DE102010030529A1

DE102010030529A1 - Einspritzventil

Info

Publication number: DE102010030529A1
Application number: DE201010030529
Authority: DE
Inventors: Marco Beier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2011-12-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil mit einem in einem Gehäuseteil (1) hubbeweglich geführten Einspritzventilglied (2), über dessen Hubbewegung wenigstens eine Einspritzöffnung (3) freigebbar oder verschließbar ist, und mit einem elektrodynamischen Aktor (4) zur Betätigung des Einspritzventilgliedes (2), wobei der elektrodynamische Aktor (4) mehrere im Gehäuseteil (1) aufgenommene Spulenanordnungen (5) sowie mehrere mit den Spulenanordnungen (5) zusammenwirkende axial magnetisierte Dauermagnete (6) umfasst, die axial beabstandet zueinander und mit alternierender Polarität in einer Ausnehmung (7) des Einspritzventilgliedes (2) angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist die Ausnehmung (7) des Einspritzventilgliedes (2) zur Aufnahme der Dauermagnete (6) als zentrale Bohrung ausgeführt und die Dauermagnete (6) sind zum Einsetzen in die Ausnehmung (7) scheibenförmig ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil, insbesondere ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine als Bestandteil eines Kraftstoffeinspritzsystems, beispielsweise eines Common-Rail-Einspritzsystems. Der Einsatzbereich der Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezielle Anwendung beschränkt. Das vorgeschlagene hydraulische Ventil kann beispielsweise auch zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in den Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges dienen. Darüber hinaus sind weiteren Anwendungen möglich.
Stand der Technik
Heutige Einspritzsysteme setzen in der Regel Magnetaktoren als Betätigungsmittel ein, deren Stellglieder häufig als Tauchanker oder Flachankermagneten ausgeführt sind. Der Nachteil derartiger, auf Reluktanz beruhender Aktoren besteht darin, dass sie einen eingeschränkten Hubbereich und meist nur eine aktive Kraftrichtung besitzen. Elektrodynamische Aktoren weisen demgegenüber Vorteile auf. Allerdings ist es bei den vorhandenen geringen Querschnittsabmessungen schwierig, einen elektrodynamischen Aktor mit ausreichend hohem Kraftpotential aufzubauen. Dies liegt darin begründet, dass Ringmagnete und Scheibenmagnete in der Regel nicht ausreichend radial aufmagnetisiert werden können, so dass das erzeugte Magnetfeld schwach ist. Es gilt demnach einen elektrodynamischen Aktor derart weiterzuentwickeln, dass eine hohe radiale Flussdichte bei gleichzeitig geringem Durchmesser des Aktors erzeugt werden kann.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2006 058 073 A1 ist bereits ein Magnetventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem hubbeweglichen Ventilelement und einem elektromagnetischen Aktor bekannt. Der Aktor umfasst mindestens eine bestrombare Wicklung und mindestens einen Permanentmagneten, wobei die Wicklung und der Permanentmagnet derart zusammenwirken, dass bei bestromter Wicklung zumindest mittelbar eine Öffnungs- oder Schließkraft auf das Ventilelement des Magnetventils ausgeübt wird. Des Weiteren wird in der Offenlegungsschrift vorgeschlagen, mehrere ringförmige Permanentmagnete jeweils in eine außenumfangseitige Ausnehmung des Ventilelementes in der Weise einzusetzen, dass die Anordnung der Permanentmagnete in einem axialen Abstand zueinander und mit abwechselnder Polarisierung erfolgt, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das vorwiegend radial ausgerichtet ist.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein hinsichtlich der Robustheit und des Kraftpotentials seines Aktors verbessertes Einspritzventil anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Einspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Das vorgeschlagene Einspritzventil umfasst ein in einem Gehäuseteil hubbeweglich geführtes Einspritzventilglied, über dessen Hubbewegung wenigstens eine Einspritzöffnung freigebbar oder verschließbar ist, sowie einen elektrodynamischen Aktor zur Betätigung des Einspritzventilgliedes. Der elektrodynamische Aktor umfasst mehrere im Gehäuseteil aufgenommene Spulenanordnungen sowie mehrere mit den Spulenanordnungen zusammenwirkende axial magnetisierte Dauermagnete, die axial beabstandet zueinander und mit alternierender Polarität in einer Ausnehmung des Einspritzventilgliedes angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist die Ausnehmung des Einspritzventilgliedes zur Aufnahme der Dauermagnete als zentrale Bohrung ausgeführt und die Dauermagnete sind zum Einsetzen in die Ausnehmung scheibenförmig ausgebildet.
Durch die vorgeschlagene Anordnung innerhalb des Einspritzventilgliedes sind die Dauermagnete dauerhaft vor Einflüssen geschützt, die zum vorzeitigen Verschleiß der Dauermagnete und damit des elektrodynamischen Aktors führen könnten. Insbesondere verringert das als Hohlkörper ausgebildete Einspritzventilglied, die Korrosionsgefahr, da die Dauermagnete nicht in Kontakt mit dem einzuspritzenden Medium, vorzugsweise Kraftstoff oder eine wässrige Harnstofflösung, gelangen. Somit erweist sich der elektrodynamische Aktor eines erfindungsgemäßen Einspritzventils als besonders robust.
