DE102011078564A1

DE102011078564A1 - Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor und Kraftstoffinjektor

Info

Publication number: DE102011078564A1
Application number: DE102011078564A
Authority: DE
Inventors: Gerald Aydt; Anastassios Hondroulidis
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2013-01-10
Also published as: WO2013004457A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil (10; 10a) für einen Kraftstoffinjektor (1), mit einem in einem Injektorgehäuse (11) angeordneten Ventilstück (25; 25a) und einem von einem Stellelement (43), vorzugsweise einer Magnetspule betätigbaren Magentanker (33), der axial beweglich geführt ist, und der mit einer Schließkraft gegen einen am Ventilstück (25; 25a) ausgebildeten Ventilsitz (30) drückt, wobei zwischen dem Magnetanker (33) und dem Ventilstück (25; 25a) eine Ventilkammer (35) ausgebildet ist, die über eine Ablaufbohrung (41) mit einem Steuerraum (20) für eine Düsennadel hydraulisch verbunden ist, wobei die Ventilkammer (35) über den Ventilsitz (30) in einen Niederdruckraum (21) druckentlastbar ist, und wobei der Magnetanker (33) in einem im Durchmesser verringerten, hülsenförmigen Bereich (26) von einem ringförmigen, wenigstens eine Durchlassöffnung aufweisenden Element umgeben ist, über das Kraftstoff in Richtung des Niederdruckraums (21) abströmt. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Element als ein mit dem hülsenförmigen Bereich (26) des Magnetankers (33) oder dem Ventilstück (25a) nicht verbundenes Abschirmelement (50; 50a) für den Kraftstoff ausgebildet ist, und dass die wenigstens eine Durchlassöffnung (52) als Drosselöffnung zwischen dem hülsenförmigen Bereich (26) des Magnetankers (33) oder dem Ventilstück (25a) und dem Abschirmelement (50; 50a) ausgebildet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit einem erfindungsgemäßen Steuerventil.
Ein derartiges Steuerventil ist aus der DE 10 2007 047 425 A1 der Anmelderin bekannt. Das bekannte Steuerventil weist einen Magnetanker auf, dessen dem Ventilsitz zugewandtes, im Durchmesser verringertes Ende von einem ringförmigen Führungselement umgeben ist, das den Anker bei seiner Auf- und Abwärtsbewegung radial führt. Hierzu ist es erforderlich, dass das Führungselement zum einen eine axiale Beweglichkeit aufweist, und zum anderen in radialer Richtung eine gewisse Steifigkeit. Das aus der genannten Schrift bekannte Führungselement ist mit dem Magnetanker verbunden, damit er ihn bei der Auf- und Abwärtsbewegung führen kann. Darüber hinaus sind in dem bekannten, membranartigen Führungselement Durchlassöffnungen vorgesehen, über die Kraftstoff bei von seinem Sitz abgehobenem Magnetanker aus einem Steuerraum und eine Ablaufbohrung in einem Ventilstück in Richtung eines Niederdruckraums strömen kann, von wo aus der Kraftstoff in den Kraftstoffrücklauf gelangt.
Die bei dem bekannten Führungselement vorgesehenen Durchlassöffnungen sind insbesondere über den gesamten Querschnitt des Führungselementes gleichmäßig angeordnet, derart, dass der Kraftstoff das Führungselement in einer Richtung parallel zur Längsachse des Steuerventils durchströmen kann. Bei einem relativ geringen Abstand zwischen dem eine Ankerplatte aufweisenden Magnetanker und dem Führungselement hat sich herausgestellt, dass durch das Durchströmen der Durchlassöffnungen der Kraftstoff (axial) auf die Ankerplatte trifft und somit einen zusätzlichen Einfluss auf die Öffnungs- bzw. Schließgeschwindigkeit des Magnetankers ausübt. Dieser Einfluss ist umso größer, je geringer der Abstand zwischen dem Führungselement und der Ankerplatte ist. Durch diesen Effekt ergibt sich ein über die Ansteuerdauer des Steuerventils nichtlinearer Verlauf der Bewegung des Magnetankers, was wiederum zu einem nichtlinearen Verlauf im Mengenkennfeld (Menge der abgeführten Steuermenge über die Ansteuerdauer des Steuerventils) des Kraftstoffinjektors führen kann.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass der Einfluss des durch wenigstens eine Durchlassöffnung strömenden Kraftstoffs auf das Stellelement, insbesondere die Ankerplatte des Magnetankers, reduziert wird, um damit einen möglichst linearen Verlauf der Bewegung des Magnetanker zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das beim Stand der Technik als Führungselement für den Magnetanker ausgebildete Element als mit dem Magnetanker nicht verbundenes Abschirmelement für den Kraftstoff ausgebildet ist, und dass die wenigstens eine Durchlassöffnung als Drosselöffnung zwischen dem Magentanker oder einem Ventilstück und dem Abschirmelement ausgebildet ist. Dadurch wird es erfindungsgemäß ermöglicht, den größten Teil des (plattenförmigen) Bereichs des Ankers vor dem direkten Auftreffen des Kraftstoffs beim Durchströmen der Durchlassöffnung zu schützen, wodurch die angesprochenen nichtlinearen Auswirkungen des Durchströmens der wenigstens einen Durchlassöffnung vermindert werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Steuerventils sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
In der einfachsten konstruktiven Ausgestaltung der wenigstens einen Durchlassöffnung ist diese als Ringspalt ausgebildet. Dadurch wird eine besonders einfache Herstellbarkeit des Abschirmelements sowie ein relativ großer Strömungsquerschnitt für den abströmenden Kraftstoff erzielt.
