DE102008041595A1

DE102008041595A1 - Quetschspalt zur hydraulischen Dämpfung

Info

Publication number: DE102008041595A1
Application number: DE200810041595
Authority: DE
Inventors: Matthias Burger; Hans-Christoph Magel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2010-03-04

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetventil (38), insbesondere zur Betätigung eines Kraftstoffinjektors (40). Das Magnetventil (38) umfasst eine Magnetgruppe (42) zur Betätigung eines Ventilglieds (60, 62). Dieses öffnet oder verschließt einen Ventilsitz (58). Zwischen dem Ventilglied (60, 62) und der Magnetgruppe (42) ist ein einen Quetschspalt (78) begrenzender Hubanschlag (80) vorgesehen. Der Quetschspalt (78) ist mit Hydraulikfluid befüllt. Bei der Schließbewegung des Ventilgliedes (60, 62) zum Schließen des Ventilsitzes (58) tritt im Quetschspalt (78) Kavitation auf.

Description

Stand der Technik
Bei der Entwicklung von Verbrennungskraftmaschinen hat die Einhaltung von Schadstoffgrenzwerten höchste Priorität. Das Common-Rail-Einspritzsystem hat einen entscheidenden Beitrag zur Reduzierung der Schadstoffemissionen an Verbrennungskraftmaschinen geleistet. Vorteil dieses Hochdruckspeichereinspritzsystems (Common-Rail) liegt in der Unabhängigkeit des Einspritzdrucks von Drehzahl und Last der Verbrennungskraftmaschine. Für die Einhaltung zukünftiger Abgasgrenzwerte ist jedoch gerade bei selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen eine signifikante Erhöhung des Einspritzdrucks erforderlich. Neueste Kraftstoffinjektoren für höchste Einspritzdrücke werden leckagefrei ausgeführt, indem auf eine Niederdruckstufe verzichtet wird. Durch das Fehlen dieser Niederdruckstufe stehen zur Betätigung des in der Regel nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes nur geringe Schließkräfte zur Verfügung. Dies führt zu steilen Kennfeldern und somit zu einer schlechten Kleinstmengenfähigkeit derart konzipierter Kraftstoffinjektoren.
Dieser Nachteil kann durch schnell schaltende Ventile, wie zum Beispiel schnell schaltende Magnetventile kompensiert werden. Bei schnell schaltenden Ventilen tritt jedoch das Problem auf, dass durch Prellererscheinungen Kennfeldwelligkeiten auftreten. Unter Prellen wird das ungewollte Wieder-Verlassen des Ventilsitzes durch das mit höherer Aufschlagenergie in den Ventilsitz auftreffende Schließelement und ein aufgrund der Elastizität der Materialien erfolgendes Zurückprellen in Öffnungsrichtung verstanden. Das Prellen des Ventilgliedes tritt insbesondere bei hart ausgeführten Hubanschlägen bei Metall/Metall-Kontakt in Verbindung mit einer schnell schaltenden Ventilnadel eines den Kraftstoffinjektor betätigenden Magnetventiles auf. Um den harten Aufschlag der Ventilnadel im Ventilsitz bzw. das harte Aufschlagen des Schließelementes im Ventilsitz zu dämpfen, werden heutzutage Quetschspalte ausgeführt, um die Aufprallenergie auf hydraulischem Wege abzubauen. Quetschspalte haben jedoch die negative Eigenschaft, dass beim Schließen der Ventilnadel eine hydraulische Kraft auftritt, die eben dieses Schließen verzögert. Dieser Effekt wird hydraulisches Kleben genannt. Das hydraulische Kleben ist von äußeren Einflüssen wie zum Beispiel druck- und temperaturabhängig und führt deshalb zu Streuungen von Hub zu Hub des Einspritzventilgliedes. Prellerscheinungen treten nicht nur beim Öffnen sondern auch beim Schließen der Ventilnadel in Erscheinung. Diese Preller haben einen besonders negativen Einfluss auf die Injektorfunktion und führen im Allgemeinen zu großen Hub/-Hub-Streuungen und damit zu einer ungünstigen Reproduzierbarkeit von Einspritzmengen.
