DE102009046373A1

DE102009046373A1 - Magnetventil sowie Kraftstoff-Injektor mit einem Magnetventil

Info

Publication number: DE102009046373A1
Application number: DE200910046373
Authority: DE
Inventors: Hans-Christoph Magel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2011-05-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil (100), mit einem von einer Magnetspule (42) betätigbaren Magnetanker (25), der mittel- oder unmittelbar mit einem Schließglied (23) zusammenwirkt oder als Schließglied wirkt, das einen Durchlass (16) für ein Fluid steuert, mit einem Führungselement (12) für den Magnetanker (25), wobei das Schließglied (23) in unbestromtem Zustand der Magnetspule (42) mittels einer Druckfeder (45) gegen einen den Durchlass (16) begrenzenden Ventilsitz (22) gedrückt ist und diesen schließt und wobei eine Bewegung des Schließgliedes (23) zumindest in Richtung des Ventilsitzes (22) mittels einer Dämpfungseinrichtung verzögerbar ist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Dämpfungseinrichtung einen Dämpfungsraum (32) aufweist, der zwischen dem Führungselement (12) und dem Magnetanker (25) gebildet ist, und dass der Dämpfungsraum (32) über wenigstens eine Verbindung (37) mit einem Niederdruckbereich (8) verbunden ist, und dass die Verbindung über einen zwischen dem Führungselement (12) und der zugewandten Stirnfläche (36) des Magnetankers (25) ausgebildeten, radial umlaufenden Drosselspalt (37) erfolgt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Magnetventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Magnetventil ist bereits durch die nachveröffentlichte DE 10 2009 045 728 A1 bekannt und weist ein mit einem Magnetanker verbundenes, flexibles bzw. plattenförmiges oder alternativ hierzu axial verschiebbares Dämpfungselement auf, welches bei einer Schließbewegung des Magnetventils ein Dämpfungsvolumen aus Kraftstoff verdrängt und dabei ein Prellen des Magnetventils im Ventilsitz verhindert. Das bekannte Magnetventil ist durch das zusätzliche Dämpfungselement relativ aufwändig aufgebaut. Ferner ist die Temperaturempfindlichkeit noch nicht zufriedenstellend, d. h., dass sich die gewünschten Dämpfungseigenschaften nur über einen bestimmten Temperaturbereich optimal einstellen lassen.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass es mit relativ geringem Fertigungsaufwand herstellbar ist und dabei gute Dämpfungseigenschaften aufweist. Diese Aufgabe wird bei einem Magnetventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, einen zwischen dem Führungselement und dem Magnetanker angeordneten Dämpfungsraum auszubilden, der über wenigstens eine Verbindung mit einem Niederdruckbereich des Magnetventils verbunden ist und, dass die Verbindung über einen zwischen dem Führungselement und der zugewandten Stirnseite des Magnetankers ausgebildeten, radial umlaufenden Drosselspalt erfolgt.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Magnetventils sind in den Unteransprüchen angegeben.
Um den Dämpfungsraum dicht auszubilden, ist es in einer besonders bevorzugten konstruktiven Ausführung vorgesehen, dass der Magnetanker in Richtung des Schließgliedes einen im Durchmesser reduzierten Abschnitt aufweist, wobei der Durchmesser des Abschnitts geringer ist als der Durchmesser eines der Magnetspule zugewandten ersten Abschnitts und, dass der im Durchmesser reduzierte Abschnitt dichtend geführt ist.
Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass der Drosselspalt durch eine am Führungselement ausgebildete, stegartige Wand gebildet ist. Somit ist es nicht erforderlich, am Magnetanker Bearbeitungsvorgänge vorzusehen. Dies ist insofern fertigungstechnisch vorteilhaft, als am Führungselement bereits eine Vielzahl von Fertigungsschritten bzw. Bearbeitungsvorgängen durchgeführt werden muss.
