DE102011083005A1

DE102011083005A1 - Verfahren zur Spülung eines Ankerraums eines zur Steuerung eines Fluidmassenstroms vorgesehenen Magnetventils

Info

Publication number: DE102011083005A1
Application number: DE102011083005A
Authority: DE
Inventors: Robert Meier; Denis Kovalev
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: DE102011083005B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spülung eines Ankerraums (28) eines zur Steuerung eines Fluidmassenstroms vorgesehenen Magnetventils (17), wobei dem Ankerraum (28) ein unter Spüldruck gesetztes Spülfluid zugeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spülung eines Ankerraums eines zur Steuerung eines Fluidmassenstroms vorgesehenen Magnetventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch die Verwendung des Verfahrens nach dem Anspruch 6 sowie ein Magnetventil zur Durchführung des Verfahrens, nach dem Anspruch 8.
Zur Steuerung eines Fluidmassenstroms eines Gases oder einer Flüssigkeit finden Magnetventile weite Verbreitung. Magnetventile werden beispielsweise zur elektronischen Steuerung der Kraftstoffeinspritzung bei einem Verbrennungsmotor eingesetzt, wie sie etwa im Rahmen der Dieseldirekteinspritzung mittels eines Common-Rail-Systems zum Einsatz kommt. Magnetventile werden beispielsweise auch zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr zu einer Hochdruckpumpe einer Common-Rail-Einspritzung eingesetzt.
Ein Magnetventil, welches einer Hochdruckpumpe Kraftstoff zumisst, wird über einen Elektromagneten betätigt. Hierfür ist in der Regel ein Steuerkolben des Magnetventils in einer Steuerkolbenbohrung axial verschiebbar, wobei der Steuerkolben in seinen Endbereichen – bezüglich seiner Längsachse – so bemessen ist, dass der Steuerkolben die Steuerkolbenbohrung ausfüllt. Zwischen den beiden Endbereichen ist der Steuerkolben hingegen zumindest teilweise mit einer Verjüngung ausgebildet, wobei die Verjüngung in axialer Richtung des Steuerkolbens betrachtet zuerst zunimmt und anschließend wieder abnimmt.
Die zu dem Magnetventil hin- und wegführenden Fluidleitungen stehen beide mit der Steuerkolbenbohrung in Fluidverbindung die Verjüngung des Steuerkolbens bildet zusammen mit der Steuerkolbenbohrung einen Drosselspaltraum aus. Je nachdem, wie groß der Anteil des Drosselspaltraums ist, der die zu der Steuerkolbenbohrung hin- und wegführenden Leitungen verbindet, ist ein größerer oder kleinerer Querschnitt für den Durchlass von Fluid freigegeben. Der Öffnungsquerschnitt des Drosselspaltraums ist somit über die Einstellung der axialen Position des Steuerkolbens veränderbar. Solange der Elektromagnet nicht bestromt wird, hält eine Feder mit ihrer Federkraft den Steuerkolben in einer Position, in welcher der Öffnungsquerschnitt des Drosselspaltraums maximal ist. Das Magnetventil ist dann vollständig geöffnet. Wird der Elektromagnet bestromt, wird eine magnetische Kraft induziert, die einen in einem Ankerraum verschiebbar angeordneten Anker, der wiederum mit dem Steuerkolben mechanisch verbunden ist – entgegen der Wirkung der Federkraft – in axialer Richtung verschiebt. Der Steuerkolben mitsamt seiner Verjüngung verschiebt sich, so dass sich der Öffnungsquerschnitt des Drosselspaltraums verkleinert. Bei maximaler Bestromung des Elektromagneten ist das Magnetventil dann vollständig geschlossen und eine Durchströmung wird verhindert.
Ein bekanntes Problem bei Magnetventilen ist deren Verschleißanfälligkeit und ihre unbefriedigende Genauigkeit bei der Reaktion auf Steuersignale. Eine der bekannten Ursachen liegt in dem sogenannten Prellen des Ankers des Magnetventils. Wenn der Anker, nachdem das Magnetventil geschlossen wurde, auf seinen Ankersitz auftrifft, kommt es zum Prellen, also auf ein auf das Auftreffen des Ankers auf den Ankersitz folgendes Zurückfedern des Ankers in die Gegenrichtung, so dass sich das Magnetventil abermals kurz öffnet. Infolgedessen ist die Steuerung des Fluiddurchlasses mit einem Magnetventil ungenau – es kommt zu ungewollten Streuungen des durch das Magnetventil durchgesetzten Massenstroms.
Aus der Druckschrift EP 1 316 719 A1 ist ein Injektor mit einem Magnetventil zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzung bekannt. Das bekannte Magnetventil weist Mittel zur Reduzierung von Druckschwankungen im Ankerraum auf. Auf diese Weise wird das Ankerprellen vermieden oder zumindest reduziert. Als Mittel werden beispielsweise Ausnehmungen oder Einbauten vorgeschlagen, durch die ein vergrößertes Volumen der Rücklaufbohrung und/oder des Ankerraums erzielt wird. Eine solche Volumenvergrößerung bewirkt eine Herabsetzung des Druckes und damit eine Verminderung von Druckstößen.