Anders als beim Hubanschlag, zum Beispiel an einer Anschlaghülse im Magnetkern, kann am Ventilsitz aufgrund seiner Dichtfunktion kein Quetschspalt ausgeführt werden. Ein hoher Anschlagimpuls der Ventilnadel im Ventilsitz führt nicht nur zu Prellerscheinungen beim Schließen sondern auch zu einem signifikant gesteigerten Ventilsitzverschleiß.
In 1 ist ein typischer Quetschspalt dargestellt. Gemäß der dort dargestellten Bewegung wird eine Druckstange in vertikale Richtung nach oben bewegt und ein Quetschspalt leergedrückt. Bei Unterschreitung einer bestimmten Spalthöhe wird die Strömung in diesem Spalt hochviskos. Das Auftreten dieser Schmierspaltströmung, mit hochviskosen Eigenschaften ist letztendlich für die hydraulische Dämpfung ursächlich. Der Durchfluss durch einen dermaßen verkleinerten Schmierspalt ist proportional zur dritten Potenz der Spalthöhe und linear proportional zum anliegenden Druckgradienten. Fahrt die Druckstange mit hoher Geschwindigkeit an den Anschlag, so steigt der Druck in diesem Quetschspalt signifikant an. Diese Druckkraft wirkt der Nadelbewegung entgegen, das nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied wird ohne dass Prellerscheinungen auftreten, abgebremst.
In 2 wird die Druckstange nach erfolgtem Anschlag nach unten bewegt. Bei der Abwärtsbewegung muss der Quetschspalt, der zuvor leergedrückt wurde, hingegen wieder mit Hydraulikflüssigkeit, vorzugsweise Kraftstoff, befüllt werden. Aufgrund der sich im Quetschspalt einstellenden Schmierspaltströmung ist der Zufluss in den Quetschspalt jedoch extrem gering. Dies führt zu einer negativen Druckkraft und somit zu einer Verzögerung, bis die kritische Spalthöhe erreicht und überwunden wird und die Zuströmung steigt. Dieser unerwünschte Effekt wird als hydraulisches Kleben bezeichnet. Das hydraulische Kleben führt somit zu einer schlechten Leistungsfähigkeit des Ventiles. Obwohl die Ventilbewegung an sich schnell ist, tritt eine starke Verzögerung beim Schließen auf, was insgesamt wiederum zu einer langen Schaltzeit führt. Aus den dargelegten Gründen wäre ein Hubanschlag ideal, bei dem der Einschlag der Ventilnadel mit einem Quetschspalt gedämpft wird, beim Schließen jedoch keine Verzögerung auftritt.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hubanschlag, insbesondere für ein schnell schaltendes Magnetventil bereitzustellen, welches eine hohe Schaltgeschwindigkeit aufweist, bei dessen Schließen jedoch keine Verzögerungen auftreten.
Erfindungsgemäß wird ein Magnetaktor vorgeschlagen, bei dem ein mechanisches Prellen am Anschlag derart verhindert wird, dass dort kein hydraulisches Kleben beim Trennen der Bauteile, d. h. beim Schließen der Ventilnadel auftritt. Mit Ventilnadel wird im vorliegenden Zusammenhang im Allgemeinen ein Ventilglied, welches über eine Ankergruppe eines Magnetankers betätigt wird, bezeichnet.