Um einerseits Kavitationseffekte möglichst gering zu halten und andererseits die Dämpfungswirkung möglichst temperaturunabhängig zu gestalten, ist es darüber hinaus in einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung vorgesehen, dass in der Schließstellung des Schließgliedes zwischen dem Wandabschnitt und der zugewandten Stirnseite des Magnetankers der Drosselspalt ausgebildet ist, dass der Dämpfungsraum eine Dämpfungsfläche aufweist und, dass die Größe des Drosselspalts zwischen 10 μm und 30 μm bei einer Dämpfungsfläche größer als 40 mm² beträgt.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Dämpfungseinrichtung lässt sich insbesondere bei schnell schaltenden Ventilen einsetzen, da dort die Problematik des Prellens des Schließgliedes an seinem Ventilsitz besonders stark ausgebildet ist. Derartige Magnetventile sind insbesondere als druckausgeglichene Ventile ausgebildet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in der einzigen
Figur einen Kraftstoff-Injektor mit einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung in einem vereinfachten Längsschnitt.
In der einzigen Figur ist ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Kraftstoff-Injektor 1 vereinfacht dargestellt. Bei dem Kraftstoff-Injektor 1 handelt es sich um einen sogenannten leckagefreien, d. h. keine dauerhafte Niederdruckstufe an der Düsennadel 10 aufweisenden Injektor. Der Kraftstoff-Injektor 1, genauer ein Druckraum 2 des Kraftstoff-Injektors 1, ist neben anderen, nicht gezeigten Kraftstoff-Injektoren über eine Versorgungsleitung 3 mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher 4 (Rail) verbunden. In diesem ist Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin, unter hohem Druck, von in diesem Beispiel mehr als 2000 bar (bei Dieselbrennkraftmaschinen) gespeichert. Eine als Radialkolbenpumpe ausgebildete Hochdruckpumpe 5 fördert Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 6 in diesen Kraftstoffhochdruckspeicher 4. Mittels einer Rücklaufleitung 7 ist ein Niederdruckbereich 8 des Kraftstoff-Injektors 1 an den Vorratsbehälter 6 angeschlossen. Über die Rücklaufleitung 7 kann eine Steuermenge an Kraftstoff sowie Leckagemengen von dem Kraftstoff-Injektor 1 zu dem Vorratsbehälter 6 abfließen.
Innerhalb eines Injektorkörpers 9 ist die ein- oder mehrteilige Düsennadel 10 axial verstellbar angeordnet. Die Düsennadel 10 ist mit ihrem in der Zeichnungsebene oberen Ende in einem hülsenförmigen Abschnitt 11 eines im Injektorkörper 9 aufgenommenen, ein- oder mehrteiligem Ventilkörpers 12 geführt. Die Düsennadel 10 wirkt mit ihrer Spitze mit einem an einem Düsenkörper ausgebildeten Düsennadelsitz zusammen. Wenn die Düsennadel 10 an ihrem Düsennadelsitz anliegt, d. h. sich in der Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt aus einer Düsenlochanordnung gesperrt. Ist die Düsennadel 10 dagegen von ihrem Düsennadelsitz abgehoben, kann Kraftstoff aus dem Druckraum 2 durch die Düsenlochanordnung, im Wesentlichen unter Hochdruck (Raildruck) stehend, in den Brennraum gespritzt werden.
Von einer oberen Stirnseite 13 der Düsennadel 10 und dem in der Zeichnungsebene unteren, hülsenförmigen Abschnitt 11 des Ventilkörpers 12 wird eine Steuerkammer 14 begrenzt. Die Steuerkammer 14 ist über eine radial in dem hülsenförmigen Abschnitt verlaufende Zulaufdrossel 15 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus dem Druckraum 2 versorgt. Die Steuerkammer 14 ist über einen im Ventilkörper 12 angeordneten Ablaufkanal 16 mit Ablaufdrossel 17 mit einer Ventilkammer 18 verbunden. Die Ventilkammer 18 wird von einer Ausnehmung 19 des Ventilkörpers 12 gebildet. In einer Wand in der Ausnehmung 19 ist ein Abströmkanal 21 ausgebildet, der die Ventilkammer 18 mit dem Niederdruckbereich 8 verbindet.
