-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein Magnetventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Ein derartiges, zum Einspritzen von Kraftstoff in direkt einspritzende Dieselmotoren in einem Kraftstoffinjektor verwendetes Magnetventil ist aus der
DE 10 2009 046 371 A1 der Anmelderin bekannt. Bei dem bekannten Magnetventil ist es zur Steuerung der Bewegung des Schließgliedes bzw. der Düsennadel bekannt, zum Vermeiden von sogenannten „Prellern”, bei denen die Düsennadel mit relativ hoher Geschwindigkeit bzw. hohem Impuls auf ihrem Sitz auftrifft, einen Dämpfungsraum vorzusehen, mit dem der Druckverlauf an einem Servo-Steuerraum gesteuert wird. Bei dem aus der
DE 10 2009 046 371 A1 bekannten Magnetventil weist dieses hierzu einen Dämpfungsraum auf, der an der Unterseite des Magnetankers an einem innenliegenden Bereich des Magnetankers ausgebildet ist. Hierzu weist der Magnetanker zwischen einem plattenförmigen Abschnitt des Magnetankers und der einen relativ geringen Durchmesser aufweisenden Magnetankerführung einen im Durchmesser vergrößerten Abschnitt auf, der von einer umlaufenden Wand eines Führungskörpers radial umfasst ist. Der Dämpfungsraum ist über wenigstens eine Verbindung, insbesondere eine Abströmdrossel, mit einem Niederdruckbereich des Magnetventils verbunden. Nachteilig dabei ist, dass die Spaltmaße des Magnetventils im Bereich dessen Dämpfungsraums relativ klein sein müssen, um eine ausreichende Dämpfungswirkung zu erzielen. Dabei treten jedoch starke Funktionseinflüsse in Folge der Kraftstofftemperatur sowie der Toleranz der Spaltmaße auf, die den Anwendungsbereich stark einschränken.
-
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 eine von der Kraftstofftemperatur bzw. der Fertigungsgenauigkeit weniger behaftete Dämpfung des Magnetventils erzielt wird. Diese Aufgabe wird bei einem Magnetventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, eine zusätzliche axiale Bewegung des plattenförmigen Abschnitts des Magnetankers zur Verringerung der Toleranzeinflüsse zu verwenden. Diese axiale Bewegung aufgrund der im Verhältnis zum übrigen Magnetanker relativ geringen Steifigkeit des plattenförmigen Abschnitts führt bei einer Schließbewegung des Magnetankers zu einem Weiterschwingen des plattenförmigen Abschnitts, der mit einem Dämpfungskörper einer Dämpfungseinrichtung zusammenwirkt und dadurch eine zusätzliche Dämpfungswirkung erzielt.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Magnetventils 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.
-
Um eine besonders hohe Dämpfungswirkung bzw. Axialbewegung des plattenförmigen Abschnitts bei der Schließbewegung des Magnetankers zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass der Magnetanker in einer stiftförmigen Führung axial verstellbar geführt ist, deren Durchmesser im Bereich des plattenförmigen Abschnitts maximal 30%, bevorzugt weniger als 20%, des Durchmessers bzw. der Erstreckung des plattenförmigen Abschnitts senkrecht zur Bewegungsrichtung des Magnetankers beträgt.
-
Weiterhin ist es bevorzugt zur Erzielung der relativ geringen Steifigkeit des Magnetankers in seinem plattenförmigen Abschnitt vorgesehen, dass die Dicke des plattenförmigen Abschnitts des Magnetankers im Verhältnis zu seinem Durchmesser maximal 20% beträgt.
-
In einer ersten konstruktiven Ausbildung der Dämpfungseinrichtung ist es vorgesehen, dass der Dämpfungskörper eine Dämpfungsfläche ausbildet, die mit der ihr zugewandten Fläche des Magnetankers zusammenwirkt und während einer Dämpfungsphase einen Quetschspalt bildet, wobei die Dämpfungsfläche des Dämpfungskörpers und die ihr zugewandte Fläche des Magnetankers im Bereich des Quetschspaltes zumindest annähernd eben ausgebildet und parallel zueinander ausgerichtet sind.
-
Alternativ ist es in einer anderen konstruktiven Ausbildung denkbar, dass der Dämpfungskörper zusammen mit der zugewandten Seite des Magnetankers einen Dämpfungsraum ausbildet, und dass der Dämpfungsraum von zwei, radial am Dämpfungskörper bzw. Magnetanker umlaufenden, radial zueinander beabstandeten Erhebungen begrenzt ist.