Eine Hubbewegung des nadelförmigen Ventilgliedes wird bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetaktor, bei dem es sich insbesondere um ein Magnetventil handelt, über einen mechanischen Anschlag begrenzt. Um ein Prellen zu vermeiden, wird der Hubanschlag als Quetschspalt ausgebildet. Unter Prellen wird im vorliegenden Zusammenhang das ungewollte Wieder-Verlassen des Ventilsitzes durch das mit höherer Aufschlagenergie in den Ventilsitz auftreffende Schließelement bzw. Ventilglied und ein aufgrund der Elastizität der Materialien erfolgendes Zurückgrellen in Öffnungsrichtung verstanden. Um dieses Prellen zu vermeiden, ist der obere Hubanschlag der Ankergruppe, eine Ankerplatte und ein mit diesem verbundenes hülsenförmiges Ventilglied, d. h. die Ventilnadel, umfassend als Quetschspalt ausgebildet. Beim Öffnen des Ventilsitzes fährt das Ventilglied, d. h. Ankerplatte und Ventilnadel nach oben auf und drückt den Quetschspalt leer. Gerade bei kleinen Spalten sorgen die viskosen Strömungskräfte für eine entsprechende Dämpfung, da der Durchfluss durch diesen Quetschspalt proportional zur dritten Potenz der Spalthöhe und linear proportional zum Druckgradienten wird. Aufgrund der sich bei Unterschreitung einer bestimmten Spalthöhe einstellende, hochviskose Strömung, steigt der Druck im Spalt signifikant an, dies bedeutet, dass das auf den oberen Hubanschlag fahrende Ventilglied, d. h. die Ventilnadel mit daran ausgebildeter Ankerplatte ohne Prellen abgebremst werden kann.
Um ein hydraulisches Kleben beim Schließen des Ventilgliedes zu verhindern, ist der Quetschspalt so ausgelegt, dass beim Lösen der Ventilnadel, d. h. der Ankerplatte des Ventilgliedes von diesem Kavitation auftritt. Kavitation tritt bei geringen Drücken auf und führt zu einer spontanen Volumenzunahme im Quetschspalt. Dadurch wird erreicht, dass sich die Bauteile spontan voneinander lösen, in diesem Falle, dass sich die Ankerplatte des Ventilgliedes spontan vom Innenpol des Elektromagneten vorgesehenen Anschlag löst, ohne dass hydraulisches Kleben auftritt. In vorteilhafter Weise wird die Schließfeder, die die Ankerbaugruppe, d. h. die Ankerplatte samt daran aufgenommenen Ventilglied wieder in seinen Sitz stellt, so stark ausgelegt, dass der Dampfdruck, der sieh im Quetschspalt einstellen soll, mit Hilfe der Federkraft unterschritten wird. Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung von Kavitation in eben diesem Quetschspalt liegt darin, die Quetschspaltfläche zu reduzieren.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Reduzierung des Umgebungsdruckes. Bei der Auslegung ist dafür Sorge zu tragen, dass der Quotient aus Federkraft und Quetschspaltfläche größer ist als der Umgebungsdruck abzüglich des Dampfdruckes, der seinerseits Temperaturabhängig ist, gemäß der nachfolgenden Beziehung:
Durch die Reduzierung des Umgebungsdruckes wird in vorteilhafter Weise nur die Verzögerung beim Schließen reduziert, während die Anschlagdämpfung beim Öffnen des Ventilgliedes in vollem Umfang erhalten bleibt. Unter Umgebungsdruck wird im vorliegenden Zusammenhang der im System herrschende hydraulische Druck verstanden. Beim Anschlagen, d. h. beim Öffnen der Ankerbaugruppe stellt sich ein Überdruck und beim Lösen derselben ein Unterdruck ein.
Der sich einstellende Dampfdruck der eingesetzten Hydraulikflüssigkeit, d. h. Kraftstoff, ist temperaturabhängig. Um Streuungen beim Schließvorgang zu vermeiden, wird in vorteilhafter Weise der Dampfdruck bei der niedrigsten auftretenden Betriebstemperatur zugrunde gelegt. Dadurch ist sichergestellt, dass Kavitationserscheinungen in jedem Betriebszustand des Magnetaktors auftreten.