Auch aus der Druckschrift DE 10 2009 045 728 A1 ist ein Injektor mit einem Magnetventil zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung bekannt. Auch dieses Magnetventil ist mit einem Mittel zur Vermeidung von Ankerprellen ausgestattet, in diesem Fall ist dafür ein hydraulischer Quetschspalt vorgesehen.
Trotz der genannten Verbesserungen von Magnetventilen zur Vermeidung von Ankerprellen sind Magnetventile aber noch immer verschleißanfällig und unzuverlässig. Nach einer bestimmten Anzahl von Betriebsstunden beginnen Magnetventile oft zu verkleben und lassen sich dann nicht mehr steuern. Eine Hauptursache hierfür liegt in der Verschmutzung des Ankerraums des Magnetventils, des Raumes also, in welchem der Anker beim Öffnen und Schließen des Magnetventils ständig verschoben wird. Durch Fluidleckage am Magnetventil, beispielsweise indem Fluid der Innenwand der Steuerkolbenbohrung entlang leckt, gelangt Fluidzum Beispiel Kraftstoff – vom Drosselspaltraum in den Ankerraum des Magnetventils.
Infolge der Fluidleckage in den Ankerraum kommt es zur Ablagerung von Rückständen im Ankerraum. Dies kann wiederum zu Verklebungen führen, so dass der Anker nur mehr mit hohen Ankerstömen betätigt werden kann oder sich gar nicht mehr bewegen lässt. Dieser Tendenz zur Verschmutzung des Ankerraums soll zwar durch die stetige Zufuhr einer geringen Fluidmenge infolge von Leckage entgegengewirkt werden. Die infolge der beschriebenen Leckage durch den Ankerraum hindurch gespülte Fluidmenge reicht jedoch im Allgemeinen nicht aus, um einer Bildung von Fluidrückständen im Ankerraum vorzubeugen.
Die genannten Probleme sind insbesondere bei Schiffsmotoren, bei denen je nach Betriebszustand des Motors oft unterschiedliche Kraftstoffe eingesetzt werden, besonders ausgeprägt. Ein Schiffsdieselmotor wird typischerweise mit Marinedieselöl gestartet. Später, zum Beispiel auf offener See, wird dann oft auf das billigere Schweröl umgestellt. Insbesondere beim Einsatz von Schweröl kommt es jedoch im Ankerraum oft zur Bildung von Rückständen und Verschmutzungen. Es kommt bei Magnetventilen, die Schiffsmotoren zugeordnet sind, folglich besonders oft zu Verklebungen im Ankerraum. Zudem ändert sich in Abhängigkeit des eingesetzten Kraftstoffs auch das Ankerlaufverhalten.
Da für die Zukunft mit zusätzlichen Bestimmungen für Emmisionsgrenzwerte für Schiffe gerechnet werden muss, und zukünftig bei Schiffsmotoren vermutlich noch häufigere Kraftstoffwechsel als bisher vorgenommen werden, ist mit einer Verschärfung der genannten Probleme zu rechnen.
Wenn der Ankerraum eines Magnetventils verschmutzt ist, und sich der Anker eines Magnetventils zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr in einem Common-Rail-System überhaupt nicht mehr bewegen lässt, fällt eine Common-Rail-Steuerung und damit der Verbrennungsmotor komplett aus. Auch bei anderen Motoren, und überhaupt bei Magnetventilen zur Steuerung eines Fluidmassenstroms, sind aber die Verschmutzungen des Ankerraums und daraus folgenden Probleme wie etwa Wartungskosten, ein ungelöstes Problem.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Spülung des Ankerraums eines Magnetventils zu schaffen, welches dazu führt, dass es zu einer geringeren Verschmutzung und/oder Bildung von Rückständen im Ankerraum kommt, so dass ein Magnetventil, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gespült wird, eine verbesserte Zuverlässigkeit und Verschleißresistenz aufweist. Darüber hinaus soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen nach dem Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Ansprüchen beschrieben. Die Verwendung des Verfahrens ist im Anspruch 6 beschrieben, und ein zur Durchführung des Verfahrens vorteilhaft ausgestaltetes Magnetventil ist im Anspruch 8 beschrieben.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Spülung eines Ankerraums eines zur Steuerung eines Fluidmassenstroms vorgesehenen Magnetventils vorgeschlagen, dem Ankerraum ein unter Spüldruck gesetztes Spülfluid zuzuführen.
Der Spüldruck ist dabei insbesondere größer ist als der Druck von Fluid, das infolge von Leckage in den Ankerraum des Magnetventils gelangt.
