DE102014207937A1

DE102014207937A1 - Magnetventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE102014207937A1
Application number: DE102014207937.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Kolb
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2015-10-29
Also published as: WO2015165625A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem, umfassend eine Magnetbaugruppe (1) und einen mit der Magnetbaugruppe (1) zusammenwirkenden hubbeweglichen Anker (2), der unmittelbar oder mittelbar über eine Ventilnadel (3) mit einem Ventilschließelement des Magnetventils koppelbar ist. Erfindungsgemäß besitzt der Anker (2) oder die Ventilnadel (3) ein über den Außenumfang vorstehendes Riegelelement (4), das in einer innerhalb einer Führungsbohrung (5) zur Führung des Ankers (2) und/oder der Ventilnadel (3) ausgebildeten Ausnehmung (6) bis zu einem Anschlag (7) axial verschiebbar aufgenommen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Das Magnetventil kann insbesondere als Einlassventil in eine Hochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems eingesetzt sein. Andere Anwendungen sind jedoch ebenfalls möglich.
Stand der Technik
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 027 745 A1 ist eine Hochdruckpumpe für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen mit einem elektromagnetisch ansteuerbaren Einlassventil zur Versorgung eines Pumpenarbeitsraums mit Brennstoff bekannt. Das Einlassventil ist hierzu in einen Zylinderkopf der Hochdruckpumpe integriert und umfasst eine Magnetspule sowie einen mit der Magnetspule zusammenwirkenden Tauchanker, mittels dessen ein hubbeweglicher Ventilstößel betätigbar ist. Bei stromlos geschalteter Magnetspule ist das Einlassventil vorzugsweise geschlossen. Wird die Magnetspule bestromt, bewirkt die Magnetkraft einen Hub des Tauchankers, wobei der Tauchanker den Ventilstößel mitführt, so dass das Einlassventil öffnet. Zum Schließen des Einlassventils wird die Bestromung der Magnetspul beendet, wobei die Federkraft einer am Ventilstößel abgestützten Ventilfeder den Ventilstößel zurück in den Dichtsitz stellt. Dabei wird auch der Anker in seine Ausgangslage zurückgestellt. Beim Öffnen des Ventils wird der Hub des Ankers durch eine Einstellscheibe begrenzt, so dass zwischen dem Anker und einem Ventilteil zumindest ein Restluftspalt verbleibt. Der Restluftspalt soll magnetische Klebeeffekte verhindern, so dass ein verzögerungsfreies Schließen des Ventils gewährleistet ist.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem anzugeben, das eine präzise Einstellung des Ankerhubes und damit eines Restluftspalts zwischen dem Anker und einem Bauteil des Magnetkreises ermöglicht, um magnetische Klebeeffekte wirksam zu verhindern. Ferner soll das Magnetventil einfach und kostengünstig herstellbar sein.
Zur Lösung der Aufgabe wird das Magnetventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Offenbarung der Erfindung
Das für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, vorgeschlagene Magnetventil umfasst eine Magnetbaugruppe und einen mit der Magnetbaugruppe zusammenwirkenden hubbeweglichen Anker. Der Anker ist unmittelbar oder mittelbar über eine mit dem Anker verbundene Ventilnadel mit einem Ventilschließelement des Magnetventils koppelbar. Erfindungsgemäß besitzt der Anker oder die Ventilnadel ein über den Außenumfang vorstehendes Riegelelement, das in einer innerhalb einer Führungsbohrung zur Führung des Ankers und/oder der Ventilnadel ausgebildeten Ausnehmung bis zu einem Anschlag axial verschiebbar aufgenommen ist. Der Anschlag begrenzt die axiale Verschiebbarkeit des Riegelelements und folglich den Hub des Ankers. Insoweit ist über das Riegelelement und den Anschlag ein Restluftspalt zwischen dem Anker und einem Bauteil des Magnetkreises vorgebbar, der magnetische Klebeeffekte verhindert. Eine separate Einstellscheibe bzw. Restluftspaltscheibe ist somit entbehrlich.
Bevorzugt ist die das Riegelelement aufnehmende Ausnehmung als axial verlaufende Nut innerhalb der Führungsbohrung zur Führung des Ankers bzw. der Ventilnadel ausgeführt. Die axiale Erstreckung der Nut ist vorgegeben, so dass eine die Nut in axialer Richtung begrenzende Fläche den Anschlag für das Riegelelement ausbildet. Alternativ kann die Ausnehmung als Langloch ausgeführt sein, wobei das Langloch an wenigstens einem Ende von einer anschlagausbildenden Fläche begrenzt wird.
Das Riegelelement ist vorzugsweise ein Passstift, der in eine radial verlaufende Bohrung des Ankers oder der Ventilnadel eingesetzt ist. Der Passstift besitzt eine Zylinderform und ist somit einfach und kostengünstig herstellbar. Das Einsetzen erfolgt bevorzugt in der Weise, dass beide Enden des Passstifts über den Außenumfang des Ankers oder der Ventilnadel vorstehen. Entsprechend sind innerhalb der Führungsbohrung zur Führung des Ankers und/oder der Ventilnadel wenigstens zwei sich gegenüber liegende Ausnehmungen vorgesehen, in welche die beiden Enden des Passstifts eingreifen. Auf diese Weise wird eine optimale Führung des Ankers und/oder der Ventilnadel bewirkt. Ferner wird ein Verkippen des Ankers und/oder der Ventilnadel beim Anschlagen des Riegelelements am Anschlag verhindert.