Kurie Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
1 den Effekt der hydraulischen Dämpfung an einem Beispiel einer Anschlagscheibe und einer Gehäusestirnseite,
2 ein Effekt des hydraulischen Klebens zwischen der Stirnseite des Gehäuses und einer Stirnseite der Anschlagscheibe, vergleichbar mit 1 und
3 einen Schnitt durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektor, mit Magnetventil und einem Quetschspalt, in dem Kavitation erzeugt wird.
Ausführungsformen
Wie der Darstellung gemäß 1 zu entnehmen ist, führt eine Stange 10 eine Aufwärtsbewegung 20 aus. Die Stange 10 ist in einer Führung 16, die Teil eines Gehäuses 14 ist, geführt. Eine Stirnfläche des Gehäuses 14 ist durch Bezugszeichen 18 kenntlich gemacht. Der die Stange 10 und eine an dieser aufgenommenen Anschlagscheibe 12 sowie das Gehäuse 14 samt Führung 16 umgebende Raum, ist von einem Hydraulikfluid bzw. einer Hydraulikflüssigkeit 24 befüllt. Bei der Aufwärtsbewegung 20 der Anschlagscheibe 12, die einen Quetschspalt 32 begrenzt, tritt eine Abströmung 22 von Hydraulikflüssigkeit 24 aus dem Quetschspalt 32 auf. Der Quetschspalt 32 wird leergedrückt. Bei Unterschreiten einer bestimmten Spalte h wird die Strömung im Quetschspalt 78 hochviskos. Das Auftreten dieser Schmierspaltströmung ist letztendlich für die Realisierung der hydraulischen Dämpfung verantwortlich. Der Durchfluss, d. h. die Abströmung 22 aus dem Quetschspalt 32 ist dann proportional zur dritten Potenz der Spalthöhe h und linear proportional zum anlegenden Druckgradienten. Fährt die Stange 10 mit hoher Geschwindigkeit an die Innenseite 14, steigt der Druck im Quetschspalt 32 signifikant an. Diese Druckkraft wirkt entgegen der Bewegung der Druckstange 10 und bremst die Anschlagscheibe 12 vor einem Kontakt mit der Stirnfläche 18 des Gehäuses 14 ab. Dies bedeutet, dass die Druckstange 10 bzw. die an deren Umfang aufgenommenen Anschlagscheibe 12 ohne Prellen abgebremst wird.
Der Darstellung gemäß 2 sind die Verhältnisse beim Auftreten hydraulischen Klebens zu entnehmen.
Ausgehend von einem erfolgten Anschlag einer Stirnseite 30 der Anschlagscheibe 12 an der Stirnfläche 18 des Gehäuses 14, erfolgt eine Abwärtsbewegung 26 der Stange 10. Bei der Abwärtsbewegung 26 der Druckstange 10 entfernt sich die Stirnseite 30 der Anschlagscheibe 12 von der Stirnfläche 18 des Gehäuses 14, d. h. die variable Quetschspalthöhe h nimmt zu. Bei der Abwärtsbewegung 26 wird der Quetschspalt 32 wieder mit Hydraulikflüssigkeit 24 befüllt. Aufgrund der sich einstellenden Schmierspaltströmung ist der Zufluss in den Quetschspalt 32 jedoch extrem gering. Dies führt zu einer negativen Druckkraft und somit zu einer Verzögerung, bis eine kritische Spalte h erreicht wird und die Zuströmung in den Quetschspalt 32 wieder steigt. Dieser höchst unerwünschte Effekt wird hydraulisches Kleben genannt. Das hydraulische Kleben führt somit zu einer schlechten Leistungsfähigkeit beispielsweise eines Ventiles. Obwohl die Ventilbewegung an sich schnell ist, ist das Schließen stark verzögert, was auf das hydraulische Kleben zurückzuführen ist und die Schaltzeit verlängert.
Der Darstellung gemäß 3 ist ein erfindungsgemäß vorgeschlagener Kraftstoffinjektor mit einer Magnetgruppe zu entnehmen, zwischen der und einem Ventilglied ein Quetschspalt ausgeführt ist, an dem hydraulisches Kleben eliminiert ist.
