles 16 keine Hydraulikflüssigkeit
mehr aus dem Spalt herausgedrückt werden muss und dieser
beim Schließen nicht zurück in den in 1 dargestellten Quetschspalt,
der sich bei dieser Ausführungsform aufgrund des Zurücksetzens
der Magnetspule 22 in Bezug auf den Magnetkern 20 ergibt,
unterbleiben kann. Sowohl das Herausquetschen von Hydraulikflüssigkeit
aus dem Spalt, als auch das Hineinpumpen, d. h. das Wiederbefüllen
des Spaltes, beeinflusst die Schaltzeit des Magnetventiles 16 gemäß der
Ausführungsvariante in 1 negativ.
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Bei
der in 2 vorgestellten erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Ausführungsform des Magnetventiles 16, weist die
Ankerplatte 26 eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 74 auf,
welche eine Dicke 76 der Ankerplatte 26 von einer
Planseite 80 zur gegenüberliegenden zweiten Planseite 82 durchziehen. Es
ergibt sich das im Schnittverlauf A-A dargestellte Feld 78 von
Durchgangsöffnungen 74, was dem der Ankerplatte 26 ein
siebartiges Aussehen verleiht.
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Anstelle
von im Schnittverlauf A-A dargestellten, entlang des Durchmessers 52 mit
engstem radialen Querschnittes liegenden Bohrungen 28,
die entweder im Wege des Stanzens oder des Bohrens erzeugt werden,
ist die Ankerplatte 26 des Magnetventiles 16 gemäß der
Darstellung in 2 mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen 74 versehen. Diese
Durchgangsöffnungen 74 werden bevorzugt durch
ein Laserverfahren hergestellt und weisen bevorzugt einen Durchmesser
auf, der in der Größenordnung von wenigen Zehntelmillimetern
so zum Beispiel 0,1 mm liegt. Im Gegensatz zu in der 1 und im
Schnittverlauf A-A dargestellten Bohrungen 28 in der Ankerplatte 26 sind
die Durchgangsöffnungen 74 sehr klein herstellbar
und auch in einer großen Anzahl recht kostengünstig
herstellbar. In die Ankerplatte 26 können auf
diese Weise hunderte von Durchgangsöffnungen 74 eingebracht
werden, während mit herkömmlichen Fertigungsmethoden,
wie zum Beispiel dem Stanzen oder dem Bohren nur einige wenige große
Bohrungen 28 oder dergleichen erzeugt werden können.
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Die
Durchgangsöffnungen 74 werden – wie in 1 angedeutet
und in der Draufsicht gemäß des Schnittverlaufes
B-B gezeigt – in vorteilhafter Weise homogen über
der gesamten zu entdrosselnden Ankerplatte 26 angeordnet.
Dadurch wird der hydraulische Druck, der sich beim Öffnen
ausbildet, nicht nur lokal sondern über die gesamte Ankerfläche,
d. h. über die gesamte Fläche der Ankerplatte 26 oder über
die gesamte erste Planseite 80 reduziert. Gleichermaßen
wird bei der Schließbewegung die Bildung eines Unterdruckes
verhindert. Bildet sich zwischen der Magnetgruppe, d. h. dem Magnetkern 20 und
der Magnetspule 22 unter der Ankerplatte 26 ein Unterdruck
aus, der bis zur Kavitationsgrenze reicht, so ist die hydraulische
Kraft, die auf die Ankerplatte 26 wirkt und somit die Schließbewegung
vom Rücklaufdruck abhängig, d. h. von dem Druck,
der sich im Injektorkörper 12 des Kraftstoffinjektors 10 im
Rücklauf 32 auf der Niederdruckseite einstellt.
Aufgrund der starken Druckschwankungen, die im Rücklauf 32 herrschen,
führt dies zu Mengenstreuungen des Kraftstoffinjektors 10,
die in hohem Maße unerwünscht sind. Durch die
erfindungsgemäß vorgeschlagene Ankerplatte 26 hingegen
wird bei der Schließbewegung des Ventilgliedes 30 und
der Ankerplatte 26 die Bildung dieses Unterdruckes verhindert.
Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass
das Ventilglied 30 im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik
bekannten Ausführungsform einen Durchgangskanal 66 aufweist,
der sich von einem Ventilsitz 42 aus, der in der in 2 dargestellten Ausführungsform
als Flachsitz beschaffen ist, durch das bevorzugt nadelförmig
ausgebildete Ventilglied 30 bis zum niederdruckseitigen
Rücklauf 32 erstreckt. Durch die von einer Hubanschlaghülse 60 umschlossene
Ventilfeder 34 werden die Ankerplatte 26 und damit
das Ventilglied 30 in den Ventilsitz 42 gestellt.
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In
Bezug auf die Achse 14 des Ventilgliedes 30 ist
in einem Versatz 68 im Injektorkörper 12 der Ablaufkanal 46 ausgebildet.
