DE102011086951A1 - Armature assembly, solenoid valve and fuel injector - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ankerbaugruppe für ein Magnetventil einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfassend ein von einer Durchgangsbohrung (3) durchsetztes hubbewegliches erstes Ankerelement (1) sowie ein in der Durchgangsbohrung (3) des ersten Ankerelements (1) aufgenommenes bolzenförmiges zweites Ankerelement (2) zur Führung des ersten Ankerelementes (1), wobei die Durchgangsbohrung (3) zur Erleichterung der Montage der Ankerbaugruppe an wenigstens einem Ende in einen sich nach außen öffnenden Konus (4) übergeht. Erfindungsgemäß besitzt der Konus (4) einen Öffnungswinkel (α) 90°–150°, vorzugsweise 100°–140°, weiterhin vorzugsweise 110°–130°.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Magnetventil mit einer solchen Ankerbaugruppe sowie eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem solchen Magnetventil.The invention relates to an armature assembly for a solenoid valve of a fuel injection device comprising a first movable anchor element (1) penetrated by a throughbore (3) and a bolt-shaped second anchor element (2) received in the throughbore (3) of the first anchor element (1) for guiding the first Anchor element (1), wherein the through hole (3) to facilitate the assembly of the armature assembly merges at least one end in an outwardly opening cone (4). According to the invention, the cone (4) has an opening angle (α) of 90 ° -150 °, preferably 100 ° -140 °, more preferably 110 ° -130 °.
Furthermore, the invention relates to a solenoid valve with such an armature assembly and a fuel injection device with such a solenoid valve.
Description
Die Erfindung betrifft eine Ankerbaugruppe für ein Magnetventil einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Magnetventil mit einer solchen Ankerbaugruppe sowie eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem solchen Magnetventil.The invention relates to an armature assembly for a solenoid valve of a fuel injection device having the features of the preamble of
Stand der TechnikState of the art
Aus der Offenlegungsschrift
Bei Einsatz eines solchen Magnetventils in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist die Ankerbaugruppe in der Regel kraftstoffumströmt. Der Kraftstoff dient unter anderem der Schmierung der in Reibkontakt stehenden Bauteile und verringert auf diese Weise den Verschleiß an den auf Reibung beanspruchten Flächen. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung und/oder der Qualität des Kraftstoffs kann dieser aber auch unerwünschte Wirkungen haben. Beispielsweise kann der Kraftstoff zur Ausbildung von Belägen an den in Kontakt mit dem Kraftstoff stehenden Oberflächen führen. Eine Belagbildung bei Diesel-Kraftstoffen kann beispielsweise durch Metallseifen, durch Alterungspolymerbestandteile aufgrund von Bioanteilen im Kraftstoff oder durch Polymerbestandteile bestimmter Detergenzien entstehen. Erfahrungsgemäß unterstützt eine hohe Temperatur die Bildung von Belägen, da der Alterungsprozess des Kraftstoffs beschleunigt wird. Der Kraftstoff oxidiert und bildet Säuren, die einer chemischen Reaktion zur Bildung von Belägen förderlich sind.When using such a solenoid valve in a fuel injection device, the armature assembly is usually fuel flows around. The fuel is used inter alia, the lubrication of the components in frictional contact and thus reduces the wear on the surfaces subject to friction. Depending on the composition and / or the quality of the fuel but this can also have undesirable effects. For example, the fuel can lead to the formation of deposits on the surfaces in contact with the fuel. Fouling of diesel fuels can arise, for example, from metal soaps, aging polymer components due to bio-proportions in the fuel, or polymer components of certain detergents. Experience has shown that a high temperature supports the formation of deposits, as the aging process of the fuel is accelerated. The fuel oxidizes and forms acids that are conducive to a chemical reaction to form deposits.
