DE102015225743A1

DE102015225743A1 - fuel valve

Info

Publication number: DE102015225743A1
Application number: DE102015225743.6A
Authority: DE
Inventors: Juergen Simmerer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-06-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffventil zum Eindosieren eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs in einen Brennraum oder in einen mit dem Brennraum verbundenen Bereich einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Elektromagneten (1) und einen mit dem Elektromagneten (1) zusammenwirkenden hubbeweglichen Anker (2), der in Richtung eines Ventilsitzelements (3), in dem mindestens eine Durchströmöffnung (4) ausgebildet ist, federbelastet ist. Erfindungsgemäß ist der Anker (2) als Flachanker ausgeführt und weist zumindest einen plattenförmigen Abschnitt (5, 6) zur Ausbildung einer Polfläche (7) auf, die einer spulenträgerlosen Magnetspule (8) des Elektromagneten (1) zugewandt ist.The invention relates to a fuel valve for metering in a liquid or gaseous fuel into a combustion chamber or into an area of an internal combustion engine connected to the combustion chamber, comprising an electromagnet (1) and a lifting armature (2) cooperating with the electromagnet (1) a valve seat member (3) in which at least one flow opening (4) is formed, spring-loaded. According to the invention, the armature (2) is designed as a flat armature and has at least one plate-shaped section (5, 6) for forming a pole face (7) facing a spoolless magnet coil (8) of the electromagnet (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffventil zum Eindosieren eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs in einen Brennraum oder in einen mit dem Brennraum verbundenen Bereich einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Betätigung des Brennstoffventils erfolgt mittels eines Elektromagneten.The invention relates to a fuel valve for dosing a liquid or gaseous fuel in a combustion chamber or in an area connected to the combustion chamber of an internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1. The actuation of the fuel valve by means of an electromagnet.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffventile sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen für unterschiedliche Brennstoffe bekannt. Der Brennstoff kann flüssig oder gasförmig sein. Bei dem flüssigen Brennstoff kann es sich beispielsweise um Schweröl, Diesel, Kerosin oder Benzin handeln. Der gasförmige Brennstoff kann beispielsweise Erdgas, Biogas, Deponiegas oder LPG/“Autogas“ sein. Hinsichtlich der Applikation kann zwischen mobilen und stationären Applikationen unterschieden werden. Die mobile Applikation umfasst Kleinstmotoren für Zweiräder oder Motoren für Kraftfahrzeuge, beispielsweise für Personenkraftwagen oder Nutzfahrzeuge aller Art (Light Duty bis Heavy Duty, On High Way oder Off High Way). Ferner können Brennstoffventile der Brennstoffversorgung von Großmotoren dienen, wie sie beispielsweise auf Schiffen oder in Zügen Einsatz finden.Fuel valves are known in a variety of embodiments for different fuels. The fuel may be liquid or gaseous. The liquid fuel may be, for example, heavy fuel oil, diesel, kerosene or gasoline. The gaseous fuel may be, for example, natural gas, biogas, landfill gas or LPG / "LPG". With regard to the application, a distinction can be made between mobile and stationary applications. The mobile application includes micro motors for two-wheeled vehicles or motors for motor vehicles, for example for passenger cars or commercial vehicles of all kinds (Light Duty to Heavy Duty, On High Way or Off High Way). Furthermore, fuel valves can serve the fuel supply of large engines, as used for example on ships or trains.

Die Aufgabe eines Brennstoffventils besteht darin, in einem exakt vorgegebenen Zeitraum eine vorgegebene Menge eines Brennstoffs freizusetzen. Die Freisetzung kann mittels Einspritzen oder Einblasen erfolgen, und zwar unmittelbar in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine oder mittelbar in einen Bereich, der dem Brennraum vorgelagert ist. Ein gasförmiger Brennstoff wird beispielsweise zunächst in ein Ansaugrohr eingeblasen, um den Brennstoff mit Verbrennungsluft zu vermischen. Die Brennstoff-Luft-Mischung wird dann zur Verbrennung dem Brennraum zugeführt.The task of a fuel valve is to release a predetermined amount of fuel in a precisely predetermined period of time. The release may take place by means of injection or injection, directly into a combustion chamber of an internal combustion engine or indirectly into a region upstream of the combustion chamber. For example, a gaseous fuel is first injected into an intake manifold to mix the fuel with combustion air. The fuel-air mixture is then fed to the combustion chamber for combustion.