3 zeigt, dass ein Kraftstoffinjektor 40 mittels eines Magnetventiles 38 betätigt wird. Das Magnetventil 38 umfasst eine Magnetgruppe 42, die in einem Gehäuse 76 des Kraftstoffinjektors 40, in dessen Kopfbereich angeordnet ist. Der Kraftstoffinjektor 40 umfasst darüber hinaus eine Ventilplatte 44. Innerhalb der Ventilplatte 44 verläuft ein Ablaufkanal 54 der eine Ablaufdrossel 56 aufweist. Die Ventilplatte 44 begrenzt einen Steuerraum 46, der über eine Zulaufdrossel 52 mit unter einem Systemdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist. Der Systemdruck ist der Druck, der in einem in 3 nicht dargestellten Hochdruckspeicherkörper (Common-Rail) durch ein diesen beaufschlagendes Förderaggregat, so zum Beispiel eine Hochdruckpumpe erzeugt wird und in der Größenordnung zwischen 1600 und 2000 bar liegt, eventuell auch höher.
Der Steuerraum 46 ist darüber hinaus von einer Stirnseite 50 eines in der Regel nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 48 begrenzt.
Wie aus der Darstellung gemäß 3 hervorgeht, mündet der Ablaufkanal 54 mit mindestens einer Ablaufdrossel 56 an einem Ventilsitz 58. Der Ventilsitz 58 ist auf einer Planseite 90 der Ventilplatte 44 ausgebildet und der Ausführungsvariante gemäß 3 als Flachsitz beschaffen. Anstelle des in 3 dargestellten Flachsitzes könnte auch ein Kegelsitz oder ein Kugelsitz als Ventilsitz 58 dienen.
Der Ventilsitz 58, hier als Flachsitz beschaffen, wird über ein Ventilglied 60 geöffnet oder geschlossen. Das Ventilglied 60, auch als Ventilnadel bezeichnet, ist ein hülsenförmiges Bauteil, an dessen Umfang ein Anker 62 in Gestalt einer Ankerplatte aufgenommen ist. Die der Magnetgruppe 42 zuweisende Planseite des Ankers 62 ist durch Bezugszeichen 66 bezeichnet. Das einstückige Ventilglied 60, den Anker bzw. die Ankerplatte 62 umfassend, ist an einer Führung 64 geführt und innerhalb eines Niederdruckraumes 38 innerhalb des Gehäuses 76 kraftausgeglichen. Das Ventilglied 60 bzw. der einstückig an diesem ausgebildete Anker 62 ist allseits von Kraftstoff umgeben, so dass die Betätigungskraft, die zum Öffnen des Ventilgliedes 60 erforderlich ist, relativ gering ist.
An der Führung 64, die in einen Druckstift 82 übergeht, ist eine Schließfeder 84 aufgenommen. Über die Schließfeder 84, die sieh an einer Verbreiterung des Druckstiftes 82 abstütze, ist das Ventilglied 60 mit daran ausgebildetem Anker 62 in Schließrichtung beaufschlagt, d. h. in den Ventilsitz 58 gestellt.
Beim Öffnen des Ventilsitzes 58 in den Niederdruckraum 68 austretender Kraftstoff wird über eine seitliche Ablaufnut 70 und eine mit dieser in Verbindung stehende Rücklaufbohrung 72 in den niederdruckseitigen Rücklauf 74 abgeleitet.
Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass zwischen der Planseite 66 des Ankers 62 am Ventilglied 60 und einem Innenpol eines Magnetkernes 88 der Magnetgruppe 42 ein Quetschspalt 78 definiert ist. Der Quetschspalt 78 wird einerseits durch die Planseite 66 des Ankers 62 begrenzt und andererseits von einem hier ringförmig ausgebildeten Hubanschlag 80, der in Ringform am Innenpol des Magnetkerns 88 ausgebildet ist. In den Magnetkern 88 ist eine Magnetspule 86 eingebettet.