An dem der Steuerkammer 14 gegenüberliegenden Ende des Ablaufkanals 16 ist in dem Ventilkörper 12 ein Sitz 22 ausgebildet. Der Sitz 22 wirkt im Ausführungsbeispiel mit einer Stirnfläche 20 eines als Schließglied wirkenden Ankerstifts 23 zusammen, welcher in Wirkverbindung mit einem gestuften Anker 25 angeordnet ist.
Hierbei ist der Anker 25 von einer in Längsrichtung verlaufenden Durchgangsbohrung 24 durchsetzt, in der der Ankerstift 23 druckfest, jedoch axial verschieblich aufgenommen ist. Der Durchmesser des Ankerstifts 23 entspricht dabei auf der dem Ablaufkanal 16 zugewandten Seite im Wesentlichen dem Durchmesser des Ablaufkanals 16 im Bereich des Sitzes 22, sodass das Magnetventil 100 als druckausgeglichenes Magnetventil 100 ausgebildet ist.
Der Anker 25 weist zwei Abschnitte 26 und 27 mit unterschiedlichen Durchmessern auf. Der erste Abschnitt 26, der auf der der Steuerkammer 14 abgewandten Seite angeordnet ist, weist hierbei den größeren Durchmesser auf. Hieran schließt sich der Abschnitt 27 an, welcher in einem oberhalb der Ventilkammer 18 angeordneten Wandabschnitt 29 im Ventilkörper 12 dichtend geführt ist.
Der Ventilkörper 12 weist auf der dem ersten Abschnitt 26 des Ankers 25 zugewandten Seite eine stegartig radial umlaufende Wand 30 auf. Die Wand 30 wird insbesondere durch eine als Dämpfungsraum 32 wirkende Ausnehmung 33 gebildet, die in der oberen Stirnfläche 35 des Ventilkörpers 12 ausgebildet ist. Der Dämpfungsraum 32 wird somit begrenzt von der Stirnfläche 35 und der Wand 30 im Ventilkörper 12, sowie der zugewandten Stirnfläche 36 des Ankers 12.
In der in der 3 dargestellten Schließstellung des Magnetventils 100 ist zwischen der Wand 30 und der Stirnfläche 36 des Ankers 25 ein Spalt 37 ausgebildet, welcher als Drosselspalt wirkt. Vorzugsweise weist der Spalt 37 eine Größe zwischen 10 μm und 30 μm auf, wenn die ringförmige Dämpfungsfläche 38 mehr als 40 mm² beträgt.
Der Anker 25 wirkt mit einem Magneten 40 zusammen. Der Magnet 40 weist einen Magnetkern 41 mit darin eingebetteter Spule 42 auf. Der Magnet 40 ist mittels einer Spannschraube 43 gegen eine Stufe 44 im Injektorkörper 9 axial verspannt.
Über die Bewegung des Ankers 25 lässt sich die Öffnungs- bzw. Schließbewegung des Schließgliedes bzw. des Ankerstifts 23 steuern. Im unbestromten Zustand des Magneten 40 wird der Anker 25 mittels einer in einer Durchgangsbohrung des Magnetkerns 41 angeordneten Druckfeder 45 mit seiner Stirnfläche 20 auf dem Sitz 22 anliegt und somit den Ablaufkanal 16 verschließt. Wird nun der Magnet 40 bestromt, so wird der Anker 25 in Richtung des Magnetkerns 41 gezogen. Daraus resultiert eine Öffnungsbewegung des Ankers 25. Die Bewegungscharakteristik des Ankers 25 wird hierbei durch das in dem Dämpfungsraum 32 unter niedrigem Druck stehende Dämpfungsmittel (Kraftstoff) sowie ggf. durch die Dimensionierung des Abströmkanals 23 bestimmt. So wird beim Schließen des Ankers 25 das zwischenzeitlich in dem Dämpfungsraum 32 über den Spalt 37 eingeströmte Kraftstoffvolumen über den Spalt 37 aus dem Dämpfungsraum 32 verdrängt. Hierdurch wird die Schließbewegung des Ankers 25 und somit auch des Ankerstifts 23 gedämpft.