Vorteilhafterweise ist der Passstift in die radial verlaufende Bohrung des Ankers bzw. der Ventilnadel eingepresst. Das Einpressen stellt eine einfache und kostengünstige Art der Verbindung von Passstift und Anker bzw. Ventilnadel dar.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Führungsbohrung zur Führung des Ankers und/oder der Ventilnadel in einer Ventilschraube ausgebildet ist. Die Ventilschraube bildet demnach auch die wenigstens eine Ausnehmung zur Aufnahme des Riegelelements aus. Die Ventilschraube kann hierzu eine die Führungsbohrung begrenzende Innenumfangsfläche besitzen, die mit wenigstens einer axial verlaufenden Nut versehen ist oder wenigstens eine als Langloch ausgebildete durchgehende Öffnung besitzt. Das Langloch kann dabei auch als Schlitz ausgeführt sein, um das Einführen des Riegelelements zu erleichtern. Die Ventilschraube kann zudem zur Befestigung des Magnetventils innerhalb einer Aufnahmebohrung eines Gehäuseteils einer Komponente des Kraftstoffeinspritzsystems eingesetzt werden. Bei dem Gehäuseteil kann es sich beispielsweise um den Zylinderkopf einer Hochdruckpumpe handeln.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Magnetbaugruppe eine ringförmige Magnetspule und einen Magnetkern, der zumindest abschnittsweise in der Magnetspule aufgenommen ist. In dieser Ausgestaltung ist die Magnetbaugruppe besonders kompakt bauend.
Der Magnetkern ist in einem axialen Abstand zum Anker angeordnet, wobei sich der axiale Abstand aus einem Arbeitsluftspalt und einem Restluftspalt zusammensetzt. Das heißt, dass bei Bestromung der Magnetspule der Anker nur insoweit angehoben wird, dass ein Restluftspalt zwischen dem Magnetkern und dem Anker verbleibt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch gewährleistet, dass der Hub des Ankers durch das Riegelelement in Verbindung mit dem Anschlag begrenzt ist.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Anker von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist, die vorzugsweise zwischen dem Anker und dem Magnetkern angeordnet ist. Die Federkraft der Feder wirkt weiterhin vorzugsweise der Magnetkraft der Magnetbaugruppe entgegen, so dass die Feder zur Rückstellung des Ankers und/oder der Ventilnadel einsetzbar ist. Handelt es sich bei dem Magnetventil um ein stromlos offenes Ventil, kann die Federkraft der Feder zudem zum Öffnen des Magnetventils eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise ist der Anker als Tauchanker ausgebildet. Die Magnetbaugruppe einschließlich des Ankers kann auf diese Weise besonders kompakt bauend in radialer Richtung gestaltet werden.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Magnetventils werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Magnetventil gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
2 einen schematischen Längsschnitt durch das Magnetventil der 1, jedoch um 90° gedreht,
3 eine Seitenansicht des Magnetventils der 1 und
4 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Magnetventil gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in den 1 bis 3 dargestellte Magnetventil umfasst eine Magnetbaugruppe 1 zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker 2, der als Tauchanker ausgebildet und mit einer Ventilnadel 3 fest verbunden ist. Die Ventilnadel 3 dient der Kopplung des Ankers 2 mit einem nicht näher dargestellten Ventilschließelement des Magnetventils.
Die Magnetbaugruppe 1 umfasst eine ringförmige Magnetspule 10, welche abschnittsweise den Anker 2 umgibt. In einem axialen Abstand a zum Anker 2 ist innerhalb der Magnetspule 10 ferner ein Magnetkern 11 angeordnet, der ebenfalls Bestandteil der Magnetbaugruppe 1 ist. Der axiale Abstand a setzt sich aus einem Arbeitsluftspalt und einem Restluftspalt zusammen, wobei der Arbeitsluftspalt dem Bewegungsraum des Ankers 2 entspricht. Mit Vorgabe des Bewegungsraums ist demzufolge auch der Restlustspalt zwischen dem Anker 2 und dem Magnetkern 11 definiert.
Der Bewegungsraum des Ankers 2 ist vorliegend durch ein Riegelelement 4 in Form eines Passstifts vorgegeben, der in eine radial verlaufende Bohrung 8 der Ventilnadel 3 eingepresst ist, so dass beide Enden des Passstifts über den Außenumfang der Ventilnadel 3 vorstehen. Die beiden Enden des Passstifts greifen jeweils in eine als Langloch ausgebildete Ausnehmung 6 einer Ventilschraube 9 ein, in welcher die Ventilnadel 3 abschnittsweise aufgenommen ist. In der Ventilschraube 9 ist hierzu eine Führungsbohrung 5 ausgebildet. Im Bereich der Führungsbohrung 5 sind dementsprechend die Langlöcher zu Aufnahme des mit der Ventilnadel 3 verbundenen Passstifts angeordnet.