Bei dem Spülfluid kann es sich um dasselbe Fluid, dessen Massenstrom mit dem Magnetventil gesteuert wird, oder um ein anderes Fluid handeln. Ist das Magnetventil einem Schiffsmotor zugeordnet, so kann es sich bei dem Spülfluid beispielsweise um Dieselöl oder Schweröl handeln. Es lässt sich mit einem Magnetventil der Massenstrom eines ersten Fluids steuern, beispielsweise ein Massenstrom eines Schweröls, und anschließend der Ankerraum mit einem zweiten Fluid spülen, beispielsweise mit Dieselöl oder Marinediesel. Auf diese Weise können Rückstände eines ersten Fluids im Ankerraum, also beispielsweise Schwerölrückstände, mit einem zur Spülung besonders geeigneten Fluid ausgespült werden.
Das Spülen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich außerdem zusätzlich einsetzen, wenn der Ankerraum eines Magnetventils bereits durch Fluid gespült wird, welches leckagebedingt in den Ankerraum gelangt. Da das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zugeführte Spülfluid unter Spüldruck gesetzt wird, und eine ausreichende Menge an Spülfluid pro Zeiteinheit durch den Ankerraum durchgespült wird, wird die bleibende Ablagerung von Rückständen und die Bildung von Verschmutzungen im Ankerraum verhindert. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich zudem auch dann noch einsetzen, wenn der Ankerraum des Magnetventils bereits teilweise oder vollständig verschmutzt oder verklebt ist, und infolge von Leckage nur noch wenig oder gar kein Spülfluid mehr in den Ankerraum gelangt.
Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gespültes Magnetventil ermöglicht eine gleichmäßige Steuerung als ein bekanntes Magnetventil, da es auch bei zähflüssigen Fluiden im Ankerbereich nicht zu Verklebungen kommt. Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gespültes Magnetventil ist zudem verschleißresistenter und weniger wartungsbedürftig als ein nach bekannten Verfahren gespültes Magnetventil. Da durch die Spülung des Ankerraums insbesondere auch verhindert wird, dass sich die Reibungs- oder Adhäsionsverhältnisse im Ankerraum verändern, wird durch das Verfahren dafür gesorgt, dass sich die statische und dynamische Kraft-Stoff-Kennlinie des im Magnetventil eingesetzten Magneten nicht in Abhängigkeit des gesteuerten Fluids verändert.
Vorzugsweise wird dem Ankerraum als Spülfluid ein Leckagefluid eines das Magnetventil aufweisenden Fluidkreises zugeführt. Das Leckagefluid kann dasselbe Fluid sein, dessen Massenstrom mit dem Magnetventil gesteuert wird, oder es kann ein anderes Fluid sein. Es kann sich zudem um Leckagefluid des Magnetventils und/oder um Leckagefluid einer weiteren im Fluidkreis angeordneten Vorrichtung handeln, also beispielsweise um Leckagefluid einer Förderpumpe. Als Leckagefluid kommt, wenn das Magnetventil einer Hochdruckpumpe einer Common-Rail-Einspritzung Kraftstoff zumisst, insbesondere das Leckagefluid der Hochdruckpumpe in Frage.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird dem Ankerraum Spülfluid mittels mindestens einer Fluidverbindung zwischen einem außerhalb eines Körpers des Magnetventils angeordneten Sammelraum für Leckagefluid und dem Ankerraum oder einer mit dem Ankerraum in Fluidverbindung angeordneten Vorkammer zugeführt. Gelangt das Leckagefluid zuerst in die Vorkammer, wird es dann von dort aus über eine Fluidverbindung in den Ankerraum weitergeleitet.
Bei dem Leckagefluid kann es sich wiederum um Leckagefluid des Magnetventils selbst und/oder um Leckagefluid eines weiteren Bauteils im Fluidkreis, also beispielweise um Leckagefluid einer Hochdruckpumpe handeln. Die Fluidverbindung zwischen dem Sammelraum für Leckagefluid und dem Ankerraum kann eine bezüglich des Körpers des Magnetventils externe Rohrleitung, also eine sogenannte Bypassleitung sein. Alternativ oder zusätzlich zu einer solchen externen Rohrleitung kann auch eine Bohrung in einem Steuerschieber, beziehungsweise einem Steuerkolben des Magnetventils als Fluidverbindung zwischen dem Sammelraum für Leckagefluid und dem Ankerraum oder der Vorkammer vorgesehen sein.