Der soweit dargestellte und beschriebene Kraftstoff-Injektor 1 bzw. Magnetventil 100 lässt sich in vielfältiger Art und Weise modifizieren bzw. abwandeln, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht in einer Ausbildung eines Dämpfungsraums zwischen einem insbesondere als Führungselement wirkenden Ventilkörper und einem mit dem Ventilkörper zusammenwirkenden Anker. Insbesondere ist es auch denkbar, dass der Dämpfungsraum 32 zum Beispiel über zwei umlaufende Wände (entsprechend der Wand 30) ausgebildet wird. In diesem Fall muss zum Beispiel der Abschnitt 27 des Ankers 25 nicht dichtend geführt sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der Abschnitt 26 ggf. dichtend geführt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009045728 A1 [0002]

Claims

Magnetventil (100), mit einem von einer Magnetspule (42) betätigbaren Magnetanker (25), der mittel- oder unmittelbar mit einem Schließglied (23) zusammenwirkt oder als Schließglied wirkt, das einen Durchlass (16) für ein Fluid steuert, mit einem Führungselement (12) für den Magnetanker (25), wobei das Schließglied (23) in unbestromtem Zustand der Magnetspule (42) mittels einer Druckfeder (45) gegen einen den Durchlass (16) begrenzenden Ventilsitz (22) gedrückt ist und diesen schließt und wobei eine Bewegung des Schließgliedes (23) zumindest in Richtung des Ventilsitzes (22) mittels einer Dämpfungseinrichtung verzögerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung einen Dämpfungsraum (32) aufweist, der zwischen dem Führungselement (12) und dem Magnetanker (25) gebildet ist und, dass der Dämpfungsraum (32) über wenigstens eine Verbindung (37) mit einem Niederdruckbereich (8) verbunden ist und, dass die Verbindung über einen zwischen dem Führungselement (12) und der zugewandten Stirnfläche (36) des Magnetankers (25) ausgebildeten, radial umlaufenden Drosselspalt (37) erfolgt.
Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsraum (32) als Ausnehmung (33) ausgebildet ist.
Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (25) in Richtung des Schließgliedes (23) einen im Durchmesser reduzierten Abschnitt (27) aufweist, wobei der Durchmesser des Abschnitts (27) geringer ist als der Durchmesser eines der Magnetspule (42) zugewandten ersten Abschnitts (26), und dass entweder der im Durchmesser reduzierte Abschnitt (27) oder der erste Abschnitt (26) dichtend geführt ist.
Magnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der im Durchmesser reduzierte Abschnitt (27) in dem Führungselement (12) dichtend geführt ist.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselspalt (37) durch einen am Führungselement (12) ausgebildete, stegartige Wand (30) gebildet ist.
Magnetventil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schließstellung des Schließgliedes (23) zwischen der Wand (30) und der zugewandten Stirnfläche (36) des Magnetankers (25) der Drosselspalt (67) ausgebildet ist, dass der Dämpfungsraum (32) eine Dämpfungsfläche (38) aufweist und, dass die Größe des Drosselspalts (37) zwischen 10 μm und 30 μm bei einer Dämpfungsfläche (38) von mehr als 40 mm² beträgt.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil (100) als druckausgeglichenes Ventil ausgebildet ist.
Kraftstoff-Injektor (1), insbesondere Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem Magnetventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.