Die Konfiguration des Quetschspaltes 78 zwischen dem Hubanschlag 80 und der Planseite 66 des Ankers 62 verhindert ein mechanisches Prellen Hubanschlag 80 derart, dass kein hydraulisches Kleben beim Trennen der Bauteile Hubanschlag 80 Anker 62 beim Schließen des Ventilsitzes 58 auftritt. Um ein Prellen des Ventilgliedes 60 mit daran ausgebildetem Anker 62 zu vermeiden, ist unterhalb des Hubanschlags 80 der Quetschspalt 78 ausgebildet. Beim Öffnen des Ventilsitzes 58 wird der Quetschspalt 78 leergedrückt, wie dies anhand der 1 bereits beschrieben wurde. Diese hydraulische Dämpfung wird bei kleinen Spalten aufgrund der viskosen Strömung erreicht. Dadurch wird ein Anschlag der Planseite 66 des Ankers 62 stark verzögert, Prellerscheinungen treten nicht auf.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Quetschspalt 78 ist so beschaffen, dass ein hydraulisches Kleben des Ankers 62 am Hubanschlag 80 verhindert wird. Dies erfolgt dadurch, dass beim Lösen des Ventilgliedes 60, das bedeutet des Ankers 62 vom Hubanschlag 80 im Quetschspalt 78 Kavitation auftritt. Kavitation tritt dann auf, wenn der Dampfdruck einer Flüssigkeit, im vorliegenden Falle des das Hydraulikfluid darstellenden Kraftstoffes, unterschritten wird, so dass sich eine spontane Volumenzunahme im Quetschspalt 78 und damit ein spontanes Lösen der Bauteile 80 bzw. 82 voneinander einstellt, ohne dass es zum Auftreten von hydraulischem Kleben kommt. In vorteilhafter Weise wird eine Trennung der Bauteile Anker 62 und Hubanschlag 80 am Innenpol des Magnetkerns 88 dadurch erreicht, dass die das Ventilglied 60 beaufschlagende Schließfeder 84 eine Federkraft erzeugt, die so stark. ist, dass der Dampfdruck im Quetschspalt 78 schnell unterschritten wird. Eine andere Möglichkeit, eine schnelle Trennung der Bauteile 80 und 62 herbeizuführen, liegt in der Auslegung der Quetschspaltfläche. Die Quetschspaltfläche ist die Fläche, die einerseits durch den ringförmigen Hubanschlag 80 sowie diesem gegenüberliegende korrespondierende Ringfläche auf der Planfläche 66 des Ankers 62 gebildet.
Eine weitere Möglichkeit zur Herbeiführung von Kavitationserscheinungen und damit zur Herbeiführung einer schnellen. Trennung des ringförmig ausgebildeten Hubanschlages 80 am Innenpol des Magnetkernes 88 und der diesem gegenüberliegenden, den Quetschspalt 78 begrenzenden Planseite 66 des Ankers 62, liegt in der Absenkung des Umgebungsdruckes. Unter Umgebungsdruck wird nachfolgend der Druck im hydraulischen System verstanden, der im vorliegenden Falle im Niederdruckraum 68 abgesenkt wird. Der Druck im Niederdruckraum 68 wird so eingestellt, dass der Umgebungsdruck p_umg abzüglich des temperaturabhängigen Dampfdruckes p_Dampf(ϑ) des Hydraulikmediums kleiner ist als der Quotient aus Federkraft der Schließfeder 84 und Quetschspaltspaltfläche gemäß der nachfolgenden Beziehung:
mit

p_Umg: Umgebungsdruck,
P_Dampf(ϑ): Dampfdruck des Hydraulikfluides,
F_Feder: Schließkraft der Feder 84,
A_Quetsch:: Quetschspaltfläche, gebildet durch den ringförmigen Hubanschlag 80 und der diesem gegenüberliegenden korrespondierenden Ringfläche in der Planfläche 66 des Ankers 62.