Durch die eigens dafür vorgesehene Fluidverbindung zwischen dem Sammelraum und dem Ankerraum oder der Vorkammer ist dafür gesorgt, dass ein zum Spülen ausreichend hoher Volumenstrom pro Zeiteinheit an unter Spüldruck gesetztem Spülfluid in den Ankerraum gelangt, so dass Fluidrückstände aus dem Ankerraum ausgespült werden können und die Ablagerung von Verschmutzungen verhindert wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird dem Ankerraum Spülfluid über wenigstens einen Spülkanal zugeführt, der von einem in einer Steuerkolbenbohrung verlagerbaren Steuerkolben steuerbar ist. Falls bereits Spülfluid durch eine andere Fluidverbindung in den Ankerraum gelangt, kann auf diese Weise durch einen oder mehrere Spülkanäle zusätzliches Spülfluid in den Ankerraum befördert werden. Da das durch den Spülkanal zugeführte Spülfluid in Abhängigkeit der Steuerkolbenstellung gesteuert wird, kann bei Bedarf, durch eine entsprechende Ansteuerung des Magnetventils, beispielsweise zu bestimmten Zeitpunkten eine gezielte, zusätzliche Spülung des Ankerraums des Magnetventils vorgenommen werden.
In der Regel wird mit dem Steuerkolben eines Magnetventils der Öffnungsquerschnitt eines Drosselspaltraums verändert. Je nach Ausführungsform der Spülkanals wird der Öffnungsquerschnitt des Spülkanals durch eine axiale Verschiebung des Steuerkolbens innerhalb seiner Bohrung, infolge derer der Öffnungsquerschnitt des Drosselspaltraums vergrößert wird, ebenfalls vergrößert, oder der Öffnungsquerschnitt des Spülkanals wird dann gerade verkleinert – und umgekehrt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird Spülfluid durch eine am, bezüglich der dem Ankerraum fluidzuführenden Leitungen, abgewandten Ende des Ankerraums angeordnete Abflussleitung abgeführt. Spülfluid wird also auf der einen Seite in den Ankerraum eingebracht, und auf der gegenüberliegenden Seite wieder abgeführt. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass der gesamte Ankerraum vollständig und möglichst gleichmäßig durchgespült wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich beispielsweise zur Spülung des Ankerraums eines Magnetventils, welches einer Kraftstoffhochdruckpumpe Kraftstoff zumisst, verwenden. Solche Magnetventile werden unter anderem, wie vorstehend erläutert, in Common-Rail-Einspritzungen eingesetzt. Durch den Einsatz des Verfahrens sind Common-Rail-Einspritzungen zuverlässiger und der Wartungsbedarf des Motors sinkt.
Ganz besonders eignet sich das Verfahren zur Verwendung in einem Common-Rail-Einspritzsystem eines Schiffsmotors, da bei diesen in der Regel während des Motorbetriebs regelmäßig Kraftstoffumstellungen vorgenommen wird. So wird beispielsweise beim Start des Motors und bei Fahrt in Hafen- oder Küstennähe oft das Dieselöl oder Marinediesel verwendet, während beispielsweise bei Fahrt auf offener See häufig das billigere Schweröl eingesetzt wird, wobei bei letzterem der Ankerraum eher zu verkleben droht. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann verhindert werden, dass das Magnetventil, welches der Kraftstoffhochdruckpumpe der Common-Rail-Einspritzanlage Kraftstoff zumisst, verstopft und verklebt, oder dass die Kraft-Strom-Kennlinie des Magnetventils sich in Abhängigkeit des verwendeten Kraftstoffs verändert.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich ebenfalls besonders gut zur Spülung des Ankerraums eines einem Verbrennungsmotor zugeordneten Magnetventils verwenden, nachdem der Motor ausgeschaltet wurde und/oder bevor der Motor gestartet wird, beispielsweise indem Spülfluid über wenigstens einen mit dem Ankerraum in Fluidverbindung stehenden Spülkanal der bei offenen und/oder bei geschlossenen Magnetventil freigegeben ist, in den Ankerraum zugeführt wird. Auf diese Weise lässt sich, zum Beispiel bevor der Motor ausgeschaltet wird, oder bevor der Motor gestartet wird, der Ankerraum spülen. Die Spülung kann zudem jeweils während einer vorbestimmten Zeitdauer, vor oder nach dem Motor-Start, beziehungsweise Motor-Stopp vorgenommen werden.
Zur Spülung des Ankerraums, nachdem der Motor ausgeschaltet wurde, ist zum Beispiel ein Spülkanal, der bei geöffnetem Zustand des Magnetventils freigegeben ist, besonders geeignet. Aufgrund der Kraft der Feder des Magnetventils wird der Steuerkolben des Magnetventils in einer solchen axialen Position gehalten, dass der Drosselspaltraum des Magnetventils freigegeben ist, solange der Elektromagnet nicht bestromt wird. Nachdem der Motor ausgeschaltet wurde, bleibt das Magnetventil in diesem Fall geöffnet, so dass auch der Spülkanal freigegeben bleibt.
Eine Restmenge an Spülfluid wird in diesem Fall also nach dem Ausschalten des Motors noch durch den Spülkanal in den Ankerraum zur Spülung zugeführt.