Aus der Offenlegungsschrift DE 103 53 011 A1 geht beispielhaft ein Gasventil für den Einsatz in einem Gasmotor hervor, das der Regelung eines Gasstroms von einer Zuströmseite zu einer Abströmseite dient. Das Gasventil weist ein Ventilgehäuse auf, in dem eine Betätigungseinheit für einen Magnetanker aufgenommen ist, der in dem Ventilgehäuse axial verschiebbar geführt ist. Der Magnetanker ist mit einem Ventilschließglied versehen, an dessen Stirnseite ein Dichtelement angeordnet ist, das derart mit einem an einer Sitzplatte ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt, dass ein Gasstrom durch Abströmöffnungen der Sitzplatte steuerbar ist.From the publication DE 103 53 011 A1 exemplifies a gas valve for use in a gas engine, which serves to control a gas flow from an inflow side to a downstream side. The gas valve has a valve housing, in which an actuating unit for a magnet armature is received, which is guided axially displaceably in the valve housing. The magnet armature is provided with a valve closing member, on the front side of a sealing element is arranged, which cooperates with a valve seat formed on a seat plate such that a gas flow through outflow openings of the seat plate is controllable.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch betätigbares Brennstoffventil anzugeben, das besonders einfach und kompakt aufgebaut ist. Ferner soll das Brennstoffventil – auch in vergleichsweise kleinen Stückzahlen – kostengünstig herstellbar sein.Based on the above-mentioned prior art, the present invention seeks to provide an electromagnetically operable fuel valve, which is particularly simple and compact. Furthermore, the fuel valve - even in relatively small quantities - be inexpensive to produce.

Zur Lösung der Aufgabe wird das Brennstoffventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.To solve the problem, the fuel valve is proposed with the features of claim 1. Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das zum Eindosieren eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs vorgeschlagene Brennstoffventil umfasst einen Elektromagneten und einen mit dem Elektromagneten zusammenwirkenden hubbeweglichen Anker. Der Anker ist dabei in Richtung eines Ventilsitzelements, in dem mindestens eine Durchströmöffnung ausgebildet ist, federbelastet. Erfindungsgemäß ist der Anker als Flachanker ausgeführt und weist zumindest einen plattenförmigen Abschnitt zur Ausbildung einer Polfläche auf, die einer spulenträgerlosen Magnetspule des Elektromagneten zugewandt ist. Durch die Ausbildung des Ankers als Flachanker kann die Bauhöhe des Brennstoffventils in axialer Richtung deutlich reduziert werden. Hinzu kommt, dass ein Spulenträger entfällt, da die Magnetspule spulenträgerlos ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme kann der Bauraumbedarf des Elektromagneten verringert werden, so dass eine besonders kompaktbauende Anordnung erreicht wird.The fuel valve proposed for metering in a liquid or gaseous fuel comprises an electromagnet and a lifting armature cooperating with the electromagnet. The armature is spring-loaded in the direction of a valve seat element in which at least one flow opening is formed. According to the invention, the armature is designed as a flat armature and has at least one plate-shaped portion for forming a pole face, which faces a spoolless magnetic coil of the electromagnet. The design of the armature as a flat armature, the height of the fuel valve in the axial direction can be significantly reduced. In addition, there is no need for a coil carrier, since the magnetic coil is designed without a coil. By this measure, the space requirement of the electromagnet can be reduced, so that a particularly compact structure arrangement is achieved.

Mit Wegfall des Spulenträgers kann zudem der Magnetkreis flexibler ausgelegt werden, so dass motorspezifische Anforderungen leichter und kostengünstiger zu erfüllen sind.With the elimination of the coil carrier also the magnetic circuit can be made more flexible, so that engine-specific requirements are easier and cheaper to meet.

Der Wegfall des Spulenträgers besitzt ferner den Vorteil, dass Material und Arbeitszeit eingespart werden können. Denn üblicherweise werden Spulenträger aus Kunststoff in einem Spritzgussverfahren hergestellt, dem die Herstellung einer präzisen Spritzgussform vorausgeht. Spritzgussformen werden in der Regel in einem zerspanenden Verfahren aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise Stahl, hergestellt und zur Optimierung der Oberfläche häufig einer Nachbehandlung unterzogen. Die Lebensdauer einer Spritzgussform hängt wiederum von der geforderten Präzision, insbesondere Maßhaltigkeit der Spritzgussbauteile, und den verwendeten Kunststoffen ab.The elimination of the bobbin also has the advantage that material and labor can be saved. Because usually coil carriers are made of plastic in an injection molding process, which precedes the production of a precise injection mold. Injection molds are usually produced in a machining process from a metallic material, such as steel, and often subjected to aftertreatment to optimize the surface. The life of an injection mold in turn depends on the required precision, in particular dimensional accuracy of the injection-molded components, and the plastics used.

