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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Magnetventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Magnetventils.
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Ein Magnetventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 197 08 104 A1 der Anmelderin bekannt. Es umfasst einen Magnetaktor, bestehend aus einem als Flachanker ausgebildeten Anker, der mit einem Magnetkern und einer Magnetspule zusammenwirkt. Der Magnetanker ist einerseits in Richtung des Magnetkerns durch die Federkraft einer Rückstellfeder und andererseits mittels einer als Druckfeder ausgebildeten Schließfeder in Richtung eines Dichtsitzes kraftbeaufschlagt, der einen Steuerraum begrenzt. Bei einer Bestromung der Magnetspule wird der Anker in Richtung des Magnetkerns gezogen, um ein Ausströmen von Kraftstoff aus dem Steuerraum in einen Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors zu ermöglichen. Bei dem aus der genannten Schrift bekannten Magnetventil ist dessen dem Schließglied zugewandte Seite des Ankers, der mit einem stiftförmigen Fortsatz verbunden ist, über ein hülsenförmiges Führungselement radial geführt. Dadurch neigt der bekannte Magnetanker in einer von dem Dichtsitz angehobenen Stellung nicht zum Verkippen bzw. nicht zu einem seitlichen Ausweichen.
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Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik Anwendungsfälle bekannt, bei denen eine radiale Führung bzw. Zentrierung des Ankers in dessen Längsachse bzw. in der Längsachse der Schließfeder bei vom Dichtsitz angehobenen Schließglied nicht oder nur in geringem Maß stattfindet. Vielmehr findet durch eine entsprechende Formgebung des Schließglieds und dessen Sitz in der Schließstellung des Schließglieds eine Zentrierung statt. Problematisch dabei ist, dass die als Druckfeder ausgebildete Schließfeder mit ihrem einen stirnseitigen Ende insbesondere unmittelbar an einer Stirnfläche des Ankers anliegt. Aufgrund der Geometrie des Federendes bzw. der Toleranzen der Federenden und deren Entgratung kann dabei eine Querkraftkomponente auf den Anker erzeugt werden, die zu einem Verkippen des Ankers in Bezug zu dessen Längsachse führt. Problematisch dabei ist, dass das Verkippen zu einem nicht erwünschten, da nicht zentrisch zum Dichtsitz angeordneten Führen des Schließglieds führt, so dass ein verzögertes Schließen des Schließglieds bzw. des Dichtsitzes und ggf. ein erhöhter Verschleiß am Dichtsitz auftreten kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass unter Verzicht einer separaten radialen Führung für den Anker dieser eine gegenüber dem Stand der Technik verringerte Kippneigung, verursacht insbesondere durch Fertigungstoleranzen der Schließfeder, aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Magnetventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Außenumfang der Druckfeder (Schließfeder) zumindest auf einem Teilbereich ihrer Länge von einem in der Aufnahmebohrung angeordneten Führungselement radial umfasst ist. Mit anderen Worten gesagt, bedeutet dies, dass durch das erfindungsgemäße Führungselement eine radiale Führung der Druckfeder (Schließfeder) ermöglicht wird, die beim Auftreten von Querkräften die radiale Auslenkung der Druckfeder und somit auch des Ankers vermindert. Die erfindungsgemäße Ausbildung hat dabei insbesondere den Vorteil, dass standardisierte Bauteile mit entsprechenden Durchmessern der Aufnahmebohrung verwendet werden können, die durch das Führungselement die gewünschte (enge) radiale Führung der Schließfeder erlauben. Darüber hinaus ist durch eine entsprechende Anpassung des Führungselements an den jeweiligen Anwendungsfall bei beispielsweise ein und demselben Magnetkern eine relativ einfach Anpassung an unterschiedliche Durchmesser der Druckfeder (Schließfeder) möglich.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Magnetventils zur Steuerung eines Einspritzventilglieds eines Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In besonders bevorzugter geometrischer Dimensionierung der Durchmesser des Führungselements und der Druckfeder (Schließfeder) ist es vorgesehen, dass der Innendurchmesser des Führungselements und der Außendurchmesser der Druckfeder so aufeinander abgestimmt sind, dass die Druckfeder lediglich mit einem geringen radialen Führungsspiel in dem Führungselement aufgenommen ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass durch eine entsprechende Dimensionierung des Führungsspiels die radiale Beweglichkeit bzw. das radiale Auslenken des Magnetankers begrenzt bzw. limitiert wird.
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Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn das Führungselement auf der dem Anker zugewandten Seite der Aufnahmebohrung angeordnet ist. Dadurch wird die freie Führungslänge der Druckfeder (Schließfeder) zwischen dem dem Anker zugewandten Ende der Druckfeder und dem Anker reduziert, wodurch die radiale Beweglichkeit des Ankers begrenzt wird.