Um den Ankerraum eines Magnetventils, welches einer Kraftstoffhochdruckpumpe Kraftstoff zumisst, zu spülen, bevor der Motor gestartet wird oder auch nachdem der Motor ausgeschaltet wurde, ist beispielsweise ein Spülkanal, der bei geschlossenem Magnetventil freigegeben ist, gut geeignet. Wenn der Motor ausgeschaltet ist, beziehungsweise noch nicht gestartet wurde, kann der Elektromagnet des Magnetventils bestromt werden, so dass sich das Magnetventil schließt, indem sich der Steuerkolben verschiebt. In diesem Fall wird der Spülkanal freigegeben, und der Ankerraum wird gespült. Auf diese Weise lässt sich der Ankerraum auch bei ausgeschaltetem Motor durch eine Bestromung des Elektromagneten in einfacher Weise gezielt spülen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird außerdem vorzugsweise ein entsprechend ausgebildetes Magnetventil eingesetzt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßes Magnetventils weist dieses einen in einer Steuerkolbenbohrung mittels eines Elektromagneten verlagerbar angeordneten Steuerkolben auf, der mindestens eine Steuerkante besitzt, mittels der mindestens ein Spülkanal freigebbar und/oder verschließbar ist, der in Fluidverbindung mit einem außerhalb des Körpers des Magnetventils angeordneten Sammelraum für Leckagefluid angeordnet ist.
Ein solcher Spülkanal kann hinsichtlich der axialen Position bezüglich des Steuerkolbens beliebig angeordnet werden, also beispielsweise benachbart zum Sammelraum für Leckagefluid, benachbart zu einem durch den Steuerkolben freigebbaren Drosselspaltraum oder benachbart zum Ankerraum.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetventils mit Spülkanal ist der Spülkanal zwischen dem Sammelraum für Leckagefluid und einem mittels des Steuerkolbens freigebbaren und wenigstens partiell verschließbaren Drosselspaltraum angeordnet, und der Spülkanal wird freigegeben, wenn das Magnetventil geschlossen ist, und durch den Steuerkolben verschlossen, wenn das Magnetventil geöffnet wird.
Ist ein mit einem wie vorstehend beschrieben angeordneten Spülkanal ausgebildetes Magnetventil zudem einem Verbrennungsmotor zugeordnet, kann der Ankerraum des Magnetventils, nachdem der Motor ausgeschaltet wurde, besonders einfach gespült werden, indem der Elektromagnet des Magnetventils bestromt wird, so dass der Spülkanal freigegeben, und der Ankerraum gespült wird.
Bei einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetventils mit Spülkanal ist der Spülkanal zwischen einem mittels des Steuerkolbens freigebbaren und wenigstens partiell verschließbaren Drosselspaltraum und dem Ankerraum angeordnet, und der Spülkanal wird freigegeben, wenn das Magnetventil geöffnet ist, und durch den Steuerkolben verschlossen, wenn das Magnetventil geschlossen ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung eines Magnetventils, dessen Ankerraum gemäß dem Stand der Technik gespült wird;
2 eine Schnittdarstellung eines Magnetventils, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet ist;
3 eine Teilansicht einer Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetventils mit Spülkanälen;
4 eine Teilansicht einer Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetventils mit Spülkanälen und Steuerkante.
1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Magnetventils 1, dessen Ankerraum gemäß dem Stand der Technik gespült wird.
Mit dem Magnetventil 1 wird ein Kraftstoffmassenstrom gesteuert, wobei der Kraftstoff bei der dargestellten Ausführungsform vom Magnetventil 1 zu einer nicht näher dargestellten Kraftstoffhochdruckpumpe in eines Common-Rail-Einspritzsystems eines Schiffsmotors gelangt.
Der Kraftstoff gelangt über eine Zulaufleitung 2 zu dem Magnetventil 1, und wird dann über einen Drosselspaltraum 3, dessen Öffnungsquerschnitt mittels einer Betätigung des Magnetventils 1 einstellbar ist, in eine Kraftstoffzufuhrleitung 4 geführt. Der Öffnungsquerschnitt des Drosselspaltraums 3 wird dabei über eine Verschiebung eines Steuerkolbens 5 in axialer Richtung (Doppelpfeil R) verändert. Ist der Steuerkolben 5 in der Zeichnungsebene ganz oben, ist der Drosselspaltraum 3 vollständig freigegeben. Wenn der Steuerkolben 5 axial verschoben wird und in der Zeichnungsebene weiter unten zu liegen kommt, wird der Öffnungsquerschnitt des Drosselspaltraums 3 entsprechend verkleinert.
