DE102015217513A1 - Valve for metering a fluid - Google Patents
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Abstract
Ein Ventil (1) zum Zumessen eines Fluids, das insbesondere als Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen dient, umfasst einen elektromagnetischen Aktuator (2), der in einem Gehäuse (6) angeordnet ist, und eine von dem Aktuator (2) betätigbare Ventilnadel (8), die zum Betätigen eines Ventilschließkörpers (9) dient. Der Ventilschließkörper (9) wirkt mit einer Ventilsitzfläche (10) zu einem Dichtsitz zusammen. Der Anker (4) ist an der Ventilnadel (8) bewegbar geführt. Hierbei sind Anschläge (13, 14, 19) vorgesehen, die im Zusammenhang mit einer Betätigung der Ventilnadel (8) eine Relativbewegung zwischen dem Anker (4) und dem Gehäuse (6) und/oder eine Relativbewegung zwischen dem Anker (4) und der Ventilnadel (8) begrenzen. Der Anker (4) weist Hohlräume (20, 21) auf, die mit in ihrem jeweiligen Hohlraum (20, 21) bewegbaren Granulaten (28, 29) teilweise befüllt sind.A valve (1) for metering a fluid, which serves in particular as a fuel injection valve for internal combustion engines, comprises an electromagnetic actuator (2) which is arranged in a housing (6), and a valve needle (8) which can be actuated by the actuator (2), which serves to actuate a valve closing body (9). The valve closing body (9) cooperates with a valve seat surface (10) to form a sealing seat. The armature (4) is movably guided on the valve needle (8). In this case, stops (13, 14, 19) are provided, which in connection with an actuation of the valve needle (8) a relative movement between the armature (4) and the housing (6) and / or a relative movement between the armature (4) and the Limit valve needle (8). The armature (4) has cavities (20, 21) which are partially filled with granules (28, 29) movable in their respective cavity (20, 21).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Zumessen eines Fluids, insbesondere ein Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von Kraftfahrzeugen, bei denen vorzugsweise eine direkte Einspritzung von Brennstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine erfolgt.The invention relates to a valve for metering a fluid, in particular a fuel injection valve for internal combustion engines. Specifically, the invention relates to the field of injectors for fuel injection systems of motor vehicles, in which there is preferably a direct injection of fuel into combustion chambers of an internal combustion engine.
Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise ermöglicht sind. Insbesondere kann bei einer Ausgestaltung mit einem Ankerfreiweg eine verbesserte Mehrfacheinspritzfähigkeit bei kurzen Pausenzeiten erreicht werden. The valve according to the invention with the features of
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements of the specified in
Bei dem Ventil zum Zumessen des Fluids ist der Anker (Magnetanker) nicht fest mit der Ventilnadel verbunden, sondern zwischen Anschlägen fliegend gelagert. Solche Anschläge können durch Anschlaghülsen und/oder Anschlagringe realisiert werden. Über zumindest eine Feder wird der Anker im Ruhezustand an einen bezüglich der Ventilnadel ortsfesten Anschlag verstellt, so dass der Anker dort anliegt. Bei der Ansteuerung des Ventils steht dann der komplette Ankerfreiweg als Beschleunigungsstrecke zur Verfügung. In the valve for metering the fluid, the armature (armature) is not fixedly connected to the valve needle, but instead is cantilevered between stoppers. Such stops can be realized by stop sleeves and / or stop rings. About at least one spring, the armature is adjusted in the idle state with respect to the valve needle fixed stop, so that the armature rests there. When the valve is actuated, the complete armature free travel is then available as an acceleration section.