Die zur Aufnahme der Dauermagnete im Einspritzventilglied ausgebildete zentrale Bohrung ist zudem einfach und kostengünstig herzustellen. Zugleich kann die Bohrung der Verbindung von Einspritzventilglied und Dauermagneten dienen, da mit Einsetzen der Dauermagnete in die Bohrung zumindest ein Formschluss in radialer Richtung bewirkt wird. In Abhängigkeit von der Wahl der jeweiligen Durchmesser kann zudem eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt werden. Da die Kontaktbereiche innerhalb des Einspritzventilgliedes liegen, werden auch diese vor dem Medium geschützt. Insbesondere sind sie keiner Strömungsbelastung ausgesetzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgende Dauermagnete wenigstens ein Flussleitstück in die Ausnehmung eingesetzt ist, das vorzugsweise ebenfalls scheibenförmig ausgebildet ist. Die Flussleitstücke lenken das magnetische Feld der Dauermagnete in ein radiales Feld um. Durch die radiale Auslenkung wird eine hohe radiale Flussdichte bei gleichzeitig geringem Durchmesser der Dauermagnete bzw. des Aktors erzielt. Da ferner die axial magnetisierten Dauermagnete auf ihren idealen Arbeitspunkt (BHmax) eingestellt werden können, ist eine Maximierung der Energiedichte des elektrodynamischen Aktors möglich.
Weiterhin bevorzugt besteht das Einspritzventilglied aus einem nicht magnetischen Werkstoff. Dadurch ist eine Optimierung der Feldführung durch die Flussleitstücke sichergestellt. Die Flussleitstücke bewirken eine radiale Umlenkung bzw. Auslenkung der magnetischen Felder der Dauermagneten in Richtung der jeweiligen Spulenanordnungen, die daraufhin eine Kraft in axialer Richtung erzeugen.
Die Spulenanordnungen sind demnach bevorzugt unter Ausbildung eines Luftspaltes konzentrisch zum Einspritzventilglied angeordnet. Auf diese Weise wird ein rotationssymmetrischer elektrodynamischer Aktor ausgebildet.
Vorzugsweise sind die Spulenanordnungen zudem derart angeordnet, dass sich in Schließstellung des Einspritzventilgliedes die Lage der Spulenanordnungen und der Flussleitstücke in axialer Richtung zumindest teilweise überdecken. Auch diese Maßnahme dient der Optimierung der Feldführung sowie der Erzeugung einer in axialer Richtung wirksamen Kraft.
Weiterhin vorzugsweise sind die Spulenanordnungen in axialer Richtung kaskadenartig angeordnet. Durch die Kaskadierung können noch höhere Kräfte erzeugt werden. Ferner kann über eine kaskadenartige Anordnung der Kraftbedarf in axialer Richtung an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden.
Zur Erzielung eines zusätzlichen magnetischen Rückschlusses wird weiterhin vorgeschlagen, dass die Spulenanordnungen von einem Bauteil aus einem magnetischen Werkstoff umgeben werden. Der zusätzliche Rückschluss bewirkt, dass das magnetische Feld noch konzentrierter aufgebaut wird. Jedoch ist bei der Auslegung darauf zu achten, dass durch den Rückschluss parasitäre Kräfte, wie beispielsweise Reluktanzkräfte und/oder radiale Kräfte, nicht zu groß werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform,
2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform und
3 einen schematischen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Eispritzventils.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der 1 ist eine erste beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einspritzventils mit einem in einem Gehäuseteil 1 hubbeweglich geführten Einspritzventilglied 2 zu entnehmen, über dessen Hubbewegung wenigstens eine im Gehäuseteil 1 ausgebildete Einspritzöffnung 3 des Einspritzventils freigebbar oder verschließbar ist. Zur Betätigung des Einspritzventilgliedes 2 weist das Einspritzventil einen elektrodynamischen Aktor 4 auf, der mehrere Spulenanordnungen 5 und mehrere axial magnetisierte Dauermagnete 6 umfasst. Die Dauermagnete 6 sind in einer Ausnehmung 7 des Einspritzventilgliedes 2 angeordnet, welche als zentrale Bohrung ausgeführt ist. Die innerhalb der Bohrung des Einspritzventilgliedes 2 angeordneten Dauermagnete 6 sind demnach vor äußeren Einflüssen, insbesondere vor dem einzuspritzenden Medium, das das Einspritzventil durchströmt, geschützt. Die Anordnung der Dauermagnete 6 erfolgt in der Weise, dass aufeinanderfolgende Dauermagnete 6 jeweils entgegengesetzt polarisiert sind. Dadurch wird eine radiale Auslenkung des von den Dauermagneten 6 erzeugten Magnetfeldes bewirkt. Zudem ist zwischen zwei aufeinanderfolgenden Dauermagneten 6 jeweils ein Flussleitstück 8 angeordnet, das eine Optimierung der Feldführung bewirkt. Das radial ausgelenkte Feld durchdringt die Spulenanordnungen 5, welche eine Kraft in axialer Richtung erzeugen. Hierzu sind die Spulenanordnungen 5 im Gehäuseteil 1 konzentrisch zum Einspritzventilglied 2 in der Weise angeordnet, dass zwischen dem Einspritzventilglied 2 und den Spulenanordnungen 5 ein ringförmiger Luftspalt 9 verbleibt. Die vorgeschlagene Gestaltung und Anordnung der Dauermagnete 6, der Flussleitstücke 8 und der Spulenanordnungen 5 erlauben eine rotationssymmetrische, kompakte Ausgestaltung des elektrodynamischen Aktors 4, der zudem eine hohe Robustheit aufweist, da die Dauermagnete 6 geschützt innerhalb der Ausnehmung 7 des Einspritzventilgliedes 2 angeordnet sind.
Die in der 2 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einspritzventils unterscheidet sich von der der 1 dadurch, dass die Spulenanordnungen 5 von einem weiteren Bauteil 10 umgeben werden, das aus einem magnetischen Werkstoff besteht und somit einen zusätzlichen Rückschluss bewirkt. Dadurch weist der elektrodynamische Aktor 4 ein noch größeres Kraftpotential zur Betätigung des Einspritzventilgliedes 2 auf.
Eine Kraftverstärkung kann alternativ oder ergänzend auch durch eine Kaskadierung bewirkt werden. Eine entsprechende Anordnung ist in der 3 dargestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006058073 A1 [0003]

