DE102012201413A1 - Magnetic valve i.e. fast-switching magnetic valve, for common-rail injector for injecting fuel into combustion chamber of internal combustion engine, has damping chamber engaged with locating surface for creating excess stroke impact - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Magnetventil für einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1.The invention relates to a solenoid valve for a fuel injector, in particular a common rail injector, for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
Der Einsatz von Magnetventilen in Kraftstoffinjektoren zur Steuerung des Einspritzvorganges ist bekannt. Über die Schaltstellung des Magnetventils ist der Steuerdruck in einem Steuerraum beeinflussbar, welcher eine Düsennadel des Kraftstoffinjektors in Richtung eines Düsennadelsitzes beaufschlagt. Wird der Steuerdruck durch Öffnen des Magnetventils abgesenkt, vermag die Düsennadel eine Hubbewegung auszuführen, über welche wenigstens eine Einspritzöffnung freigegeben wird. Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird der Steuerdruck im Steuerraum durch Schließen des Magnetventils und gleichzeitige Wiederbefüllung des Steuerraums mit Kraftstoff angehoben, so dass die Düsennadel zurück in den Düsennadelsitz gestellt wird.The use of solenoid valves in fuel injectors to control the injection process is known. About the switching position of the solenoid valve, the control pressure in a control chamber can be influenced, which acts on a nozzle needle of the fuel injector in the direction of a nozzle needle seat. If the control pressure is lowered by opening the solenoid valve, the nozzle needle can perform a lifting movement, via which at least one injection opening is released. To end the injection process, the control pressure in the control chamber is increased by closing the solenoid valve and simultaneously refilling the control chamber with fuel, so that the nozzle needle is placed back into the nozzle needle seat.
Zur Realisierung von Mehrfacheinspritzungen werden in der Regel schnell schaltende Ventile bevorzugt. Schnell schaltende Ventile weisen jedoch oftmals den Nachteil auf, dass die beweglichen Bauteile mit hoher Geschwindigkeit auf anschlagausbildende weitere Bauteile einschlagen. Es kommt zu so genannten Prellern, insbesondere Schließprellern, welche es zu vermeiden gilt. Denn zum Einen wird der Verschleiß an den jeweiligen Bauteilen erhöht, zum Anderen kann die Funktion des Injektors in nicht unerheblicher Weise beeinträchtigt werden.For the realization of multiple injections fast switching valves are usually preferred. However, fast-switching valves often have the disadvantage that the moving components strike at high speed on stop-forming further components. It comes to so-called bouncers, especially closing bouncers, which should be avoided. Because on the one hand, the wear on the respective components is increased, on the other hand, the function of the injector can be impaired in a significant way.
In der
In der
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein schnell schaltendes Magnetventil mit einer Dämpfungseinrichtung zur Vermeidung von Schließprellern anzugeben, das eine Verringerung der Spritzabstände zwischen zwei Einspritzungen ermöglicht und somit Mehrfacheinspritzungen begünstigt. Zugleich soll das Magnetventil einfach zu montieren sein.Based on the above-mentioned prior art, the present invention has for its object to provide a fast-switching solenoid valve with a damping device to prevent bouncing bouncers, which allows a reduction of the spray intervals between two injections and thus favors multiple injections. At the same time, the solenoid valve should be easy to install.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Magnetventil für einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.To solve the problem, a solenoid valve for a fuel injector with the features of claim 1 is proposed. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das vorgeschlagene Magnetventil umfasst eine Magnetbaugruppe mit einem Elektromagneten und einer mit dem Elektromagneten zusammenwirkenden, mehrteiligen Ankeranordnung, wobei die Ankeranordnung eine hubbewegliche und mittels der Federkraft einer Feder in Richtung eines Ventilsitzes axial vorgespannte Ankerplatte sowie eine Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung der Hubbewegung der Ankerplatte in Richtung des Ventilsitzes umfasst. Erfindungsgemäß weist die Dämpfungseinrichtung eine mittelbar über eine Feder an der Ankerplatte abgestützte, hubbewegliche Hülse zur Begrenzung eines fluidgefüllten Dämpferraums auf, welche zur Ausbildung eines Überhubanschlages in Anlage mit einer Anschlagfläche bringbar ist. Das heißt, dass die Hubbewegung der Hülse durch die Anschlagfläche begrenzt ist, die Feder jedoch, mittels welcher die Hülse an der Ankerplatte abgestützt ist, zunächst eine Fortsetzung der Ankerplattenbewegung in Richtung des Ventilsitzes erlaubt. Aufgrund der Relativbewegung der Ankerplatte gegenüber der Hülse baut sich im zwischenliegenden fluidgefüllten Dämpferraum ein Druck auf, welcher zum Einen die Ankerplatte in ihrer Bewegung abbremst, zum Anderen die Hülse in Anlage mit der Anschlagfläche hält. In Anlage der Hülse mit der Anschlagfläche ist das im Dämpferraum vorhandene Fluid eingeschlossen und bildet einen Überhubanschlag aus, welcher den Überhub der Ankerplatte gegenüber der Hülse begrenzt. In Abhängigkeit von der Auslegung des Dämpferraumes können auf diese Weise kurze Rückstellzeiten bzw. Rückstellwege der Ankerplatte und demzufolge minimale Abstände zwischen zwei Einspritzungen realisiert werden. Ferner können die Montagekosten reduziert werden, da aufwendige Einstellprozesse zur Einstellung des Überhubes entfallen.The proposed solenoid valve comprises a magnet assembly having an electromagnet and a cooperating with the electromagnet, multi-part armature assembly, wherein the armature assembly a hubbewegliche and by the spring force of a spring in the direction of a valve seat axially biased anchor plate and a damping device for damping the lifting movement of the armature plate in the direction of the valve seat includes. According to the invention, the damping device has a liftable sleeve indirectly supported by a spring on the armature plate for limiting a fluid-filled damper space, which can be brought into contact with a stop surface to form an overstroke stop. This means that the lifting movement of the sleeve is limited by the stop surface, but the spring, by means of which the sleeve is supported on the anchor plate, initially allows a continuation of the armature plate movement in the direction of the valve seat. Due to the relative movement of the armature plate relative to the sleeve, a pressure builds up in the intermediate fluid-filled damper chamber, which on the one hand slows down the armature plate in its movement, on the other holds the sleeve in abutment with the stop surface. In plant of the sleeve with the stop surface is in the Damper space included existing fluid and forms an overstroke stop, which limits the overstroke of the anchor plate relative to the sleeve. Depending on the design of the damper chamber short reset times or return paths of the armature plate and thus minimal distances between two injections can be realized in this way. Furthermore, the assembly costs can be reduced, since complex adjustment processes for adjusting the overtravel omitted.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Anschlagfläche an einem hubbeweglichen Ankerbolzen ausgebildet, welcher die Ankerplatte durchsetzt. Die Ankerplatte ist relativ zum Ankerbolzen verschiebbar und wird zumindest über einen Teil seines Weges, insbesondere in der Dämpfungsphase, über den Ankerbolzen geführt. Durch die Ausbildung der Anschlagfläche am Ankerbolzen ist die Anordnung eines separaten Anschlagelementes entbehrlich. Ferner wird auf diese Weise ein beweglicher Anschlag ausgebildet, da der Ankerbolzen – zumindest zeitweise – der Bewegung der Ankerplatte folgt.According to a preferred embodiment of the invention, the stop surface is formed on a liftable anchor bolt, which passes through the anchor plate. The anchor plate is displaceable relative to the anchor bolt and is guided over the anchor bolt at least over part of its path, in particular in the damping phase. Due to the design of the stop surface on the anchor bolt, the arrangement of a separate stop element is unnecessary. Furthermore, a movable stop is formed in this way, since the anchor bolt - at least temporarily - follows the movement of the anchor plate.
Ferner kann der Ankerbolzen als Kraftübertragungsglied eingesetzt werden, das auf ein Ventilschließelement in der Weise einwirkt, dass das Ventilschließelement in Schließstellung des Magnetventils in Anlage mit dem Ventilsitz gehalten wird.Furthermore, the anchor bolt can be used as a force transmission member which acts on a valve closing element in such a manner that the valve closing element is held in the closed position of the solenoid valve in contact with the valve seat.