Hierdurch ergeben sich gegenüber einer festen Verbindung des Ankers mit der Ventilnadel oder einer einteiligen Nadel unter anderem die Vorteile, dass durch den entstehenden Impuls des Ankers beim Öffnen bei gleicher Magnetkraft die Ventilnadel auch bei höheren Drücken, insbesondere Brennstoffdrücken, sicher geöffnet werden kann, was als dynamische mechanische Verstärkung bezeichnet werden kann, und dass eine Entkopplung der beteiligten Massen erfolgt, wodurch die resultierenden Anschlagkräfte an der Ventilsitzfläche auf zwei Impulse aufgeteilt werden. This results in relation to a fixed connection of the armature with the valve needle or a one-piece needle, inter alia, the advantages that the valve needle can be safely opened even at higher pressures, in particular fuel pressures by the resulting pulse of the armature when opening the same magnetic force, which as dynamic mechanical reinforcement can be designated, and that a decoupling of the involved masses takes place, whereby the resulting impact forces on the valve seat surface are divided into two pulses.
Allerdings ergeben sich spezifische Probleme, die mit der fliegenden Lagerung des Ankers an der Ventilnadel verbunden sind. Beim Schließen des Ventils prellt der Anker nach dem Auftreffen am Ventilschließkörper nahen Anschlag wieder zurück. Dadurch kann es vorkommen, dass der komplette Ankerfreiweg noch einmal durchlaufen wird und der Anker beim erneuten Anschlagen an dem Ventilschließkörper fernen Anschlag noch so viel Energie besitzt, dass die Ventilnadel noch einmal kurzzeitig aus ihrem Sitz gehoben wird. Dadurch kann es zu ungewollten Nacheinspritzungen kommen, die erhöhte Schadstoffemissionen und einen erhöhten Verbrauch zur Folge haben. Aber selbst wenn der Anker beim Zurückprellen nicht den kompletten Ankerfreiweg durchläuft, so benötigt er doch einige Zeit, bis er sich wieder beruhigt. Erfolgt vor der endgültigen Beruhigung eine erneute Ansteuerung, was bei Mehrfacheinspritzungen mit kurzen Pausenzeiten zwischen mehreren Einspritzungen relevant ist, dann ergibt sich keine robuste Ventilfunktion mehr. Es kann also sein, dass sich die Anschlagimpulse entsprechend vergrößern oder verringern und dass sich im ungünstigsten Fall das Ventil gar nicht mehr öffnet, da der Anschlagimpuls hierfür nicht mehr ausreichend groß ist. However, there are specific problems associated with the flying mounting of the armature on the valve needle. When closing the valve bounces the anchor after hitting the valve closing body close stop back again. As a result, it may happen that the complete anchor free passage is run through again and the anchor when re-striking the valve closing body far stop yet has so much energy that the valve needle is briefly lifted again from its seat. This can lead to unwanted post-injection, resulting in increased pollutant emissions and increased consumption. But even if the anchor does not go through the complete Ankerfreiweg when bouncing back, it takes some time until it calms down again. If a renewed activation takes place before the final reassurance, which is relevant in the case of multiple injections with short intervals between several injections, then there is no longer a robust valve function. It may therefore be that the stop pulses increase or decrease correspondingly and that in the worst case the valve does not open at all, since the stop pulse for this is no longer sufficiently large.
Durch die spezielle Ausgestaltung des Ankers entsprechend der vorgeschlagenen Ausbildung des Ventils kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass ein Ankerprellen verhindert oder zumindest wesentlich reduziert ist. Hierdurch können solche spezifischen Probleme, wie oben genannt, gelöst werden. Unter anderem kann dadurch eine robustere Mehrfacheinspritzfähigkeit bei kurzen Pausenzeiten erzielt werden. Außerdem können geringere Anschlagimpulse beim Schließen erreicht werden, was den Verschleiß am Anker und den Anschlägen sowie am Dichtsitz verringert. Dadurch ergeben sich auch geringere Funktionsänderungen über die Lebensdauer des Ventils. Des weiteren wird hierdurch auch eine Geräuschreduzierung erzielt. Somit kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass sich eine Rückprellhöhe des Ankers beim Schließen des Ventils nach dem Auftreffen auf den diesbezüglichen Anschlag reduziert und der Anker schnell mal wieder in seine Ruhelage gelangt. In entsprechender Weise kann die Funktionsfähigkeit in Bezug auf andere Anschläge verbessert werden. Eine Prellvermeidung bei offenem Ventil verbessert beispielsweise das Einspritzverhalten, da die Öffnung kontrolliert und reproduzierbar erfolgt, und die Schließbewegung, da diesbezüglich dann das Steuersignal maßgeblich ist und keine Überlagerung durch Prellbewegungen erfolgt. Due to the special design of the anchor according to the proposed design of the valve can be achieved in an advantageous manner that an anchor bounce is prevented or at least substantially reduced. As a result, such specific problems as mentioned above can be solved. Among other things, a more robust multiple injection capability can be achieved with short break times. In addition, lower impact pulses can be achieved when closing, which reduces wear on the armature and the attacks and on the sealing seat. This also results in lower functional changes over the life of the valve. Furthermore, this also achieves a noise reduction. Thus, it can be achieved in an advantageous manner that reduces a rebound height of the armature upon closing of the valve after hitting the relevant stop and the anchor quickly gets back to its rest position. Similarly, the operability with respect to other stops can be improved. An open-valve bounce avoidance improves this, for example Injection behavior, since the opening is controlled and reproducible, and the closing movement, since in this case then the control signal is decisive and no superposition takes place by bouncing movements.