Kommt es zu einer solchen Belagbildung an den beweglichen Teilen einer Ankerbaugruppe, wie beispielsweise dem Ankerbolzen und/oder der Ankerplatte, kann dies dazu führen, dass die Beläge an dem einen Teil eine Bewegung des anderen Teils blockieren. Die Folge können Funktionsstörungen sein.If there is such a deposit on the moving parts of an armature assembly, such as the anchor bolt and / or the anchor plate, this may cause the pads on one part block movement of the other part. The result can be malfunctions.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ankerbaugruppe anzugeben, welche weniger zu derartigen Funktionsstörungen aufgrund Belagbildung neigt.The invention is therefore based on the object to provide an anchor assembly, which is less prone to such malfunction due to formation of deposits.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Ankerbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ferner werden ein Magnetventil mit einer solchen Ankerbaugruppe sowie eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem solchen Magnetventil vorgeschlagen.To solve the problem, an armature assembly with the features of
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorgeschlagene Ankerbaugruppe umfasst ein von einer Durchgangsbohrung durchsetztes hubbewegliches erstes Ankerelement sowie ein in der Durchgangsbohrung des ersten Ankerelements aufgenommenes bolzenförmiges zweites Ankerelement zur Führung des ersten Ankerelementes. Zur Erleichterung der Montage der Ankerbaugruppe geht die Durchgangsbohrung an wenigstens einem Ende in einen sich nach außen öffnenden Konus über. Erfindungsgemäß besitzt der Konus einen Öffnungswinkel α 90°–150°, vorzugsweise 100°–140°, weiterhin vorzugweise 110°–130°.The proposed armature assembly comprises a hubbewegliches first anchor element penetrated by a through hole and a bolt-shaped second anchor element received in the through hole of the first anchor element for guiding the first anchor element. To facilitate assembly of the armature assembly, the throughbore at at least one end transitions into an outwardly opening cone. According to the invention, the cone has an opening angle α 90 ° -150 °, preferably 100 ° -140 °, furthermore preferably 110 ° -130 °.
Die konusförmige Erweiterung der Durchgangsbohrung des ersten Ankerelementes der vorgeschlagenen Ankerbaugruppe dient als Zentrierkonus und soll das Einführen des bolzenförmigen Ankerelementes bei der Montage vereinfachen. Diese Funktion wird grundsätzlich auch von einer Fase erfüllt, wie sie beispielsweise aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt ist. Der Konus der vorliegend vorgeschlagenen Ankerbaugruppe weist demgegenüber jedoch einen Öffnungswinkel α auf, welcher einem stumpfen Winkel entspricht. Dies führt dazu, dass die Belagbildung an dem bolzenförmigen zweiten Ankerelement erschwert wird.The conical extension of the through hole of the first anchor element of the proposed armature assembly serves as a centering cone and is intended to facilitate the insertion of the bolt-shaped anchor element during assembly. This function is basically fulfilled by a chamfer, as it is known for example from the aforementioned prior art. The cone of the presently proposed armature assembly, however, has an opening angle α, which corresponds to an obtuse angle. As a result, the formation of deposits on the bolt-shaped second anchor element is made more difficult.
Die Erfindung geht vorliegend davon aus, dass eine konusförmige Erweiterung der Durchgangsbohrung aus fertigungstechnischen Gründen erwünscht und der Einsatz der Ankerbaugruppe in einer die Belagbildung fördernden Umgebung vorgesehen ist. Eine solche Umgebung bildet beispielsweise ein heißes Kraftstoff-Medium und im Besonderen ein heißes Kraftstoff-Medium mit ruhenden Nachheizphasen aus. Im Bereich der konusförmigen Erweiterung kommt es strömungsbedingt zu einer verstärkten Belagbildung, wobei die Beläge bis in die Durchgangsbohrung hinein wachsen können. Aufgrund der konusförmigen Erweiterung nehmen die Beläge in diesem Bereich eine Keilform an, wobei die Keilform der Beläge eine selbsthemmende Wirkung entfalten und die Hubbewegung des ersten Ankerelementes behindern kann. Die selbsthemmende Wirkung der Beläge kann durch die Wahl eines geeigneten Öffnungswinkels der konusförmigen Erweiterung der Durchgangsbohrung minimiert werden, wie nachfolgende Ableitung ergibt.The present invention is based on the assumption that a cone-shaped widening of the throughbore is desired for reasons of production engineering and the use of the armature assembly is provided in an environment that promotes the formation of fouling. Such an environment forms, for example, a hot fuel medium and, in particular, a hot fuel medium with stationary postheating phases. In the area of the cone-shaped enlargement, there is a flow-related increase in the formation of deposits, with the deposits extending into the Through hole can grow into it. Due to the cone-shaped extension, the pads in this area take on a wedge shape, wherein the wedge shape of the pads develop a self-locking effect and can hinder the lifting movement of the first anchor element. The self-locking effect of the pads can be minimized by choosing a suitable opening angle of the cone-shaped extension of the through hole, as subsequent derivation results.