Eine axiale Verschiebung des Steuerkolbens 5 kann über eine Bestromung eines Elektromagneten 8 gesteuert werden. Solange der Elektromagnet 8 nicht bestromt wird, wird der Steuerkolben 5 durch eine Federkraft einer Feder 9, welche auf der Kolbenunterseite 10 des Steuerkolbens 5 angeordnet ist in der „offenen Position“ gehalten, der Steuerkolben 5 wird in der Zeichnungsebene nach oben drückt
Wird der Elektromagnet 8 bestromt, so wird ein innerhalb eines Ankerraums 11 verschiebbarer Anker 7 des Magnetventils infolge der Magnetkraft des Elektromagneten 8 in axialer Richtung R, bei der vorliegenden Darstellung in Richtung nach unten, verschoben. Der Anker 7 ist über eine Kolbenstange 6 mit der Kolbenstange 5 verbunden, so dass bei es bei einer Bestromung des Elektromagneten zu einer axialen Verschiebung der Kolbenstange 5 kommt.
Wenn der Elektromagnet 8 entsprechend bestromt wird, und die Kolbenstange 5 in der Zeichnungsebene ganz unten liegt, ist – je nach Ausführungsform – der Drosselspaltraum 3 vollständig oder partiell versperrt. Wird der Elektromagnet 8 nicht länger bestromt, drückt die Kraft der Feder 9 den Steuerkolben 5 wieder in die Ausgangsposition zurück, und der Drosselspaltraum 3 ist wieder vollständig freigegeben. Auf diese Weise lässt sich die axiale Position des Steuerkolbens 5 steuern, und über die Variation des Öffnungsquerschnitts des Drosselspaltraums 3 lässt sich der Kraftstoffmassenstrom durch das Magnetventil 1 entsprechend dosieren.
Beim Einsatz des Magnetventils 1 kommt es auch stets zu einer betriebsbedingten Leckage. Ein Teil des Kraftstoff gelangt über den verbleibenden Ringspaltraum 12 zwischen dem Steuerkolben 5 und der den Steuerkolben 5 umschließenden Steuerkolbenbohrung aus dem Bereich des Drosselspaltraums 3 über eine Fluidverbindung 13 in den Ankerraum 11. Der Weg dieses Anteils an Kraftstoff, des Leckagefluids des Magnetventils 1, ist mit Pfeilen P1 angedeutet. Mit der Leckagemenge wird der Ankerraum 11 des Magnetventils 1 gespült.
Da infolge von Leckage jedoch nur eine sehr kleine Menge an Kraftstoff in den Ankerraum 11 gelangt, und die Verweildauer des Kraftstoffs im Ankerraum 11 zu lang ist, kommt es im Ankerraum 11, trotz der Spülung, zur Bildung von Ablagerungen, also zur Verschmutzung des Ankerraums 11. Schließlich kann der Ankerbereich verkleben, und der Anker 7 ist nur noch schwerfällig in Bewegung zu setzen, oder der Ankers 7 sitzt vollständig fest.
Der in den Ankerraum 11 gelangte Kraftstoff wird anschließend wieder aus dem Ankerraum 11 ausgeführt und gelangt, abgesehen von den sich im Ankerraum 11 ansammelnden Rückständen, anschließend über eine Bohrung 14 in der Kolbenstange 6 und dem Steuerkolben in Pfeilrichtung P2 in einen außerhalb des Körpers des Magnetventils 1 angeordneten Sammelraum für Leckagefluid 15. In dem Sammelraum für Leckagefluid 15 wird zudem auch Leckagefluid von der nicht näher dargestellten Kraftstoffhochdruckpumpe, welcher das Magnetventil 1 Kraftstoff zumisst, gesammelt. Das Leckagefluid der Kraftstoffhochdruckpumpe gelangt über eine Pumpenrücklaufleitung 16 in den Sammelraum für Leckagefluid 15.
Das im Sammelraum 15 angesammelte Leckagefluid des Magnetventils 1 und der Kraftstoffhochdruckpumpe wird anschließend über eine Rücklaufleitung 16 wieder in den mit der Zufuhrleitung 2 des Magnetventils 1 verbundenen Fluidkreislauf zurückgeführt.
2 zeigt eine Schnittdarstellung eines Magnetventils 17, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Eine Vielzahl von Komponenten arbeitet analog wie beim in der 1 gezeigten und vorstehend beschriebenen Magnetventil 1.
Genau wie beim vorstehenden beschriebenen Magnetventil 1 wird auch beim Magnetventil 17 mittels der Bestromung eines Elektromagneten 18 ein Kraftstoffmassenstrom über Verschiebungen eines mit einem Anker 20 über eine Kolbenstange 21 verbundenen Steuerkolbens 19 gesteuert, wobei der Anker wiederum verschiebbar in einem Ankerraum 28 angeordnet ist. Auf diese Weise wird wiederum der Öffnungsquerschnitt eines Drosselspaltraums 22, der eine Fluidverbindung zwischen einer Zulaufleitung 23 und einer Kraftstoffzufuhrleitung 24 zu einer nicht näher dargestellten Kraftstoffhochdruckpumpe, eingestellt. Wie beim bereits gezeigten Magnetventil 1 wird auch der Steuerkolben 19 des erfindungsgemäßen Magnetventils 17, wenn der Elektromagnet 18 nicht bestromt wird, von der Kraft einer Feder 25 in der Zeichnungsebene nach oben gedrückt.