Um das Fluid im Dämpfungsraum einzuschließen, wird des Weiteren vorgeschlagen, dass an der Hülse eine mit der Anschlagfläche zusammenwirkende Dichtkante ausgebildet ist. Über die Dichtkante wird der Dämpfungsraum gegenüber einem die Hülse umgebenden Druckraum abgedichtet. Zur Erhöhung der Dichtwirkung kann ferner vorgesehen sein, dass die Dichtkante in Form einer Beißkante ausgebildet ist. Das heißt, dass der vorzugsweise radial verlaufenden Anschlagfläche eine schräg hierzu verlaufende Dichtfläche der Hülse gegenüberliegt und die Dichtkante der Hülse über in einem spitzen Winkel zueinander liegende Flächen gebildet wird.In order to include the fluid in the damping chamber, it is further proposed that a cooperating with the stop surface sealing edge is formed on the sleeve. About the sealing edge of the damping chamber is sealed against a surrounding the sleeve pressure chamber. To increase the sealing effect may also be provided that the sealing edge is formed in the form of a biting edge. This means that the preferably radially extending abutment surface is opposite a sealing surface of the sleeve extending obliquely thereto and the sealing edge of the sleeve is formed by surfaces lying at an acute angle to one another.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der fluidgefüllte Dämpferraum über eine Dämpferdrossel entlastbar. Über den Strömungsquerschnitt der Dämpferdrossel ist der Dämpfungsgrad einstellbar. Ist der Dämpfungsgrad zu hoch, so dass ggf. die Ankerplatte am im Dämpferraum eingeschlossenen Fluid abprallt, kann der Drosselquerschnitt vergrößert werden, womit der Dämpfungsgrad abnimmt. Mit abnehmendem Dämpfungsgrad wird jedoch der Rückstellweg der Ankerplatte länger, was sich wiederum negativ auf die Spritzabstände auswirkt. Die Dämpferdrossel ist vorzugsweise in der Hülse ausgebildet, welche den Dämpferraum zumindest in radialer Richtung begrenzt. Hierzu kann in der Hülse eine radial oder schräg verlaufende Bohrung vorgesehen sein, welche den Dämpferraum mit dem die Hülse umgebenden Druckraum verbindet.According to one embodiment of the invention, the fluid-filled damper chamber is relieved via a damper throttle. The degree of damping can be adjusted via the flow cross section of the damper throttle. If the degree of damping is too high, so that possibly the armature plate rebounds on the fluid enclosed in the damper chamber, the throttle cross-section can be increased, whereby the degree of damping decreases. With decreasing degree of damping, however, the return path of the anchor plate becomes longer, which in turn has a negative effect on the spray intervals. The damper throttle is preferably formed in the sleeve, which limits the damper space at least in the radial direction. For this purpose, a radially or obliquely extending bore may be provided in the sleeve, which connects the damper chamber with the pressure chamber surrounding the sleeve.
Ferner bevorzugt ist vorgesehen, dass der fluidgefüllte Dämpferraum in axialer Richtung einerseits von der Ankerplatte und andererseits von der Hülse begrenzt ist. Die jeweils an der Ankerplatte und an der Hülse vorgesehen Flächen zur axialen Begrenzung des Dämpferraums dienen zugleich als hydraulische Wirkflächen, welche bei einer Bewegung der Ankerplatte in Richtung des Elektromagneten zumindest zeitweise eine hydraulische Kopplung der Hülse mit der Ankerplatte bewirken, so dass die Hülse der Bewegung der Ankerplatte folgt. Dabei hebt die Hülse von der vorzugsweise am Ankerbolzen ausgebildeten Anschlagfläche ab und öffnet den Dämpferraum. Danach beendet die Ankerplatte ihre Hubbewegung ungebremst, so dass ein schnelles Öffnen des Magnetventils gewährleistet ist.Further preferably, it is provided that the fluid-filled damper space is limited in the axial direction on the one hand by the anchor plate and on the other hand by the sleeve. The respectively provided on the anchor plate and on the sleeve surfaces for axially limiting the damper chamber serve as hydraulic active surfaces, which at least temporarily cause a hydraulic coupling of the sleeve with the anchor plate at a movement of the armature plate in the direction of the electromagnet, so that the sleeve movement the anchor plate follows. In this case, the sleeve lifts off from the preferably formed on the anchor bolt stop surface and opens the damper chamber. Thereafter, the anchor plate stops its lifting motion without braking, so that a rapid opening of the solenoid valve is ensured.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hülse eine radial innen liegende Ringfläche zur axialen Begrenzung des fluidgefüllten Dämpferraums auf. Die radial innen liegende Ringfläche kann durch einen Kragen der Hülse ausgebildet sein, welcher sich nach radial innen erstreckt. Indem die Ringfläche den Dämpferraum axial begrenzt, wird während der Dämpfungsphase, d.h. mit steigendem Druck im Dämpferraum, über die Ringfläche eine höhere Abdichtkraft gegenüber der am Ankerbolzen ausgebildeten Anschlagfläche bewirkt.According to a preferred embodiment, the sleeve has a radially inner annular surface for axially limiting the fluid-filled damper space. The radially inner annular surface may be formed by a collar of the sleeve, which extends radially inward. As the annular surface axially delimits the damper space, during the damping phase, i. with increasing pressure in the damper chamber, via the annular surface causes a higher sealing force against the abutment surface formed on the anchor bolt.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Hülse eine radial außen liegende Ringfläche zur Auflage der ferner an der Ankerplatte abgestützten Feder besitzt. Die radial außen liegende Ringfläche ist vorzugsweise ebenfalls an einem Kragen der Hülse ausgebildet, welcher sich in diesem Fall jedoch nach radial außen erstreckt.Alternatively or additionally, it may be provided that the sleeve has a radially outer annular surface for supporting the spring also supported on the anchor plate. The radially outer annular surface is preferably also formed on a collar of the sleeve, which extends in this case, however, radially outward.