Durch die Absenkung des Druckes im Niederdruckraum 68 wird in vorteilhafter Weise hydraulisches Kleben beim Schließen des Ventilsitzes 78 reduziert bzw. in idealer Weise ganz ausgeschlossen, während die Dämpfungswirkung am Hubanschlag 80 in vollem Umfang erhalten bleibt. Dies findet seine Ursache daran, dass sich beim Anschlagen des der Planseite 66 des Ankers 62 am Quetschspalt 78 begrenzenden Hubanschlag 80 ein Überdruck und beim Lösen des Ankers 62 von diesem ein Unterdruck ausbildet.
Da der Dampfdruck der Hydraulikflüssigkeit, d. h. des Kraftstoffes, der im Niederdruckraum 68 bevorratet wird, temperaturabhängig ist, wird in vorteilhafter Weise der Dampfdruck zugrunde gelegt, der sich bei der niedrigsten Betriebstemperatur einstellt. ist der Dampfdruck bei der niedrigsten Betriebstemperatur zugrunde gelegt, können Streuungen beim Schließen aufgrund der Dampfdruckänderung der Hydraulikflüssigkeit mit der Tem peratur ausgeschlossen werden. Dadurch ist sichergestellt, dass Kavitation in jedem Betriebszustand in Erscheinung tritt, so dass in jedem Betriebszustand ein schnelles Lösen des Ankers 62 vom Hubanschlag 80 des Quetschspaltes 78 gewährleistet ist, so dass die geforderten kurzen Schaltzeiten nicht durch das Auftreten von hydraulischem Kleben beeinträchtigt werden.
Wie aus der Darstellung gemäß 3 hervorgeht, ist das Magnetventil 38 bevorzugt druckausgeglichen. Dies findet seine Ursache darin, dass der Anker 62 und das Ventilglied 60, welches hülsenförmig ausgebildet ist, im Niederdruckraum 68 allseits von Kraftstoff umgeben sind und das hülsenförmig ausgebildete Ventilglied 60 an der Führung 64, die sich vom Druckstift 82 aus erstreckt, geführt ist. Die Druckausgeglichenheit des Magnetventiles 38 wiederum bewirkt, dass zur Betätigung des Ventilgliedes 60 nur geringe Kräfte erforderlich sind. Sind nur geringe Betätigungskräfte erforderlich, so kann das Magnetventil 38 bzw. dessen Magnetgruppe 42, der Magnetkern 88 sowie die in diesen eingebettete Magnetspule 86 umfassend, kleiner dimensioniert werden, was die Baugröße des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 40 wiederum günstig beeinflusst.
Bei der Bestromung der Magnetspule 86 wird eine Magnetkraft auf den Anker 62, der mit dem Ventilglied 60 ein Bauteil bildet, erzeugt. Gegen die Kraft der Schließfeder 74 bewegt sich das Ventilglied 60 nach oben, wodurch sich der Ventilsitz 58 öffnet. Der Aufwärtshub ist durch den Hubanschlag 80 begrenzt, der im Innenpol der Magnetgruppe 42, einen Quetschspalt 78 begrenzend, ausgebildet ist. Durch den Quetschspalt 78 wird ein mechanisches Prellen des Ventilgliedes 60 unterbunden. Bei Aufhebung der Bestromung der Magnetspule 86 bricht die Magnetkraft zusammen, die Schließfeder 74 drückt das Ventilglied 60, 62 in den Ventilsitz 58 zurück, so dass die über den Ablaufkanal 54 erfolgende Druckentlastung des Steuerraumes 46 endet. Da der Steuerraum 44 über die Zulaufdrossel 52 mit unter Systemdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist, steigt der Druck im Steuerraum 46 an. Der im Steuerraum 46 ansteigende Druck wirkt auf eine Stirnseite 50 des in der Regel nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 48 und stellt dieses wieder in seinen in der 3 nicht dargestellten, brennraumseitigen Sitz, so dass die Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine beendet wird.