Der Ventilschließkörper, der von der Ventilnadel betätigt wird, kann einstückig mit der Ventilnadel ausgebildet sein. Der Ventilschließkörper kann als kugelförmiger Ventilschließkörper oder auch auf andere Weise ausgestaltet sein. The valve closing body, which is actuated by the valve needle, may be formed integrally with the valve needle. The valve closing body can be designed as a spherical valve closing body or in other ways.
Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 hat den Vorteil, dass nach dem Anprellen des Ankers an einem Anschlag der bewegbare, feste Stoff sich entsprechend seinem Bewegungsimpuls noch ein kurzes Stück weitgehend unbehindert weiter bewegen kann. Wenn in diesem Zeitraum ein Rückprellen des Ankers auftritt, dann wird dieses durch den verzögert im Hohlraum anschlagenden festen Stoff bedämpft. Der Stoff ist hierbei vorzugsweise als Granulat lose in den Hohlraum eingefüllt. Das Gas im Hohlraum ermöglicht hierbei eine weitgehend ungehinderte Bewegung des festen Stoffes. The embodiment according to claim 2 has the advantage that after the bouncing of the armature against a stop, the movable, solid material can move largely unhindered for a short distance in accordance with its movement pulse. If during this period, a rebound of the anchor occurs, then this is damped by the delayed impact in the cavity solid. The substance is here preferably filled in bulk as granules in the cavity. The gas in the cavity in this case allows a largely unhindered movement of the solid material.
Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 hat hingegen den Vorteil, dass die genannte, aufgrund des Impulses des Stoffes noch auftretende Bewegung, wenn der Anker schon anprallt, wiederum selbst bedämpft ist. Denn durch das Auffüllen des Hohlraums mit einem flüssigen Stoff wird die Bewegung des vorzugsweise in Form eines Granulats vorliegenden festen Stoffs bedämpft. Über die Wahl der Viskosität des flüssigen Stoffs ist hierbei eine Abstimmung möglich.The embodiment according to claim 3, however, has the advantage that said, due to the momentum of the substance still occurring movement when the anchor is already impacted, in turn, is itself damped. Because by filling the cavity with a liquid substance, the movement of the solid material, which is preferably present in the form of a granulate, is damped. On the choice of the viscosity of the liquid substance in this case a vote is possible.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 4 hat den Vorteil, dass in Abhängigkeit von dem Anteil des magnetischen oder ferromagnetischen Granulats sowie dem Anteil des unmagnetischen Granulats eine weitere Abstimmung des Verhaltens des Ankers beim Öffnen und Schließen des Ventils möglich ist.The development according to claim 4 has the advantage that, depending on the proportion of the magnetic or ferromagnetic granules and the proportion of non-magnetic granules further tuning of the behavior of the armature when opening and closing the valve is possible.