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In konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung des Führungselements wird vorgeschlagen, dass das Führungselement als Führungshülse ausgebildet ist und vorzugsweise über eine Presspassung in der Aufnahmebohrung axial fixiert aufgenommen ist. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht neben einer besonders einfachen geometrischen Form und damit einer einfachen Herstellbarkeit des Führungselements darüber hinaus auf besonders einfache und wirkungsvolle Art und Weise, das Führungselement innerhalb des Magnetkerns axial zu positionieren, ohne dass hierzu in der Aufnahmeöffnung des Magnetkerns z.B. eine Stufenbohrung oder ähnliches ausgebildet werden muss, die als Axialanschlag für das Führungselement dient.
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Um eine besonders sichere Funktion der Druckfeder (Schließfeder), insbesondere bei relativ geringen radialen Führungsspielen zwischen dem Außendurchmesser der Druckfeder und dem Innendurchmesser des Führungselements zu erzielen, wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass das Führungselement an zumindest einem axialen Endbereich auf der der Druckfeder zugewandten Seite eine Einlaufschräge für die Druckfeder aufweist.
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Eine hinreichende Funktion des Führungselements bei gleichzeitig relativ geringer Baugröße wird erzielt, wenn die axiale Länge des Führungselements maximal 50% der axialen Länge der Schließfeder beträgt. Eine derartige Länge ermöglicht insbesondere eine exakte Führung bzw. Positionierung des Führungselements innerhalb der Aufnahmeöffnung des Magnetkerns.
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Um bei einer Berührung zwischen der Druckfeder (Schließfeder) und dem Führungselement zu vermeiden, dass ggf. Abrieb entsteht, der in den Dichtbereich des von dem Anker betätigbaren Schließglieds gelangt und somit die Funktionsfähigkeit des Magnetventils beeinträchtigt, wird vorgeschlagen, dass das Führungselement aus einem gehärteten Metall besteht.
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Wie bereits eingangs erläutert, gibt es Anwendungsfälle, bei denen auf eine radiale Führung des (Magnet-)Ankers verzichtet wird. Eine derartige Ausführungsform hat den Vorteil eines besonders einfachen konstruktiven Aufbaus bzw. geringer Herstellkosten. Daher ist es in einer weiteren Ausführungsform des Magnetventils vorgesehen, dass der Anker als Flachanker ausgebildet ist und auf der dem Führungselement abgewandten Seite einen das Schließglied zumindest mittelbar führenden, vorzugsweise stiftförmigen Fortsatz aufweist, und dass der Anker in dessen Längsachse betrachtet mit radialem Spiel angeordnet ist.
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Eine besonders exakte und verschleißarme Führung des Schließglieds wird erzielt, wenn das Schließglied als Schließkugel ausgebildet ist und in einem Führungskörper angeordnet ist, der in einer Aufnahme des Fortsatzes aufgenommen ist.
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Zusätzlich umfasst die Erfindung auch einen Kraftstoffinjektor unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Magnetventils. Vorzugsweise ist der Kraftstoffinjektor dabei als so genannter Common-Rail-Injektor ausgebildet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in der einzigen Figur einen Ausschnitt aus einem Kraftstoffinjektor mit einem erfindungsgemäßen Magnetventil im Längsschnitt.
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In der einzigen Figur ist ein Teilbereich eines Kraftstoffinjektors 100 dargestellt, der insbesondere als sogenannter Common-Rail-Kraftstoffinjektor 100 ausgebildet ist. Ein derartiger Kraftstoffinjektor 100 weist ein als Düsennadel 110 ausgebildetes Einspritzventilglied auf, die beim Abheben von einem Dichtsitz Einspritzöffnungen zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine freigibt und in einer abgesenkten Stellung der Düsennadel 110 die Einspritzöffnungen verschließt.
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Die Bewegung der Düsennadel
110 wird über den Druck in einem in der Figur erkennbaren Steuerraum
101 geregelt, indem zum Freigeben der Einspritzöffnungen eine Steuermenge von Kraftstoff aus dem Steuerraum
101 in einen Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors
100 abgeführt wird. Da ein derartiger Kraftstoffinjektor
100 sowie dessen Aufbau und Funktionsweise aus dem Stand der Technik an sich bekannt und nicht erfindungswesentlich ist, wird diesbezüglich auf die
DE 197 08 104 A1 der Anmelderin verwiesen, die insofern Bestandteil der vorliegenden Anmeldung sein soll.