Der Ablaufkanal 46, über den die Druckentlastung
eines im Injektorkörper 12 ausgebildeten Steuerraumes
(in 2 jedoch nicht dargestellt) erfolgt, ist mit unter
Systemdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagt, der beim Öffnen
des Ventilsitzes 42 bei Bestromung der Magnetspule 22 erfolgenden
Hub des Ventilgliedes 30 geöffnet wird. Bei geöffneten
Ventilsitz 42 strömt über den Ablaufkanal 46 mit
mindestens einer Ablaufdrosselstelle 48 unter Systemdruck
stehender Kraftstoff durch den Ablaufkanal 46 und den geöffneten
Ventilsitz 42 im Durchgangskanal 66 des Ventilgliedes 30 in
Richtung des niederdruckseitigen Rücklaufes 32 ab.
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Während
in der Darstellung gemäß 1 am Ventilglied 30 ein
Hubanschlag 40 in Form eines Bundes vorgesehen ist, wird
der Hubanschlag bei der in 2 dargestellten
Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
schnellschaltenden Magnetventiles 16 über die
Hubanschlaghülse 60 erreicht. Diese steht mit
einen Überstand 62 über die Polfläche 24 der
Magnetgruppe 18 hervor und stellt den Hubanschlag dar,
welcher einerseits den Hubweg der vollständig entdrosselten
Ankerplatte 26 definiert und andererseits den zwischen
der ersten Planseite 80 und der Polfläche 24 der
Magnetgruppe 18 eingestellten Restluftspalt. Wie 2 weiterhin entnehmbar
ist, ist die vollständig entdrosselte Ankerplatte 26 mit
einer Sicherungsscheibe 72 am Ventilglied 30 befestigt. 2 zeigt
des Weiteren, dass sich die Vielzahl von Durchgangsöffnungen 74,
die sich an der Ankerplatte 26 von der ersten Planseite 80 (Polfläche)
zur zweiten Planseite 82 erstrecken, in radiale Richtung
gesehen, die gesamte Polfläche zwischen den Polpaaren 24, 80 abdecken
und in die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ankerplatte 26 in radiale
Richtung gesehen weit über das Maß des Spulenfensters
hinaus entdrosseln. Unter Spulenfenster wird der Bereich verstanden,
innerhalb dessen die Polfläche 24 des Magnetkernes
der einem entsprechenden Ringausschnitt der ersten Planseite 80 der
Ankerplatte 26 gegenüberliegt.
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Diese
Fläche, die durch das Spulenfenster gegeben ist, wird durch
die erfindungsgemäß vorgeschlagene massive Entdrosselung
der Ankerplatte 26 erheblich vergrößert,
so dass die Schaltzeit des in 2 im Schnitt
dargestellten Magnetventiles 16 im Vergleich zur Lösung
gemäß 1 und das dort wiedergegebenen
Schnittverlaufes A-A erheblich reduziert ist.
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Dem
Schnittverlauf B-B ist zu entnehmen, dass die Ankerplatte 26 ein
siebartiges Aussehen aufweist. Dies wird durch die Vielzahl von
Durchgangsöffnungen 74 bewirkt, die in Anordnung
eines Feldes 78 zum Beispiel in konzentrischen Kreisen
die Ankerplatte 26 von der ersten Planseite 80 zur
zweiten Planseite 82 komplett durchziehen. Zur Vermeidung
von Wirbelströmen in der Ankerplatte 26, ist diese
mit einem Schlitz 50 versehen, mit welchen die Wirbelstürme
erheblich reduziert werden können. Mit Bezugszeichen 74 sind
innerhalb des Feldes 78 von Durchgangsöffnungen 74 einzelne
der Durchgangsöffnungen 74, die in vorteilhafter
Weise einen Durchmesser von wenigen Zehntelmillimetern aufweisen, angedeutet.
Obwohl der hydraulische Strömungsquerschnitt mit Hilfe
der einen kleinen Durchmesser in der Größenordnung
von 0,1 mm aufweisenden Durchgangsöffnungen 74 sehr
viel stärker vergrößert werden kann,
als mit wenigen großen Bohrungen 28 wie in 1 dargestellt,
wird der magnetische Fluss 36 dennoch weniger gedrosselt.
Dies ist dadurch begründet, dass die mit dem Magnetfluss 26 radial durchflutete
Fläche mit einer vorteilhaften Anordnung von Durchgangsöffnungen,
so zum Beispiel Laserlöchern 74 konstant gehalten
werden kann, während bei der in 1 dargestellten
Ausführungsform, bei der Bohrungen 28 in der Ankerplatte 26 eingebracht sind,
eine Engstelle nicht zu verhindern ist.
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In
vorteilhafter Weise ist das Ventilglied 30 druckausgeglichen
ausgeführt. Dies bedeutet, dass am Ventilglied 30 keine
resultierende Druckkraft angreift und das Ventilglied 30 somit
nicht entgegen der Wirkung des Systemdruckes, d. h. des im Hochdruckspeicherkörper
(Common-Rail) herrschenden Druckes geschlossen gehalten werden muss.
Die Federkraft, welche durch die Ventilfeder 34 aufgebracht
werden muss, ist lediglich so auszulegen, dass ein schnelles Schließen
des Magnetventiles 16 möglich ist. Somit steht
nicht nur beim Schließen sondern auch beim Öffnen
ein wesentlich größeres Kraftpotential für
dynamisch ablaufende Schaltvorgänge zur Verfügung.