Eine mögliche Weiterbildung gemäß Anspruch 5 erlaubt eine Abstimmung, indem vorzugsweise mehrere Hohlräume auf geeignete Weise getrennt oder gemischt mit magnetischen oder ferromagnetischen Stoffen und unmagnetischen Stoffen teilweise befüllt werden.A possible development according to
Durch die Weiterbildung gemäß Anspruch 6 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung hinsichtlich des Verschlusses des Hohlraums des Aktors möglich. Beim Einsatz des Federaufnahmekäfigs kann von dem Federaufnahmekäfig nicht nur die Aufnahme einer geeigneten Feder, insbesondere Ankerfreiweg-Feder, sondern zugleich auch die Funktion des Verschlusses des einen oder der mehreren Hohlräume übernommen werden.Due to the development according to
Bei der Weiterbildung nach Anspruch 7 kann über eine geeignete Ausgestaltung des einen oder der mehreren Hohlräume sowohl ein ausreichendes Hohlraumvolumen für die Prellvermeidung als auch eine geeignete räumliche und damit insbesondere symmetrische Ausgestaltung erzielt werden.In the development according to
Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 8 hat den Vorteil, dass damit Beeinträchtigungen aufgrund von Verbindungsstellen oder dergleichen an einer Mantelfläche des Ankers vermieden werden können, so dass ein dort gegebenenfalls vorbeiströmendes Fluid hinsichtlich seines Strömungsverhaltens nicht beeinträchtigt wird. Ferner kann die an den Hohlräumen zunächst offene Stirnseite des Ankers bei dieser Ausgestaltung in vorteilhafter Weise durch ein Abdeckblech oder eine Lasche eines Federaufnahmekäfigs verschlossen werden, wie es gemäß Anspruch 6 vorgeschlagen wird.The embodiment according to
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Konkretisierungen eines Anschlags, an dem eine Bedämpfung des Rückprellens erfolgen kann, sind in den Ansprüchen 9 und 10 genannt.Advantageous embodiments and concretizations of a stop on which a damping of the rebound can take place are mentioned in
Speziell kann somit eine Ausgestaltung realisiert werden, bei der Anker Hohlräume besitzt, die nicht vollständig mit einem Granulat gefüllt sind. Aufgrund der Trägheit des Granulats und des bestehenden axialen Spielraums trifft dieses beim Anschlagen des Ankers an beispielsweise den Innenpol beim Öffnen beziehungsweise beim Aufprall des Ankers an eine Anschlaghülse beim Schließen verspätet auf und reduziert dadurch das Rückprellen des Ankers. Dadurch verbessert sich die Stabilität einer Kennlinie der Ansteuerung und ein ungewolltes Nacheinspritzen durch Ankerprellen wird verhindert. Specifically, therefore, a configuration can be realized in which anchor has cavities that are not completely filled with granules. Due to the inertia of the granules and the existing axial clearance this applies when striking the anchor to, for example, the inner pole when opening or the impact of the anchor to a stop sleeve when closing late and thereby reduces the rebound of the anchor. This improves the stability of a characteristic of the control and unwanted Nacheinspritzen by anchor bouncing is prevented.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained in more detail in the following description with reference to the accompanying drawings, in which corresponding elements are provided with identical reference numerals. Show it:
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Das Ventil
Das Ventil
An der Ventilnadel
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Ventilnadel
Im Folgenden ist die Funktionsweise des Ventils
Zur Betätigung des Ventils
Während es zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 nur zur Beschleunigung des Ankers
Nachdem der Anker
Anschließend trifft die Ventilnadel
Um den Ablauf während des Öffnens des Ventils
Die Hohlräume
Der Hohlraum
Diese beiden bevorzugten Möglichkeiten zum Verschließen der Hohlräume
Durch die Anordnung der Hohlräume
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Hohlraum
Speziell können auch ein oder mehrere Hohlräume
Durch die Granulate
Entsprechend kann auch eine Dämpfung beim Auftreffen des Anschlagelements
Im Folgenden ist auch unter Bezugnahme auf die
Ab dem Zeitpunkt t6 bewegt sich der Anker
Im Zeitpunkt t10 kollidieren die Granulate
Somit kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines beispielsweise mit Granulaten
Hinsichtlich der Stoffe
Die Ankerfreiwegfedern
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.The invention is not limited to the described embodiments.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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