Um insgesamt einen möglichst großen Strömungsquerschnitt für den durch das Abschirmelement durchströmenden Kraftstoff zu erzeugen ist es zusätzlich bzw. alternativ auch möglich, dass die wenigstens eine Durchlassöffnung in Bezug zur Längsachse des Steuerventils schräg angeordnet ist, so dass der durch die wenigstens eine Durchlassöffnung strömende Kraftstoff eine radiale Strömungskomponente aufweist. Hierbei ist der Einfluss des durchströmenden Kraftstoffs auf die Ankerplatte des Magnetankers desto geringer, je größer die radiale Strömungskomponente ist, d.h. desto schräger die wenigstens eine Durchlassöffnung in Bezug auf die Längsachse des Steuerventils angeordnet ist.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die wenigstens eine Durchlassöffnung in Ausrichtung mit dem zwischen dem Magnetanker und einem Gehäuseteil ausgebildeten Durchflussspalt ausgerichtet ist. Dadurch wird ebenfalls ein direktes Anströmen des Magnetankers vermindert bzw. verhindert.
Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass das angesprochene Gehäuseteil einen Hinterschnitt ausbildet, und dass die wenigstens eine Durchlassöffnung in Ausrichtung mit dem Hinterschnitt angeordnet ist. Das bedeutet, dass der durch das Abschirmelement strömende Kraftstoff zunächst auf das Gehäuseteil im Bereich des Hinterschnitts auftrifft, bevor er auf den Magnetanker auftreffen kann.
Ganz besonders bevorzugt bei allen Varianten ist es vorgesehen, dass mehrere, vorzugsweise in gleich großen Winkelabständen angeordnete Durchlassöffnungen vorgesehen sind. Dadurch wird insgesamt gesehen ein besonders großer Durchflussquerschnitt für den Kraftstoff erzeugt, so dass die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Bewegungsimpuls des Kraftstoffs auf den Magnetanker relativ gering ist.
Um stets eine gezielte Ausrichtung der Durchlassöffnungen auch bei Druckschwankungen zu ermöglichen, ist es darüber hinaus bevorzugt vorgesehen, dass das Abschirmelement aus einem starren Material besteht.
Das Abschirmelement lässt sich besonders einfach und mit geringem Aufwand montieren, wenn es zwischen dem Ventilkörper oder dem Injektorgehäuse und einem den Magnetanker radial umgebenden Gehäuseteil axial eingespannt ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in:
1 einen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor im Bereich eines erfindungsgemäßen Steuerventils und
2 einen Ausschnitt aus dem Steuerventil gemäß 1 bei einer gegenüber der 1 abgewandelten Ausführungsform des Steuerventils, ebenfalls in Längsschnitt.
Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
In den Figuren ist ein Ausschnitt eines Kraftstoffinjektors 1 dargestellt, wie er insbesondere als Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Systems zum Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht gezeigten Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dient. Der Kraftstoffinjektor 1 weist in dem dargestellten Ausschnitt ein erfindungsgemäßes Steuerventil 10 auf, das in einem Injektorgehäuse 11 des Kraftstoffinjektors 1 eingesetzt ist. In der 1 erkennt man ferner einen Ventilkörper 12, einen Düsennadelkolben 13 einer nicht dargestellten Düsennadel, ein elektromagnetisches Stellelement 14 und ein Gehäuseteil 15 für das Stellelement 14. Das Steuerventil 10 und das elektromagnetische Stellelement 14 bilden ein Servo-Ventil für den Kraftstoffinjektor 1 aus.