Es wird zunächst von einem Öffnungswinkel der konusförmigen Erweiterung von 60° ausgegangen, welcher einem Fasenwinkel von 30° entspricht. Die Hubbewegung des ersten Ankerelementes mit einer vorgegebenen Ankerkraft FA führt zu einer Reactio des Belags. Dabei lässt sich die Ankerkraft FA in die Kraftkomponenten FBO (Kraft senkrecht zur Längsachse des bolzenförmigen zweiten Ankerelementes) und FBS (Kraft senkrecht zur schrägen Flanke des Belags) zerlegen, welche sich nach folgenden Formeln berechnen lassen: It is initially assumed that an opening angle of the cone-shaped extension of 60 °, which corresponds to a chamfer angle of 30 °. The lifting movement of the first anchor element with a predetermined armature force F A leads to a Reactio of the covering. In this case, the armature force F A can be broken down into the force components F BO (force perpendicular to the longitudinal axis of the bolt-shaped second anchor element) and F BS (force perpendicular to the sloping edge of the lining), which can be calculated according to the following formulas:
Die Kräfte FBO und FBS verhalten sich somit proportional zu FA. Mit steigender Ankerkraft FA steigt somit auch die Kraftkomponente FBO, wodurch sich ferner die Anforderungen an die Robustheit des Belags im Hinblick auf die Haftung des Belages an der Oberfläche des bolzenförmigen zweiten Ankerelementes erhöhen.The forces F BO and F BS thus behave proportionally to F A. As the armature force F A increases, so does the force component F BO , which further increases the demands on the robustness of the lining with regard to the adhesion of the lining to the surface of the bolt-shaped second anchor element.
Unabhängig von der Ankerkraft FA können die Anforderungen an die Robustheit des Belages auch durch Veränderung des Keilwinkels bzw. des Öffnungswinkels der konusförmigen Erweiterung der Durchgangsbohrung erhöht werden. Dies erfolgt dadurch, dass der Öffnungswinkel möglichst groß, insbesondere größer als 60° gewählt wird. Dabei sollte Berücksichtigung finden, dass eine konusförmige Erweiterung der Durchgangsbohrung erhalten bleibt, um weiterhin die Montage der Ankerbaugruppe über einen Zentrierkonus zu vereinfachen. Der ideale Öffnungswinkel beträgt vorzugsweise 120°.Regardless of the anchor force F A , the requirements for the robustness of the lining can also be increased by changing the wedge angle or the opening angle of the conical enlargement of the through-bore. This is done by the opening angle is selected as large as possible, in particular greater than 60 °. It should be taken into account that a cone-shaped extension of the through hole is maintained in order to further simplify the assembly of the anchor assembly via a centering cone. The ideal opening angle is preferably 120 °.
Die mit einer Vergrößerung des Öffnungswinkels steigenden Anforderungen an die Haftung des Belages ergeben sich aus den nachfolgenden Formeln, wobei zunächst wiederum ein Öffnungswinkel von 60° bzw. ein Fasenwinkel von 30° zugrunde gelegt wird. FR gibt die Reibungskraft und μH den Reibungskoeffizienten, d. h. die Reibungskraft im Verhältnis zur Anpresskraft zwischen dem Belag und der Oberfläche des bolzenförmigen zweiten Ankerelementes, an.