-
Bei beiden konstruktiven Ausbildungen ist es gemeinsam, dass zwischen dem Dämpfungskörper und der zugewandten Seite des Magnetankers im geschlossenen Zustand des Schließgliedes ein Axialspalt ausgebildet ist. In Folge der Ausbildung des Axialspaltes ist eine relativ kostengünstige, da relativ toleranzunempfindliche Fertigung der Bauteile möglich.
-
Zur Reduzierung von Druckkräften durch Druckschwingungen am Magnetanker ist es in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der plattenförmige Bereich wenigstens einen Axialdurchlass aufweist, der bei geschlossenem Zustand des Schließgliedes radial innerhalb des Dämpfungsrings angeordnet ist, wobei der Dämpfungsring mittels wenigstens einer Verbindung mit dem Niederdruckbereich des Magnetventils verbunden 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 Kraftstoffinjektor mit einer ersten erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung in einem vereinfachten Längsschnitt und
-
2 einen zweiten Kraftstoffinjektor mit einem gegenüber der 1 abgewandelten Dämpfungsraum, ebenfalls im vereinfachten Längsschnitt.
-
Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit denselben Bezugsziffern versehen.
-
In der 1 ist ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Kraftstoffinjektor 1 vereinfacht dargestellt. Bei dem Kraftstoffinjektor 1 handelt es sich um einen sogenannten leckagefreien, d. h. keine dauerhafte Niederdruckstufe an der Düsennadel 10 aufweisenden, Injektor. Der Kraftstoffinjektor 1, genauer ein Druckraum 2 des Kraftstoffinjektors 1, ist neben anderen, nicht gezeigten Kraftstoffinjektoren 1 über eine Versorgungsleitung 3 mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher 4 (Rail) verbunden. In diesem ist Kraftstoff, insbesondere Diesel, unter hohem Druck, von z. B. mehr als 2000 bar, gespeichert. Eine als Radialkolbenpumpe ausgebildete Hochdruckpumpe 5 fördert Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 6 in den Kraftstoffhochdruckspeicher 4. Mittels einer Rücklaufleitung 7 ist ein Niederdruckbereich 8 des Kraftstoffinjektors 1 an den Vorratsbehälter 6 angeschlossen. Über die Rücklaufleitung 7 kann eine Steuermenge an Kraftstoff sowie Leckagemengen von dem Kraftstoffinjektor 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 eines im Injektorkörper 9 aufgenommenen Ventilkörpers 12 geführt. Die Düsennadel 10 wirkt mit ihrer Spitze an einem an einem Düsenkörper ausgebildeten Düsennadelsitz zusammen. Wenn die Düsennadel 10 an ihrem Düsennadelsitz anliegt, d. h. sich in einer Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt aus einer Düsenlochanordnung gesperrt. Ist die Düsennadel 10 hingegen von ihrem Düsennadelsitz abgehoben, kann Kraftstoff aus dem Druckraum 2 durch die Düsenlochanordnung, im Wesentlichen unter Hochdruck (Raildruck) stehend, in den Brennraum der Brennkraftmaschine 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 11 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 einer Ablaufdrossel 17 mit einer Ventilkammer 18 verbunden. Die Ventilkammer 18 ist mittels einer an einer Stirnseite eines Magnetankers 20 ausgebildeten Dichtkante 21 verschließbar, wenn die Dichtkante 21 auf der der Düsennadel 10 abgewandten Stirnfläche 22 des Ventilkörpers 12 aufsitzt. Der Magnetanker 20 ist Bestandteil eines Magnetventils 100 und weist eine Durchgangsbohrung 23 auf, in der der Magnetanker 20 in einer stiftförmigen Ankerführung 24 axial gleitend geführt ist. Die Ankerführung 24, deren der Düsennadel 10 zugewandtes Ende 25 axial von dem Ventilkörper 12 beabstandet ist, ist in einem Verschlussdeckel 26 befestigt, der in den Injektorkörper 9 mittels eines Außengewindes 27 eingeschraubt ist. Zwischen der Oberseite des Magnetankers 20 und der Unterseite des Verschlussdeckels 26 stützt sich eine Rückstellfeder 29 ab, die den Magnetanker 20 mit seiner Dichtkante 21 gegen die Stirnfläche 22 des Ventilkörpers 12 drückt.