Vorteilhafterweise wird die Ankerplatte in Richtung des Elektromagneten von der Federkraft einer weiteren Feder beaufschlagt. Die weitere Feder dient der Rückstellung der Ankerplatte. Je höher die Federkraft der weiteren Feder ist, desto schneller wird die Ankerplatte in ihre Ausgangslage zurückgestellt. Die Federkraft der weiteren Feder muss auf die Federkraft der gegensinnig wirkenden und die Ankerplatte in Schließrichtung beaufschlagenden Feder aufgeschlagen werden, so dass diese entsprechend stärker auszulegen ist. Vorzugsweise ist die Federkraft der weiteren Feder, welche der Rückstellung der Ankerplatte dient, größer als die Federkraft der ebenfalls an der Ankerplatte abgestützten Feder gewählt, welche vorrangig der Rückstellung der Hülse gegen die vorzugsweise am Ankerbolzen ausgebildeten Anschlagfläche dient. Dies ist möglich, da die Masse der Hülse deutlich geringer ist.Advantageously, the armature plate is acted upon in the direction of the electromagnet by the spring force of a further spring. The other spring serves to return the anchor plate. The higher the spring force of the other spring, the faster the anchor plate is returned to its original position. The spring force of the other spring must be added to the spring force of the opposing acting and the armature plate acting in the closing direction spring so that it is interpreted accordingly stronger. Preferably, the spring force of the further spring, which serves to restore the anchor plate, greater than the spring force of the likewise supported on the anchor plate spring selected, which serves primarily the provision of the sleeve against the preferably formed on the anchor bolt stop surface. This is possible because the mass of the sleeve is significantly lower.
Vorzugsweise ist ein mit dem Ventilsitz zusammenwirkendes separates Ventilschließelement vorgesehen, das weiterhin vorzugsweise kugelförmig ausgebildet und/oder über die Ankeranordnung in Anlage mit dem Ventilsitz haltbar ist. Beispielsweise kann der Ankerbolzen der Ankeranordnung das Ventilschließelement in Anlage mit dem Ventilsitz halten. Ist das Ventilschließelement kugelförmig ausgebildet, weist der Ventilsitz vorzugsweise eine Kegelform auf, so dass ein optimaler Dichtsitz erzielt wird. Am Ankerbolzen kann hierzu eine kalottenförmige Anlagefläche ausgebildet bzw. ein kalottenförmiges Aufnahmeelement angeordnet sein, welche bzw. welches der Kugelform des Ventilschließelementes angepasst ist. Preferably, a cooperating with the valve seat separate valve closing element is provided, which is further preferably formed spherical and / or durable on the armature assembly in contact with the valve seat. For example, the anchor bolt of the armature assembly may hold the valve closure member in abutment with the valve seat. If the valve closing element is spherical, the valve seat preferably has a conical shape, so that an optimum sealing seat is achieved. For this purpose, a dome-shaped bearing surface can be formed on the anchor bolt or a dome-shaped receiving element can be arranged, which or which is adapted to the spherical shape of the valve closing element.
Das Ventilschließelement ist weiterhin vorzugsweise in einem Ventilraum aufgenommen, welcher von einem die Ankeranordnung partiell umschließenden hülsenförmigen Bauteil begrenzt wird. Das hülsenförmige Bauteil dient der Führung der Ankeranordnung, insbesondere der Führung des Ankerbolzens der Ankeranordnung.The valve closing element is furthermore preferably accommodated in a valve space, which is delimited by a sleeve-shaped component which partially encloses the armature arrangement. The sleeve-shaped component serves to guide the anchor assembly, in particular the leadership of the anchor bolt of the armature assembly.
Da die Vorteile eines erfindungsgemäßen Magnetventils insbesondere bei Einsatz in einem Kraftstoffinjektor zum Tragen kommen, wird ferner ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem solchen Magnetventil beansprucht.Since the advantages of a solenoid valve according to the invention come into play, in particular when used in a fuel injector, a fuel injector for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine with such a solenoid valve is also claimed.
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
Eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetventils ist in den
Das kugelförmige Ventilschließelement
Die Ankeranordnung
Zur Einstellung der Dämpfungswirkung der Dämpfungseinrichtung
Eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetventils ist in den
Wie aus der
Sofern keine Feder
Die Funktionsweise wird nunmehr beispielhaft anhand der
In der Ruhestellung (
Wird der Elektromagnet
In der Schließphase (
In der Dämpfungsphase (
Auf die Dämpfungsphase folgt die Rückstellungsphase (
Ist eine zusätzliche Feder
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 102009045623 A1 [0005] DE 102009045623 A1 [0005]
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