Der Ventilkörper 12 umfasst einen Flanschabschnitt 18 und einen Führungsabschnitt 19 zur axialen Führung des Düsennadelkolbens 13. Der Ventilkörper 12 ist mit dem Flanschabschnitt 18 im Injektorgehäuse 11 hydraulisch dicht eingesetzt und trennt einen Niederdruckraum 21 von einem Hochdruckraum 22. Dem Hochdruckraum 22 wird über eine Hochdruckbohrung 23 Kraftstoff aus einem Kraftstoffspeicher (Common-Rail) der Dieseleinspritzeinrichtung zugeführt. Im Führungsabschnitt 19 ist ein Steuerraum 20 ausgebildet, dem der Düsennadelkolben 13 mit einer Druckfläche ausgesetzt ist. Vom Hochdruckraum 22 führt eine Zulaufbohrung 24 mit einer Zulaufdrossel in den Steuerraum 20.
Das Steuerventil 10 umfasst ein am Flanschabschnitt 18 ausgebildetes Ventilstück 25, eine Ventilhülse 26, einen Führungsbolzen 27 sowie eine Ventilfeder 28. Am Ventilstück 25 ist ein Ventilsitz 30 ausgebildet, der mit einer an der Ventilhülse 26 ausgebildeten Dichtkante 31 zusammenwirkt und eine Ventilkammer 35 vom Niederdruckraum 21 trennt. Die Ventilhülse 26 weist ferner eine Führungsbohrung 32 und einen tellerförmigen Magnetanker 33 auf, der eine Ankerplatte 34 aufweist. Die Ventilhülse 26 ist mit der Führungsbohrung 32 am Führungsbolzen 27 axial beweglich geführt. Die Ventilkammer 35 wird weiterhin von einer Stirnfläche des Führungsbolzens 27 begrenzt. Der Führungsbolzen 27 liegt mit seiner der Ventilkammer 35 abgewandten Stirnfläche an einer mit dem Gehäuseteil 15 verbundenen Auflageplatte 39 an. Die Ventilkammer 35 ist über eine Ablaufbohrung 41 mit einer Ablaufdrossel 42 mit dem Steuerraum 20 hydraulisch verbunden.
Das Stellelement 14 umfasst eine Magnetspule 43 und einen Magnetkern 44, wobei der Magnetkern 44 im Gehäuseteil 15 fixiert ist. Dazu ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Spannring 45 vorgesehen, der mittels der Auflageplatte 39 den Magnetkern 44 im Gehäuseteil 15 fixiert.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Ventilhülse 26 am Magentanker 33 im Bereich nahe des Ventilstücks 25 von einem Abschirmelement 50 radial umgeben ist. Das insbesondere aus einem starren Material, vorzugsweise aus Metall, bestehende Abschirmelement 50 ist dabei im dargestellten Ausführungsbeispiel axial zwischen dem Gehäuseteil 15 und dem Flanschabschnitt 18 eingespannt.
Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass das Abschirmelement 50 zwischen dem Injektorgehäuse 11 und dem Gehäuseteil 15 axial eingespannt ist.
Zwischen dem Abschirmelement 50 und der Ventilhülse 26 ist ein ringförmiger Durchflussspalt 51 ausgebildet, durch den Kraftstoff aus dem Steuerraum 20, die Ablaufbohrung 41, die Ventilkammer 35 und die Dichtkante 31 in den Niederdruckraum 22 auf der dem Steuerraum 20 gegenüberliegenden Seite des Abschirmelements 50 abströmen kann. Das Abschirmelement 50 ist dabei mit der Ventilhülse 26 nicht verbunden. Der Durchflussspalt 51 bildet somit eine Durchlassöffnung 52 in Form einer Drosselöffnung für den Kraftstoff aus, derart, dass der größte Teil der Querschnittsfläche der Ankerplatte 34 des Magnetankers 33 von dem strömenden Kraftstoff nicht direkt angeströmt wird.
In der 2 ist ein abgewandeltes Steuerventil 10a dargestellt. Bei dem Steuerventil 10a ragt der Führungsbolzen 27a mit seiner dem Steuerraum 20 zugewandten Seite in die Ablaufbohrung 41 hinein. Ferner ist die Ventilhülse 26 im Durchmesser derart ausgebildet, dass diese radial bündig mit dem dornartig verlängerten Ventilstück 25a abschließt, wobei in dem einstückig mit dem Ventilkörper 12 verbundenen Ventilstück 25a Durchlassöffnungen 58 für Kraftstoff ausgebildet sind. Ferner erkennt man, dass das Gehäuseteil 15a auf der dem Steuerraum 20 abgewandten Seite des Abschirmelements 50a eine kegelförmig ausgebildete Fläche 53 aufweist, so dass zwischen dem Abschirmelement 50a und der Fläche 53 ein Hinterschnitt 54 ausgebildet wird. Das Gehäuseteil 15a weist weiterhin einen radial innen liegenden, stegförmigen Wandabschnitt 55 auf, zwischen dem und dem Magnetanker 33 ein Durchflussspalt 56 für den Kraftstoff ausgebildet ist.