Der magnetische Fluss 36, der in der 1 aufgrund
der Ausbildung des Quetschspaltes zwischen der Bohrfläche 24 der
Magnetspule 22, d. h. deren zurückversetzte Anordnung
in den Magnetkern 20 entsteht, entfällt in der
Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie in 2 dargestellt, so dass die erzeugbare
magnetische Kraft maximal wird.
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Die
Funktionsweise des in 2 dargestellten und gemäß des
Schnittverlaufes B-B dargestellten Magnetventils stellt sich wie
folgt dar:
Im Ausgangszustand, d. h. bei nicht-bestromter Magnetgruppe 18 ist
das Ventilglied 30 geschlossen. Der Raum, in den der Ablaufkanal 48 mündet,
ist mit Systemdruck, der im Steuerraum ansteht, beaufschlagt. Am
unteren Ende des vom Durchgangskanal 66 durchzogenen Ventilgliedes 60 befindet
sich der Ventilsitz 42, der geschlossen ist. Um die Druckkräfte
am Ventilglied 30 auszugleichen, ist der Ventilsitz 42 an seiner
Außenkante dicht.
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Bei
Ansteuerung, d. h. Bestromung der Magnetgruppe 18 wird
auf die Ankerplatte 26 eine in vertikale Richtung wirkende
Zugkraft ausgeübt. Die Ankerplatte 26 und das
Ventilglied 30 werden entgegen der Wirkung der Kraft der
Ventilfeder 34 nach oben aufgezogen. Durch die Hubbewegung
wird zwischen der Ankerplatte 26 und der Magnetgruppe 18 ein
hydraulischer Überdruck erzeugt, die die Ankerplatte 26 in
ihrer vertikalen Hubbewegung bremst. Der Überdruck ist
dadurch begründet, dass die Hydraulikflüssigkeit
zwischen den Polflächen, d. h. der ersten Planseite 80 und
der Polfläche 24 der Magnetspule 22 herausgedrückt
werden muss. Aufgrund der geringen Spalthöhe wird die Strömung
im Spalt stark gedrosselt. Der Druckaufbau im Spalt wird in der
hier vorgestellten Ausführungsvariante dadurch begrenzt, dass
die Ankerplatte 26 eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 74 aufweist,
durch welche die Hydraulikflüssigkeit abströmt.
Dadurch wird der Weg, den die Strömung zurücklegen
muss, um aus dem sich ergebenden Spalt zu gelangen, sehr stark verkürzt.
Die Fläche der Ankerplatte 26 wird zudem vollständig
und homogen entdrosselt. Ist das Ventilglied 30 vollständig
geöffnet, so wird die Hydraulikflüssigkeit, die
die Ablaufdrossel 48 passierend über den Ablaufkanal 46 aus
dem Steuerraum abströmt, über die in den Durchgangskanal 66 des
Ventilgliedes in den niederdruckseitigen Rücklauf 32 abgeführt.
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Wird
die Bestromung der Magnetgruppe 18 des Magnetventiles 16 unterbrochen,
so fällt die Magnetkraft zwischen den Polflächen 24, 80 ab.
Das Ventilglied 30 wird durch die Wirkung der Ventilfeder 34 wieder
in den Ventilsitz 42 gedrückt, so dass der Ablaufkanal 46, über
den bei geöffnetem Ventilsitz 42 Steuermenge aus
dem Steuerraum abgesteuert wird, wieder verschlossen wird. Dem entsprechend
wird der Spalt zwischen der ersten Planseite 80 und der Polfläche 24 an
der unteren Stirnseite der Magnetgruppe 18 wieder mit Hydraulikflüssigkeit
gefüllt, d. h. mit unter Niederdruck stehendem Kraftstoff.
Ein Druckabfall wird auch hier – beim Schließen – durch die
Durchgangsöffnungen 74 vermieden. Die Durchgangsöffnungen 74 verhindern,
dass ein entdrosseltes Zuströmen in den Spalt, über
den der Hubweg der ersten Planseite 80 in Bezug auf die
Polfläche 24 begrenzt ist, eintritt. Dadurch wiederum
wird bei der Schließbewegung des Magnetventiles 16 die
Bildung eines Unterdruckes verhindert. Bildet sich ein derartiger
Unterdruck zwischen der Magnetgruppe 18 und der Ankerplatte 26 bis
hin zur Kavitationsgrenze aus, so ist die hydraulische Kraft auf
die Ankerplatte 26 und somit die Schließbewegung
von im niederdruckseitigen Rücklauf 32 herrschenden
Druck abhängig. Aufgrund der dort herrschenden starken
Druckschwankungen führte dies zu Mengenstreuungen des Kraftstoffinjektors 10,
die jedoch durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene
massive Entdrosselung der Ankerplatte 26 des sich dadurch
erreichten Verhinderns eines Unterdruckes zwischen Magnetgruppe 18 und
Ankerplatte 26 ausgeschlossen sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19650865
A1 [0001]
- - DE 19708104 A1 [0001]