Die Schließfeder 84 drückt das Ventilglied 60 in den Ventilsitz 58 zurück. Der Quetschspalt 78 füllt sich mit dem Hydraulikfluid, d. h. dem Kraftstoff. Gerade bei sehr kleinen Spalten von nur wenigen Mikrometern Spalthöhe ist die Strömung laminar. Die Zuströmung des Kraftstoffes zur Befüllung des Spaltes 78 ist stark reibungsbehaftet. Erst wenn eine kritische Spalthöhe des Quetschspaltes 78 erreicht und überschritten ist, nehmen die viskosen Strömungskräfte ab und der Zufluss in den Quetschspalt 78 steigt signifikant an.
Ist jedoch die durch die Schließfeder 84 erzeugte Federkraft so groß oder die Quetschspaltfläche adäquat klein, entstehen spontan Dampfblasen im Quetschspalt 78, die einerseits zu einer signifikanten Volumenzunahme dort führen und dadurch ein abruptes Ablösen des Ankers 62 vom Anschlag 80 bewirken. Die signifikante Volumenzunahme beim Unterschreiten des Dampfdruckes des Hydraulikfluids im Quetschspalt 78 bewirkt die schnelle Trennung des Hubanschlages 80 von der Planseite 66 des Ankers 72, ohne dass hydraulisches Kleben auftritt. Anstelle einer spontanen Dampfblasenbildung im im Quetschgalt 78 bevorrateten Hydraulikmedium kann es auch im Sinne einer „weichen” Kavitation zum Ausgasen im Hydraulikmedium kommen.

Claims

Magnetventil (38), insbesondere zur Betätigung eines Kraftstoffinjektors (40), mit einer Magnetgruppe (42) zur Betätigung eines Ventilgliedes (60, 62), welches einen Ventilsitz (58) öffnet oder verschließt, wobei zwischen dem Ventilglied (60, 62) und der Magnetgruppe (42) ein einen Quetschspalt (78), der mit einem Hydraulikfluid befüllt ist, begrenzender Hubanschlag (80) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Schließbewegung des Ventilgliedes (60, 62) zum Schließen des Ventilsitzes (58) im Quetschspalt (78) Kavitation oder Ausgasung auftritt.
Magnetventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (60, 62) durch eine Schließfeder (84) beaufschlagt ist, deren Federkraft so ausgelegt ist, dass bei der Schließbewegung des Ventilgliedes (60, 62) der Dampfdruck des Hydraulikfluides im Quetschspalt (78) unterschritten wird.
Magnetventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Quetschspalt (78) durch den Hubanschlag (80) und die diesem gegenüberliegende Ringfläche einer Planseite (62) des Ventilgliedes (60, 62) gebildet ist.
Magnetventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (60, 62) einstückig ausgeführt ist und eine Ankerplatte umfasst.
Magnetventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (60, 62) im Niederdruckraum (68) kraftausgeglichen ausgebildet ist.
Magnetventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (58) als Flachsitz, Kegelsitz oder Kugelsitz ausgeführt ist.
Magnetventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Niederdruckraum (68) Unterdruck vorherrscht.
Magnetventil gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient aus der Federkraft der Schließfeder (84) und Quetschspaltfläche des Quetschspaltes (78) so ausgelegt ist, dass dieser die Differenz aus Umgebungsdruck p_Umg und Dampfdruck des Hydraulikmediums übersteigt gemäß der Beziehung:
mit: p_Umg Hydraulikdruck im System p_Dampf Dampfdruck Hydraulikfluid F_Feder Federkraft Schließfeder (84) A_Quetsch Quetschspaltfläche des Quetschspaltes (78)
Magnetventil gemäß der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfdruck p_Dampf bei der niedrigsten Betriebstemperatur des Hydraulikfluides im Niederdruckraum (68) zugrunde gelegt ist.
Magnetventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Quetschspalt (78) durch einen ringförmigen Hubanschlag (80) am Innenpol eines Magnetkerns (88) der Magnetgruppe (42) begrenzt ist.