Das Abschirmelement 50a umfasst neben dem Durchflussspalt 51 zusätzlich weitere Durchlassöffnungen 52a bzw. 52b, wobei die einen Durchlassöffnungen 52a beispielhaft in Ausrichtung mit der Längsachse 57 des Steuerventils 10a ausgerichtet sind, derart, dass diese mit dem Durchflussspalt 56 ausgerichtet sind. Demgegenüber sind die Durchlassöffnungen 52b in Bezug zur Längsachse 57 in einem schrägen Winkel angeordnet, derart, dass das Druckmittel beim Durchströmen der Durchlassöffnungen 52b in den Bereich des Hinterschnitts 54 gerät, bevor es anschließend über den Durchflussspalt 56 den Bereich des Magnetankers 33 passiert. Der durch die Durchlassöffnung 52b strömende Kraftstoff weist somit eine radiale Strömungskomponente auf. Der Einfachheit halber ist in der 2 jeweils nur eine Durchlassöffnung 52a, 52b dargestellt.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass mehrere Durchlassöffnungen 52a, 52b (entweder Durchlassöffnungen 52a oder 52b, oder eine Kombination der Durchlassöffnungen 52a, 52b), vorzugsweise in gleichgroßen Winkelabständen zueinander im Bereich des Abschirmelements 50a angeordnet sind. Durch die Ausrichtung bzw. Anordnung der Durchlassöffnungen 52a, 52b wird ein direktes Auftreffen des das Abschirmelement 50a durchströmenden Kraftstoffs auf dem Magnetanker 33 verhindert.
Das soweit beschriebene Steuerventil 10, 10a sowie der Kraftstoffinjektor 1 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007047425 A1 [0002]

Claims

Steuerventil (10; 10a) für einen Kraftstoffinjektor (1), mit einem in einem Injektorgehäuse (11) angeordneten Ventilstück (25; 25a) und einem von einer Magnetspule (43) betätigbaren Magentanker (33), der axial beweglich geführt ist, und der mit einer Schließkraft gegen einen am Ventilstück (25; 25a) ausgebildeten Ventilsitz (30) drückt, wobei zwischen dem Magnetanker (33) und dem Ventilstück (25; 25a) eine Ventilkammer (35) ausgebildet ist, die über eine Ablaufbohrung (41) mit einem Steuerraum (20) für eine Düsennadel hydraulisch verbunden ist, wobei die Ventilkammer (35) über den Ventilsitz (30) in einen Niederdruckraum (21) druckentlastbar ist, und wobei der Magnetanker (33) in einem im Durchmesser verringerten, hülsenförmigen Bereich (26) von einem ringförmigen, wenigstens eine Durchlassöffnung (52) aufweisenden Element umgeben ist, über die Kraftstoff aus der Ventilkammer (35) in Richtung des Niederdruckraums (21) abströmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Element als ein mit dem hülsenförmigen Bereich (26) des Magnetankers (33) nicht verbundenes Abschirmelement (50) für den Kraftstoff ausgebildet ist, und dass die wenigstens eine Durchlassöffnung (52) als Drosselöffnung zwischen dem hülsenförmigen Bereich (26) des Magnetankers (33) und dem Abschirmelement (50) ausgebildet ist, oder dass das Element als ein mit dem Ventilstück (25a) nicht verbundenes Abschirmelement (50a) für den Kraftstoff ausgebildet ist, und dass die wenigstens eine Durchlassöffnung (52) als Drosselöffnung zwischen dem Ventilstück (25a) und dem Abschirmelement (50a) ausgebildet ist.
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Durchlassöffnung (52) als Ringspalt ausgebildet ist.
Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Durchlassöffnung (52b) in Bezug zur Längsachse (57) des Steuerventils (10a) vorzugsweise schräg angeordnet ist, so dass der durch die wenigstens eine Durchlassöffnung (52b) strömende Kraftstoff eine radiale Strömungskomponente aufweist.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Durchlassöffnung (52a) in Ausrichtung mit einem zwischen dem Magnetanker (33) und einem Gehäuseteil (15a) ausgebildeten Durchflussspalt (56) angeordnet ist.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuseteil (15a) einen Hinterschnitt (54) ausbildet, und dass die wenigstens eine Durchlassöffnung (52b) in Ausrichtung mit dem Hinterschnitt (54) angeordnet ist.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, vorzugsweise in gleich großen Winkelabständen angeordnete Durchlassöffnungen (52a; 52b) vorgesehen sind.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (50 50a) aus einem starren Material besteht.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (50; 50a) zwischen einem Ventilkörper (12) oder dem Injektorgehäuse (11) und einem den Magnetanker (33) radial umgebenden Gehäuseteil (15; 15a) axial eingespannt ist.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (33) eine Ankerplatte (34) aufweist.
Kraftstoffinjektor (1) mit einem Steuerventil (10; 10a) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.