-
Zwischen dem Verschlussdeckel 26 und dem Magnetanker 20 ist ein ringförmiger Magnetkern 30 als weiterer Bestandteil des Magnetventils 100 mit einer Durchgangsbohrung 31 zur Aufnahme der Rückstellfeder 29 angeordnet. Auf der dem Magnetanker 20 zugewandten Unterseite des Magnetkerns 30 ist in einer Ausnehmung des Magnetkerns 30 eine Magnetspule 32 angeordnet, die mittels eines nicht dargestellten elektrischen Anschlusses elektrisch kontaktierbar ist, um den Magnetanker 20 anzusteuern. Der Magnetkern 30 ist dabei zwischen einer Stufe 33 im Injektorkörper 9 und dem Verschlussdeckel 26 axial verspannt. Ferner weist der Verschlussdeckel 26 noch eine Verbindungsbohrung 34 auf, die die Rücklaufleitung 7 mit einem Magnetankerraum 35 verbindet.
-
Der Magnetanker 20 weist einen ersten, dem Magnetkern 30 bzw. der Magnetspule 32 zugewandten, plattenförmigen Abschnitt 37 auf. Der plattenförmige Abschnitt 37 umgibt dabei die Ankerführung 24 mit radialem Spiel. An den plattenförmigen Abschnitt 37 schließt sich auf der der Ventilkammer 18 zugewandten Seite ein einstückig mit dem plattenförmigen Abschnitt 37 verbundener, hülsenförmiger Führungsabschnitt 38 an. Der Außendurchmesser des Führungsabschnitts 38 beträgt dabei maximal 30% des Außendurchmessers des plattenförmigen Abschnitts 37, bevorzugt weniger als 20% des plattenförmigen Abschnitts 37. Ferner beträgt die Dicke des plattenförmigen Abschnitts 37, im Verhältnis zu seinem Außendurchmesser, maximal 20%.
-
Der plattenförmige Abschnitt 37 des Magnetankers 20 wirkt mit einer Dämpfungseinrichtung 40 zusammen. Die Dämpfungseinrichtung 40 umfasst einen ringförmig ausgebildeten Dämpfungskörper 41, der über ein Außengewinde 42 mit einem entsprechenden Innengewinde am Injektorkörper 9 gegen die Stirnfläche 22 des Ventilkörpers 12 axial verspannt ist. Zwischen dem Führungsabschnitt 38 des Magnetankers 20 und dem ringförmigen Dämpfungskörper 41 ist ein ringförmiger Abströmraum 43 ausgebildet, der bei von der Stirnfläche 22 des Ventilkörpers 12 abgehobenem Magnetanker 20 Verbindung mit der Ventilkammer 18 hat und über mehrere, vorzugsweise in radial gleichen Winkelabständen zueinander angeordnete Durchgangsbohrungen 44 Verbindung mit dem Magnetankerraum 35 hat. Ferner ist an dem plattenförmigen Abschnitt 37 des Magnetankers 20 noch eine im Wesentlichen axial verlaufende Durchgangsbohrung 45 ausgebildet, die den Abströmraum 43 axial mit dem Raum oberhalb des Magnetankers 20 verbindet.
-
Der Dämpfungskörper 41 weist auf der dem plattenförmigen Abschnitt 37 des Magnetankers 20 zugewandten Seite einen ringförmigen Dämpfungsabschnitt 47 auf. Der Dämpfungsabschnitt 47 hat in dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zwei radial zueinander beabstandete, umlaufende Dichtkanten 51, 52, die auf der dem plattenförmigen Abschnitt 37 zugewandten Seite ausgebildet sind.
-
In der Schließstellung des Magnetankers 20, bei der die Dichtkante 21 auf der Stirnfläche 22 des Ventilkörpers 12 aufsitzt, ist zwischen den Dichtkanten 51, 52 und der unteren Stirnfläche 53 des plattenförmigen Abschnitts 37 ein Drosselspalt 54 ausgebildet. Weiterhin ist die Breite der beiden Dichtkanten 51, 52 relativ gering, sodass die Dichtkanten 51, 52 mit der unteren Stirnfläche 53 Abströmdrosseln 56, 57 ausbilden. In dem radialen Zwischenraum zwischen den beiden Dichtkanten 51, 52 ist ein ringförmiger Dämpfungsraum 58 ausgebildet.