Claims

Einspritzventil mit einem in einem Gehäuseteil (1) hubbeweglich geführten Einspritzventilglied (2), über dessen Hubbewegung wenigstens eine Einspritzöffnung (3) freigebbar oder verschließbar ist, und mit einem elektrodynamischen Aktor (4) zur Betätigung des Einspritzventilgliedes (2), wobei der elektrodynamische Aktor (4) mehrere im Gehäuseteil (1) aufgenommene Spulenanordnungen (5) sowie mehrere mit den Spulenanordnungen (5) zusammenwirkende axial magnetisierte Dauermagnete (6) umfasst, die axial beabstandet zueinander und mit alternierender Polarität in einer Ausnehmung (7) des Einspritzventilgliedes (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (7) des Einspritzventilgliedes (2) zur Aufnahme der Dauermagnete (6) als zentrale Bohrung ausgeführt ist und die Dauermagnete (6) zum Einsetzen in die Ausnehmung (7) scheibenförmig ausgebildet sind.
Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgende Dauermagnete (6) wenigstens ein Flussleitstück (8) in die Ausnehmung (7) eingesetzt ist, das vorzugsweise ebenfalls scheibenförmig ausgebildet ist.
Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventilglied (2) aus einem nicht magnetischen Werkstoff besteht.
Einspritzventilglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnungen (5) unter Ausbildung eines Luftspaltes (9) konzentrisch zum Einspritzventilglied (2) angeordnet sind.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Schließstellung des Einspritzventilgliedes (2) die Lage der Spulenanordnungen (5) und der Flussleitstücke (8) in axialer Richtung zumindest teilweise überdecken.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnungen (5) in axialer Richtung kaskadenartig angeordnet sind.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung eines zusätzlichen magnetischen Rückschlusses die Spulenanordnungen (5) von einem Bauteil (10) aus einem magnetischen Werkstoff umgeben werden.