Die Langlöcher weisen eine Höhe H₁ auf, die größer als eine Höhe H₂ des Passstifts ist, die wiederum dem Durchmesser des Passstifts entspricht. Der Passstift ist demnach axial beweglich in den Langlöchern der Ventilschraube 9 aufgenommen. Die Beweglich des Passstiftes in axialer Richtung gewährleistet die Hubbeweglichkeit der Ventilnadel 3 und des Ankers 2. Zugleich ist über die Höhe H₁ der Hub des Ankers 2 vorgegeben. Denn der Hub des Ankers 2 entspricht der Höhe H₁ abzüglich der Höhe H₂ des Passstifts. Der Hub des Ankers 2 ist kleiner als der axiale Abstand a zwischen dem Anker 2 und dem Magnetkern 11 gewählt, so dass die Differenz den Restluftspalt zwischen dem Anker 2 und dem Magnetkern 11 bei bestromter Magnetspule angibt.
Die Langlöcher bilden Anschläge 7 für die beiden Enden des Passstifts aus. Jedes Langloch wird beidseits durch einen Anschlag 7 begrenzt, so dass der axiale Abstand der Anschläge 7 die Höhe H₁ des Langlochs bestimmt.
Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist zwischen dem Anker 2 und dem Magnetkern 11 eine Feder 12 angeordnet, deren Federkraft der Magnetkraft der Magnetbaugruppe 1 entgegengesetzt ist, wenn die Magnetspule 10 bestromt wird. Über die Feder 12 kann somit eine Rückstellung des Ankers 2 und der Ventilnadel 3 nach Beendigung der Bestromung der Magnetspule 10 bewirkt werden.
Eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetventils ist in der 4 dargestellt. Diese unterscheidet sich von der der 1 bis 3 dadurch, dass der als Riegelelement 4 dienende Passstift in eine radial verlaufende Bohrung 8 des Ankers 2 eingesetzt ist. Auf eine mit dem Anker 2 fest verbundene Ventilnadel 3 wird vorliegend verzichtet. Die den Passstift aufnehmenden Ausnehmungen 6 der Ventilschraube 9 sind wiederum als Langlöcher ausgebildet, die nunmehr im Bereich einer Führungsbohrung 5 der Ventilschraube 9 zur Führung des Ankers 2 angeordnet sind. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform der 4 der zuvor beschriebenen, so dass auf die entsprechende Beschreibung verwiesen werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf die beiden dargestellten Ausführungsformen begrenzt. Insbesondere können das Riegelelement 4 und die den Anschlag 7 ausbildende Ausnehmung 6 abweichend hiervon ausgestaltet sein. Ferner muss es sich bei dem die Führungsbohrung 5 ausbildenden Bauteil nicht zwingend um die Ventilschraube 9 handeln.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010027745 A1 [0002]

Claims

Magnetventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem, umfassend eine Magnetbaugruppe (1) und einen mit der Magnetbaugruppe (1) zusammenwirkenden hubbeweglichen Anker (2), der unmittelbar oder mittelbar über eine Ventilnadel (3) mit einem Ventilschließelement des Magnetventils koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (2) oder die Ventilnadel (3) ein über den Außenumfang vorstehendes Riegelelement (4) besitzt, das in einer innerhalb einer Führungsbohrung (5) zur Führung des Ankers (2) und/oder der Ventilnadel (3) ausgebildeten Ausnehmung (6) bis zu einem Anschlag (7) axial verschiebbar aufgenommen ist.
Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (5) als axial verlaufende Nut oder als Langloch ausgeführt ist und den Anschlag (7) für das Riegelelement (4) ausbildet.
Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Riegelelement (4) ein Passstift ist, der in eine radial verlaufende Bohrung (8) des Ankers (2) oder der Ventilnadel (3) eingesetzt ist, so dass vorzugsweise beide Enden des Passstifts über den Außenumfang des Ankers (2) oder der Ventilnadel (3) vorstehen.
Magnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Passstift in die Bohrung (8) eingepresst ist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbohrung (5) zur Führung des Ankers (2) und/oder der Ventilnadel (3) in einer Ventilschraube (9) ausgebildet ist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetbaugruppe (1) eine ringförmige Magnetspule (10) und einen Magnetkern (11) umfasst, der zumindest abschnittsweise in der Magnetspule (10) aufgenommen ist.
Magnetventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (11) in einem axialen Abstand (a) zum Anker (2) angeordnet ist, wobei sich der axiale Abstand (a) aus einem Arbeitsluftspalt und einem Restluftspalt zusammensetzt.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (2) von der Federkraft einer Feder (12) beaufschlagt ist, die vorzugsweise zwischen dem Anker (2) und dem Magnetkern (11) angeordnet ist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (2) als Tauchanker ausgebildet ist.