Mit Wegfall des Spulenträgers entfallen auch die Kosten für seine Herstellung, so dass insgesamt die Herstellungskosten gesenkt werden können. Hinzu kommen weitere Kosteneinsparungen, die sich aus dem Wegfall der bauteilspezifischen Fertigungsprozesskette ergeben: Wegfall der Spritzgussmaschine und/oder des Spritzgusswerkzeugs sowie damit verbundener Prozesse. Dies macht sich insbesondere bei der Herstellung von Brennstoffventilen bemerkbar, die nicht in Großserie, sondern in begrenzten Stückzahlen hergestellt werden. Dies ist beispielsweise bei Brennstoffventilen für Großmotoren, insbesondere Gas, Diesel- oder Dual-/Fuel Motoren, der Fall.With the elimination of the bobbin and the cost of its production, so that the total cost of production can be reduced. In addition, there are further cost savings resulting from the elimination of the component-specific production process chain: omission of the injection molding machine and / or the injection molding tool and associated processes. This is going on Particularly noticeable in the production of fuel valves, which are not produced in mass production, but in limited quantities. This is the case, for example, with fuel valves for large engines, in particular gas, diesel or dual / fuel engines.

Um den Aufbau des Brennstoffventils weiter zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, dass der die Polfläche ausbildende plattenförmige Abschnitt des Ankers eine Dichtfläche ausbildet, die mit der Durchströmöffnung des Ventilsitzelements zusammenwirkt. Das heißt, dass die Polfläche und die Dichtfläche an ein und demselben plattenförmigen Abschnitt des Ankers ausgebildet sind, der somit als einfache Scheibe ausgeführt sein kann. Ein scheibenförmiger Anker ist nicht nur einfach und kostengünstig herstellbar, sondern er weist zudem einen minimalen Bauraumbedarf auf. Zugleich vermag der Anker ein Ventilschließelement zu ersetzen, da er die mit der Durchströmöffnung zusammenwirkende Dichtfläche ausbildet. Alternativ kann die Dichtfläche auch an einem weiteren plattenförmigen Abschnitt des Ankers ausgebildet sein, der mit dem die Polfläche ausbildenden Abschnitt fest verbunden ist. Der Bauraumbedarf ändert sich hierdurch nur geringfügig, so dass weiterhin ein besonders kompaktbauendes Brennstoffventil realisierbar ist.In order to further simplify the construction of the fuel valve, it is proposed that the plate-shaped section of the armature forming the pole face forms a sealing surface which cooperates with the flow-through opening of the valve seat element. This means that the pole face and the sealing surface are formed on one and the same plate-shaped portion of the armature, which can thus be designed as a simple disc. A disc-shaped anchor is not only simple and inexpensive to produce, but it also has a minimal space requirement. At the same time, the armature can replace a valve closing element, since it forms the sealing surface cooperating with the throughflow opening. Alternatively, the sealing surface may also be formed on a further plate-shaped portion of the armature, which is firmly connected to the pole surface forming portion. The space requirement changes thereby only slightly, so that further a particularly compact fuel valve can be realized.

Um die Eigenstabilität der Magnetspule zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass diese eine Wicklung aus Backlackdraht aufweist. Backlackdraht ist auch als „selfbonding wire“ oder „bondable wire“ bekannt. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass er eine außenliegende Beschichtung („bonding layer“ oder „bondable layer“) besitzt, die bei Vorliegen geeigneter Rand- und/oder Umgebungsbedingungen, insbesondere bei geeigneter Temperatur, erweicht und mit der Beschichtung eines angrenzenden Drahts eine feste Verbindung eingeht. Auf diese Weise ist auch ohne Spulenträger eine ausreichende Formsteifigkeit und Maßhaltigkeit der Magnetspule gewährleistet.In order to ensure the inherent stability of the magnetic coil, it is proposed that this has a winding of baked enamel wire. Baked enamel wire is also known as a "selfbonding wire" or "bondable wire". This is characterized by the fact that it has an outer coating ("bonding layer" or "bondable layer"), which softens in the presence of suitable boundary and / or ambient conditions, in particular at a suitable temperature, and with the coating of an adjacent wire a solid Connection is received. In this way, a sufficient dimensional stability and dimensional stability of the magnetic coil is ensured even without coil carrier.