In einem außerhalb des Körpers des erfindungsgemäßen Magnetventils 17 angeordneten Sammelraum für Leckagefluid 27 wird wiederum Leckagefluid des Magnetventils 17 und der nicht näher dargestellten Kraftstoffpumpe gesammelt, wobei das Leckagefluid von der Krafstoffpumpe über eine Pumpenrücklaufleitung 26 in den Sammelraum 27 gelangt. Das dort gesammelte Leckagefluid wird über eine eigens dafür vorgesehene Bypassleitung 29 vom Sammelraum für Leckagefluid 27 in eine Vorkammer 30 des Ankerraums 28 geleitet. Von der Vorkammer 30 aus gelangt das Leckagefluid über Fluidverbindungen 31 in den Ankerraum 28.
Da durch die Bypassleitung 29 eine im Vergleich zu der nach dem Stand der Technik infolge von Leckage in den Ankerraum gelangende Spülfluid eine sehr große Menge an Spülfluid pro Zeiteinheit in den Ankerraum 28 gelangt, wird dieser in ausreichendem Maße gespült, so dass es nicht zu der Bildung von Rückständen und zu fest anhaftenden bleibenden Verschmutzungen kommt. Zusätzlich wird Leckagefluid des Magnetventils 17 und der nicht näher dargestellten Kraftstoffhochdruckpumpe aus dem Sammelraum für Leckagefluid 27 auch durch eine Bohrung 32 im Steuerkolben 19 und in der Kolbenstange 21 in den Ankerraum 28 geleitet. Auf diese Weise wird ein noch größerer Spülfluidvolumenstrom ermöglicht.
Das Spülfluid wird nach dem Spülvorgang über eine bezüglich der Spülfluid zuführenden Leitungen 31 und 32 am entgegengesetzten Ende des Ankerraums angeordnete Abflussleitung 33 vom Ankerraum 28 wieder dem Fluidkreislauf zurückgeführt.
3 zeigt eine Teilansicht einer Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetventils 17 mit einem zusätzlichen Spülkanal 34. Der Spülkanal 34 ist bei der in 3 dargestellten Ausführungsform zwischen dem Sammelraum für Leckagefluid 27 und dem Drosselspaltraum 22 angeordnet. Durch den Spülkanal 34 gelangt, wenn das Magnetventil 17 geschlossen ist, zusätzliches Spülfluid aus dem Sammelraum für Leckagefluid 27 in den Drosselspaltraum 22 und schließlich über einen Ringspaltraum 39, der den Steuerkolben 19 umgibt, in den Ankerraum 28 des Magnetventils.
Die rechts von der Bohrung 32 liegende Kolbenhälfte des Steuerkolbens 35 ist in der 3 in einer geschlossenen Stellung des Magnetventils 17 gezeigt. In dieser Stellung überdeckt die Steuerkante 37 des Steuerkolbens 35 die Verbindung des Spülkanals 34 zum Drosselspaltraum 22, und es gelangt folglich kein Spülfluid durch den Spülkanal 34.
Für die Kolbenhälfte links von der Bohrung 22 ist der Steuerkolben 36 in einer offenen Stellung gezeigt. Die Steuerkante 38 ist in der Zeichnungsebene nun weiter unten, so dass der Spülkanal 34 mit dem Drosselspaltraum 22 in Fluidverbindung steht. Bei dieser Ausführungsform des Magnetventils 17 gelangt also Leckagefluid durch den Spülkanal 34, wenn das Magnetventil in geschlossener Stellung ist. Eine Spülung des Ankerraums 28 kann also bei diesem Magnetventil 17 durch eine Bestromung des Elektromagneten 18 ausgelöst werden. Infolge der Bestromung wird das Magnetventil 17 geschlossen, und es wird Spülfluid in den Ankerraum 28 geführt.
4 zeigt eine Teilansicht einer Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetventils 17 mit zusätzlichen Spülkanälen 39 und 42. Die Spülkanäle 39 und 42 sind zwischen dem Drosselspaltraum 22 und dem in 4 nicht dargestellten Ankerraum 28 angeordnet.
Bei offener Stellung des Magnetventils, wenn der Steuerkolben 40, wie auf der Kolbenseite rechts von der Bohrung 32 dargestellt, in der Zeichnungsebene oben steht, stehen die Spülkanäle 39 und 42 miteinander in Fluidverbindung, so dass Leckagefluid durch die Spülkanäle 39 und 42 zum Ankerraum 28 gelangen kann. Ist das Magnetventil hingegen in geschlossener Stellung, und der Steuerkolben, 41, wie auf der Kolbenseite links von der Bohrung 32 dargestellt, in der Zeichnungseben unten, stehen die Spülkanäle 39 und 42 nicht miteinander in Verbindung, so dass auch kein Spülfluid durch die Spülkanäle 39 und 42 in den Ankerraum 28 gelangen kann.
Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich auf die Patentansprüche und die Zeichnungen verwiesen.
Bezugszeichenliste

1: Magnetventil
2: Zulaufleitung
3: Drosselspaltraum
4: Kraftstoffzufuhrleitung
5: Steuerkolben
6: Kolbenstange
7: Anker
8: Elektromagnet
9: Feder
10: Kolbenunterseite
11: Ankerraum
12: Ringspaltraum
13: Fluidverbindung
14: Bohrung
15: Sammelraum für Leckagefluid
16: Pumpenrücklaufleitung
17: erfindungsgemäßes Magnetventil
18: Elektromagnet
19: Steuerkolben
20: Anker
21: Kolbenstange
22: Drosselspaltraum
23: Zulaufleitung
24: Kraftstoffzufuhrleitung
25: Feder
26: Pumpenrücklaufleitung
27: Sammelraum für Leckagefluid
28: Ankerraum
29: Bypassleitung
30: Vorkammer
31: Fluidverbindung
32: Bohrung
33: Abflussleitung
34: Spülkanal
35: Steuerkolben in Stellung „oben“
36: Steuerkolben in Stellung „unten“
37: Steuerkante
38: Steuerkante
39: erster Spülkanal
40: Steuerkolben in Stellung „oben“
41: Steuerkolben in Stellung „unten“
42: zweiter Spülkanal
R: Doppelpfeil
P1: Pfeil
P2: Pfeil
P3: Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1316719 A1 [0006]
DE 102009045728 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Spülung eines Ankerraums (28) eines zur Steuerung eines Fluidmassenstroms vorgesehenen Magnetventils (17), dadurch gekennzeichnet, dass dem Ankerraum (28) ein unter Spüldruck gesetztes Spülfluid zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ankerraum (28) als Spülfluid ein Leckagefluid eines das Magnetventil (17) aufweisenden Fluidkreises zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ankerraum (28) Spülfluid mittels mindestens einer Fluidverbindung (29, 32) zwischen einem außerhalb eines Körpers des Magnetventils (17) angeordneten Sammelraum für Leckagefluid (27) und dem Ankerraum (28) oder einer mit dem Ankerraum (28) in Fluidverbindung angeordneten Vorkammer (30) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ankerraum (28) Spülfluid über wenigstens einen Spülkanal (34, 39, 42) zugeführt wird, der von einem in einer Steuerkolbenbohrung verlagerbaren Steuerkolben (19) steuerbar ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Spülfluid durch eine am, bezüglich der dem Ankerraum (28) fluidzuführenden Leitungen (31, 32), abgewandten Ende des Ankerraums (28) angeordnete Abflussleitung (33) abgeführt wird.
Verwendung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Spülung des Ankerraums (28) eines Magnetventils (17), welches einer Kraftstoffhochdruckpumpe Kraftstoff zumisst.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Spülung des Ankerraums (28) eines einem Verbrennungsmotor zugeordneten Magnetventils (17), nachdem der Motor ausgeschaltet wurde und/oder bevor der Motor gestartet wird, indem Spülfluid über wenigstens einen mit dem Ankerraum (28) in Fluidverbindung stehenden Spülkanal (34, 39, 42), der bei offenem und/oder bei geschlossenem Magnetventil (17) freigegeben ist, in den Ankerraum (28) zugeführt wird.
Magnetventil zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Magnetventil nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen in einer Steuerkolbenbohrung (32) mittels eines Elektromagneten (18) verlagerbar angeordneten Steuerkolbens (19), der mindestens eine Steuerkante (37, 38) besitzt, mittels der mindestens ein Spülkanal (34, 39, 42) freigebbar und/oder verschließbar ist, der in Fluidverbindung mit einem außerhalb eines Körpers des Magnetventils (17) angeordneten Sammelraum für Leckagefluid (27) angeordnet ist.
Magnetventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülkanal (34) zwischen dem Sammelraum für Leckagefluid (27) und einem mittels des Steuerkolbens (19) freigebbaren und wenigstens partiell verschließbaren Drosselspaltraum (22) angeordnet ist, und der Spülkanal (34) freigegeben wird, wenn das Magnetventil (17) zu ist, und durch den Steuerkolben (19) verschlossen wird, wenn das Magnetventil (17) geöffnet ist.
Magnetventil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülkanal (39, 42) zwischen einem mittels des Steuerkolbens (19) freigebbaren und wenigstens partiell verschließbaren Drosselspaltraum (22) und dem Ankerraum (28) angeordnet ist, und der Spülkanal (39, 42) freigegeben wird, wenn das Magnetventil (17) geöffnet ist, und durch den Steuerkolben (19) verschlossen wird, wenn das Magnetventil (17) zu ist.