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Der Kraftstoffinjektor 100 weist innerhalb eines mehrteilig ausgebildeten Injektorgehäuses 11 ein erfindungsgemäßes Magnetventil 10 auf. Das Magnetventil 10 umfasst einen Magnetaktor 15, der zumindest einen im Ausführungsbeispiel hülsenförmigen Magnetkern 16 mit einer Ausnehmung für eine Magnetspule 17 sowie einen Anker 18 aufweist. Der Anker 18 ist als Flachanker 19 ausgebildet und weist auf der dem Steuerraum 101 zugewandten Seite einen stiftförmigen Fortsatz 21 auf, der entweder einstückig am Anker 18 angeformt ist, oder als separates Bauteil ausgebildet und mit dem Anker 18 verbunden ist, zum Beispiel verschweißt. Auf der dem Steuerraum 101 zugewandten Seite weist die Stirnseite des Fortsatzes 21 eine Vertiefung 22 in Form einer Sacklochbohrung auf, die der Aufnahme eines Aufnahmeelements 23 dient.
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Das im Wesentlichen zylindrisch ausgebildete Aufnahmeelement 23 weist auf der dem Steuerraum 101 zugewandten Seite eine kugelabschnittsförmige Ausnehmung 24 für ein kugelförmiges Schließglied 25 auf. Das Schließglied 25 verschließt in einer abgesenkten Position des Ankers 18 unter Ausbildung eines Dichtsitzes 26 eine Drosselbohrung 27, die den Steuerraum 101 mit einem Niederdruckbereich 28 des Kraftstoffinjektors 100 verbindet. Aus dem Steuerraum 101 durch die Drosselbohrung 27 entweichender Kraftstoff wird auf an sich bekannte Art und Weise über den Niederdruckbereich 28 des Kraftstoffinjektors 100 in einen Kraftstoffrücklauf abgeführt.
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Der Anker 18 ist auf der dem Steuerraum 101 zugewandten Seite im Bereich des Fortsatzes 21 radial von einer Rückstellfeder 30, die als Druckfeder ausgebildet ist, umfasst. Die Rückstellfeder 30 belastet den Anker 18 und somit das Schließglied 25 in dessen Öffnungsrichtung. Auf der der Rückstellfeder 30 abgewandten Seite des Ankers 18 ist dieser zumindest mittelbar mit einer Schließfeder 32 gekoppelt, die ebenfalls als Druckfeder 33 ausgebildet ist. Die Druckfeder 33 ist mit radialem Abstand zur Wand 34 einer zylindrischen Aufnahmebohrung 35 angeordnet, die als Durchgangsbohrung im Magnetkern 16 ausgebildet ist. Die Aufnahmebohrung 35 setzt sich auf der dem Steuerraum 101 abgewandten Seite in einem oberhalb des Magnetkerns 16 angeordneten Verschlussstück 31 fort. Der Innenumfang der zylindrischen Druckfeder 33 umfasst auf der der Druckfeder 33 zugewandten Seite einen zusätzlichen zylindrischen Fortsatz 36 des Ankers 18.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass innerhalb der Aufnahmebohrung 35 ein Führungselement 40 zur radialen Führung der Druckfeder 33 angeordnet ist. Das Führungselement 40 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in Form einer aus gehärtetem Material bestehenden Führungshülse 41 ausgebildet, deren Außendurchmesser derart mit dem Innendurchmesser der Aufnahmebohrung 35 abgestimmt ist, dass eine axiale Fixierung bzw. Positionierung der Führungshülse 41 in der Aufnahmebohrung 35 durch eine Presspassung ermöglicht wird. Alternativ ist es auch denkbar, die Führungshülse 41 innerhalb der Aufnahmebohrung 35 durch eine Formschlussverbindung, beispielsweise durch die Ausbildung einer Stufe in der Aufnahmebohrung 35, oder durch eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise durch eine Schweißverbindung, axial in der Aufnahmebohrung 35 zu fixieren.
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Die Führungshülse 41 bzw. das Führungselement 40 weist eine Länge l auf, die maximal etwa 50 % der Länge L der Schließfeder 32 entspricht. Weiterhin weist die Führungshülse 41 auf der dem Anker 18 zugewandten Seite an ihrem Innenumfang eine Einlaufschräge 42 auf, deren Durchmesser sich zum Anker 18 hin erweitert. Vorzugsweise ist der zwischen dem Außenumfang der Druckfeder 33 und dem Innenumfang der Führungshülse 41 ausgebildete Radialspalt 43 lediglich maximal so groß, dass ein relativ geringes Führungsspiel zwischen den beiden erwähnten Bauteilen ermöglicht wird. Darüber hinaus ist die Führungshülse 41 an dem dem Anker 18 zugewandten Endbereich der Aufnahmebohrung 35 angeordnet. Die Druckfeder 33 liegt im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem abgeschliffenen Windungsende 44 an der der Druckfeder 33 zugewandten Stirnfläche 45 des Ankers 18 an.
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Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 100 bzw. das erfindungsgemäße Magnetventil 10 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht darin, durch ein Führungselement 40 die Schließfeder 32 radial zu führen, so dass eine weitere radiale Führung des Ankers 18, insbesondere auf der dem Steuerraum 101 zugewandten Seite, nicht erforderlich ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19708104 A1 [0002, 0018]