Vorzugsweise weist der Backlackdraht einen Kupferkern und mindestens eine den Kupferkern umhüllende Schicht, insbesondere eine Backlackschicht, auf. Der Kupferkern ist elektrisch leitend, so dass mittels der Magnetspule ein Magnetfeld aufbaubar ist. Die den Kupferkern umhüllende Schicht dient der gegenseitigen Isolierung der Drähte. Sofern der Kupferkern von nur einer Schicht umhüllt ist, handelt es sich hierbei um eine Backlackschicht, deren Funktion vorrangig darin besteht, die Drähte zu einer Einheit zu „verbacken“. Zugleich kann aber auch eine Isolierung über eine solche Backlackschicht erreicht werden. Da die miteinander „verbackenen“ Drähte eigenstabil sind, kann ein Spulenträger entfallen. Zusätzlich zur Backlackschicht kann der Kupferkern von mindestens einer weiteren Schicht umhüllt sein, die vorzugsweise der Isolierung und/oder der Haftvermittlung dient. Sofern der Kupferkern von mehreren Schichten umhüllt ist, ist die Backlackschicht außen liegend anzuordnen. Durch eine unter der Backlackschicht angeordnete Primer- oder Haftvermittlerschicht kann die Haftung der Backlackschicht auf den Drähten verbessert werden.The baked enamel wire preferably has a copper core and at least one layer enveloping the copper core, in particular a baked enamel layer. The copper core is electrically conductive, so that by means of the magnetic coil, a magnetic field is buildable. The layer surrounding the copper core serves to mutually insulate the wires. If the copper core is enveloped by only one layer, this is a baked enamel layer, the function of which is primarily to "bake" the wires into a single unit. At the same time, however, insulation can also be achieved via such a baked enamel layer. Since the "baked" wires are intrinsically stable, a coil carrier can be omitted. In addition to the baked enamel layer, the copper core may be enveloped by at least one further layer, which preferably serves for insulation and / or adhesion promotion. If the copper core is sheathed by several layers, the baked enamel layer is to be arranged on the outside. By means of a primer or adhesion promoter layer arranged below the baked enamel layer, the adhesion of the enamel coating layer to the wires can be improved.

Die über die Backlackschicht bewirkte feste Verbindung ist vorzugsweise eine Verklebung. Es wird daher ferner vorgeschlagen, dass benachbarte Windungen der Wicklung miteinander verklebt und/oder stoffschlüssig verbunden sind. Der Stoffschluss ist vorzugweise durch eine chemische Reaktion, insbesondere durch eine Polymerisierung und/oder Vernetzung, hergestellt. Auf diese Weise wird eine besonders stabile und mechanisch belastbare Verbindung der Drähte untereinander erreicht. Alternativ kann die Verbindung auch nicht stoffschlüssig sein, wie dies beispielsweise bei einer schwächeren Verklebung der Fall ist („Interdiffusion“).The solid compound effected via the baked enamel layer is preferably a bond. It is therefore also proposed that adjacent turns of the winding are glued together and / or materially connected. The material bond is preferably produced by a chemical reaction, in particular by a polymerization and / or crosslinking. In this way, a particularly stable and mechanically strong connection of the wires with each other is achieved. Alternatively, the compound can not be cohesive, as is the case for example with a weaker bond ("interdiffusion").

Die Backlackschicht umfasst vorzugsweise mindestens ein Polymer. Bei dem Polymer kann es sich insbesondere um Polyvinylbutyral, modifizierte sowie unmodifizierte Polyamide, Polyurethane, Polyamidimide und/oder chemische Derivate der vorgenannten Stoffe handeln.The baked enamel layer preferably comprises at least one polymer. The polymer may in particular be polyvinyl butyral, modified and unmodified polyamides, polyurethanes, polyamide-imides and / or chemical derivatives of the abovementioned substances.

Des Weiteren weist der Backlackdraht bevorzugt einen mehreckigen, insbesondere rechteckigen oder sechseckigen Querschnitt auf. Derartige Querschnitte stellen sicher, dass benachbarte Drähte großflächig aneinandergrenzen, um miteinander verklebt bzw. „verbacken“ zu werden. Im Ergebnis kann somit eine höhere mechanische Stabilität der spulenträgerlosen Magnetspule erzielt werden. Da mehreckige Drahtquerschnitte vorrangig aus runden Drahtquerschnitten durch Rollen und/oder Walzen hergestellt werden, weisen sie in der Regel gerundete Ecken auf. Das heißt, dass auch bei einem mehreckigen Querschnitt die Ecken nicht spitz zulaufen.Furthermore, the baked enamel wire preferably has a polygonal, in particular rectangular or hexagonal cross section. Such cross-sections ensure that adjacent wires adjoin each other over a large area in order to be glued or "baked" together. As a result, a higher mechanical stability of the spoolless magnetic coil can thus be achieved. Since polygonal wire cross sections are primarily made of round wire sections by rolling and / or rolling, they generally have rounded corners. This means that even with a polygonal cross section, the corners do not taper to a point.