Vergrößert man den Öffnungswinkel von 60° auf 90°, was einem Fasenwinkel von 45° entspricht, folgt daraus für die Anforderung für die Haftung des Belags: μH ≥ 1.0. Entsprechend führt eine Vergrößerung des Öffnungswinkels auf 120°, was wiederum einem Fasenwinkel von 60° entspricht, zur Haftanforderung: μM ≥ 1.732. Das heißt, dass mit Größerwerden des Öffnungswinkels der Reibungskoeffizient steigt. Dies hat zur Folge, dass auch die Anforderungen an die Haftungseigenschaften des Belages steigen. Mit einer Vergrößerung des Öffnungswinkels von 60° auf 120° erhöhen sich die Anforderungen an die Haftungseigenschaften des Belags um den Faktor 3. Bei einer Vergrößerung des Öffnungswinkels von 60° auf 150° beträgt der Faktor bereits 6,5. Allerdings ist ein Öffnungswinkel über 150° kritisch zu betrachten, da die Zentrierfunktion der konusförmigen Erweiterung der Durchgangsbohrung nicht mehr ausreichend erfüllt wird.If the opening angle is increased from 60 ° to 90 °, which corresponds to a chamfer angle of 45 °, the following applies to the requirement for the adhesion of the covering: μ H ≥ 1.0. Correspondingly, an enlargement of the opening angle to 120 °, which in turn corresponds to a chamfer angle of 60 °, leads to the adhesion requirement: μ M ≥ 1.732. That is, as the opening angle becomes larger, the friction coefficient increases. This has the consequence that the requirements for the adhesive properties of the lining rise. With an increase in the opening angle from 60 ° to 120 °, the requirements for the adhesion properties of the covering increase by a factor of 3. When the opening angle is increased from 60 ° to 150 °, the factor is already 6.5. However, an opening angle of more than 150 ° is to be considered critically since the centering function of the conical enlargement of the through-hole is no longer sufficiently fulfilled.
Bevorzugt wird der Konus von einer Stirnfläche des ersten Ankerelementes begrenzt und bildet eine Fase aus, welche die Stirnfläche mit der Durchgangsbohrung verbindet. Dadurch wird die Fertigung der konusförmigen Erweiterung vereinfacht, welche weiterhin bevorzugt durch Drehen, Fräsen, Hobeln oder dergleichen gefertigt wird.Preferably, the cone is bounded by an end face of the first anchor element and forms a chamfer, which connects the end face with the through hole. As a result, the production of the cone-shaped extension is simplified, which is further preferably made by turning, milling, planing or the like.
Das zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ferner vorgeschlagene Magnetventil für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung weist eine erfindungsgemäße Ankerbaugruppe auf. Ferner umfasst das Magnetventil einen mit dem ersten Ankerelement der Ankerbaugruppe zusammenwirkenden Elektromagneten umfasst. Bei einer Bestromung des Elektromagneten wird das erste Ankerelement in Richtung einer Magnetspule des Elektromagneten gezogen und dabei relativ zum zweiten Ankerelement verschoben. Vorzugsweise umfasst die Ankerbaugruppe eine Ankerfeder zur Rückstellung des ersten Ankerelementes, wenn die Bestromung des Elektromagneten beendet wird.The solenoid valve for a fuel injection device, which is also proposed for achieving the above-mentioned object, has an armature assembly according to the invention. Furthermore, the solenoid valve comprises a cooperating with the first anchor element of the armature assembly electromagnet. When the electromagnet is energized, the first armature element is pulled in the direction of a magnet coil of the electromagnet and displaced relative to the second armature element. Preferably, the armature assembly comprises an armature spring for returning the first armature element, when the energization of the electromagnet is terminated.
Des Weiteren wird eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Magnetventil umfassend eine erfindungsgemäße Ankerbaugruppe vorgeschlagen. In der Kraftstoffeinspritzvorrichtung erfolgt die Anordnung des Magnetventils bzw. der Ankerbaugruppe in der Weise, dass zumindest ein Führungsabschnitt des zweiten Ankerelementes der Ankerbaugruppe im Betrieb der Vorrichtung kraftstoffumströmt ist. Der Führungsabschnitt des bolzenförmigen zweiten Ankerelementes befindet sich damit bevorzugt in einer die Belagbildung fördernden Umgebung.Furthermore, a fuel injection device with a solenoid valve comprising an armature assembly according to the invention is proposed. In the fuel injection device, the arrangement of the solenoid valve or the armature assembly takes place in such a way that at least one guide portion of the second armature element of the armature assembly is fuel flows around in the operation of the device. The guide portion of the bolt-shaped second Anchor element is thus preferably in an environment promoting the formation of deposits.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the drawings. These show:
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Der
Im Bereich der Fase
Wie dem Kräftedreieck der
In dem schematischen Längsschnitt der
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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