-
Der Magnetanker 20 ist mit seinem plattenförmigen Abschnitt 37 derart zu dem Dämpfungsabschnitt 47 des Dämpfungskörpers 41 ausgerichtet, dass die untere Stirnfläche 53 des Magnetankers 20 zu den beiden Dichtkanten 51, 52 des Dämpfungsabschnitts 47 parallel bzw. fluchtend zueinander ausgerichtet ist.
-
Zum Abgeben von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine muss die Düsennadel 10 entgegen der Federkraft einer Schließfeder 60 abheben, um die Düsenlochanordnung freizugeben. Hierzu ist es erforderlich, dass das in der Steuerkammer 14 befindliche Kraftstoffvolumen über die Ventilkammer 18 in den Kraftstoffrücklauf bzw. den Niederdruckbereich 8 des Kraftstoffinjektors 1 abströmt. Hierzu wird die Magnetspule 32 bestromt, was bewirkt, dass der Magnetanker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 29 mit seiner Dichtkante 21 von der Stirnfläche 22 abhebt und somit in der Ventilkammer 18 befindlicher Kraftstoff in den Niederdruckbereich 8 gelangen kann.
-
Zum Beenden des Einspritzvorganges wird die Bestromung der Magnetspule 32 abgeschaltet, was bewirkt, dass der Magnetanker 20 in Folge der Federkraft der Rückstellfeder 29 mit seiner Dichtkante 21 gegen die Stirnfläche 22 des Ventilkörpers 12 gedrückt wird. Hierbei gelangt bei der Abwärtsbewegung des Magnetankers 20 der plattenförmige Abschnitt 37 in Wirkverbindung mit dem Dämpfungsabschnitt 47 der Dämpfungseinrichtung 40. Bei der Annäherung des plattenförmigen Abschnitts 37 gegen die Dichtkanten 51, 52 wird im Dämpfungsraum 58 befindlicher Kraftstoff für die Abströmdrosseln 56, 57 verdrängt. Im Auftreffpunkt des Magnetankers 20 auf dem Ventilkörper 12 bewegt sich der plattenförmige Abschnitt 37 in Folge seiner Trägheit und relativ geringen Steifigkeit weiter in Richtung des Dämpfungsabschnitts 47, so dass weiterhin Kraftstoff aus dem Dämpfungsraum 58 über die Abströmdrosseln 56, 57 verdrängt wird, wodurch die Dämpfungswirkung der Dämpfungseinrichtung 40 verstärkt wird.
-
Bei dem in der 2 dargestellten Kraftstoff-Injektor weist dessen Dämpfungseinrichtung 40a einen ringförmigen Dämpfungskörper 41a auf, dessen der unteren Stirnfläche 53 des Magnetankers 20 zugewandte Stirnfläche 62 eben ausgebildet ist. Bei dem in der 2 dargestellten Zustand des Kraftstoffinjektors 1, bei dem sich der Magnetanker 20 in seiner Schließstellung befindet, ist zwischen der Stirnfläche 62 und der unteren Stirnfläche 53 des plattenförmigen Abschnitts 37 ein Quetschspalt 63 ausgebildet. Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung bewegt sich der plattenförmige Abschnitt 37 des Magnetankers 20, nachdem dessen Dichtkante 21 auf der Stirnfläche 22 des Ventilkörpers 12 auftrifft, weiter in Richtung des Dämpfungskörpers 41a, sodass im Quetschspalt 63 befindlicher Kraftstoff verdrängt wird, um die Dämpfungswirkung der Dämpfungseinrichtung 40a zu verstärken. Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind die beiden zueinander zugewandten Stirnflächen 53 des plattenförmigen Abschnitts 37 sowie die Stirnfläche 62 des Dämpfungskörpers 41a parallel zueinander ausgerichtet.
-
Ergänzend wird erwähnt, dass der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 1 in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden kann, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es beispielsweise bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel denkbar bzw. möglich, die Dichtkanten 51, 52 nicht an dem Dämpfungsabschnitt 47, sondern an der unteren Stirnfläche 53 des plattenförmigen Abschnitts 37 anzuordnen bzw. auszubilden. Weiterhin ist es selbstverständlich möglich, dass der Magnetanker 20 über ein weiteres, beispielsweise kugelförmiges, Schließglied mit der Ventilkammer 18 zusammenwirkt, um die Steuerung des Kraftstoffes aus der Ventilkammer 18 zu steuern.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009046371 A1 [0002, 0002]