Die Windungen zweier aufeinander folgender Lagen der Wicklung können direkt aufeinander liegend oder lagenweise versetzt zueinander angeordnet bzw. „auf Lücke“ gesetzt sein. Das zuletzt genannte Wickelmuster besitzt den Vorteil, dass die Drähte besser gegeneinander abgestützt und demzufolge, insbesondere vor dem „Verbacken“, besser fixiert sind. Zugleich führt dieses Wickelmuster zu besseren Flächen- bzw. Raumfüllungsparametern, das heißt zu einem besonders hohen Kupferanteil. In Abhängigkeit vom jeweils gewählten Wickelmuster kann die Anzahl der Windungen pro Lage gleich oder unterschiedlich sein.The turns of two successive layers of the winding can be arranged directly one above the other or in layers offset from one another or "set to gap". The last-mentioned winding pattern has the advantage that the wires are better supported against each other and therefore, especially before the "caking", are better fixed. At the same time, this winding pattern leads to better area or space filling parameters, that is to a particularly high copper content. Depending on the selected winding pattern, the number of turns per layer may be the same or different.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die spulenträgerlose Magnetspule des Elektromagneten eine Kunststoff-Umhüllung aufweist. Diese kann beispielsweise in einem Kunststoff-Spritzgussverfahren oder in einem Gießverfahren, insbesondere in einem Vakuum-Gießverfahren, hergestellt worden sein. Gießverfahren, bei denen der Kunststoff vergossen wird, weisen den Vorteil auf, dass eine Spritzgussform entfallen kann. Dies wirkt sich günstig auf die Kosten aus. Beim Vakuum-Gießen werden zudem Lufteinschlüsse vermieden. Als Vergussmasse eignen sich sowohl Ein-Komponenten als auch Zwei-Komponenten Vergussmassen. Die Kunststoff-Umhüllung führt zu einer weiteren Erhöhung der mechanischen Stabilität der spulenträgerlosen Magnetspule.In a further development of the invention, it is proposed that the coil carrierless magnet coil of the electromagnet be a plastic casing having. This may have been produced, for example, in a plastic injection molding process or in a casting process, in particular in a vacuum casting process. Casting methods in which the plastic is cast, have the advantage that an injection mold can be omitted. This has a favorable effect on the costs. In vacuum casting, air pockets are also avoided. Suitable potting compounds are both one-component and two-component potting compounds. The plastic sheath leads to a further increase in the mechanical stability of the spoolless solenoid.

Aufgrund der die Verklebung der Drähte bewirkenden Backlackschicht ist eine separate Umhüllung mit Kunststoff nicht zwingend erforderlich. Denn die einzelnen Windungen und/oder Lagen sind bereits über die Backlackschicht lagefixiert. Daher wird vorgeschlagen, dass die Magnetspule zunächst ohne Kunststoff-Umhüllung hergestellt und montiert wird. Bei Bedarf kann nach der Montage die Magnetspule mit Kunststoff final umspritzt oder final umgossen werden. Über eine derartige Finalumspritzung bzw. Finalumgießung kann zugleich eine Abdichtung eines Spulenaufnahmeraums nach außen bewirkt werden.Due to the adhesion of the wires causing baking enamel layer is a separate enclosure with plastic is not mandatory. Because the individual turns and / or layers are already fixed in position on the baked enamel layer. Therefore, it is proposed that the magnet coil is first manufactured and assembled without plastic casing. If required, after final assembly the magnetic coil can be finally overmolded with plastic or finally encapsulated. At the same time, a sealing of a coil receiving space to the outside can be effected via such a final encapsulation or final encapsulation.

Bevorzugt ist die spulenträgerlose Magnetspule in einer ringförmigen Ausnehmung eines Magnetgehäuses aufgenommen. Radial innen und radial außen in Bezug auf die Magnetspule zu liegen kommende Bereiche des Magnetgehäuses können zur Ausbildung eines Innenpols und eines Außenpols genutzt werden. Vorzugsweise ist die Ausnehmung nur zu einer Stirnseite des Magnetgehäuses hin geöffnet, so dass einerseits das Einsetzen der Magnetspule möglich ist, andererseits die Ausnehmung nach außen abgedichtet ist.Preferably, the spoolless magnetic coil is received in an annular recess of a magnet housing. Radial inside and radially outside with respect to the magnetic coil to come to lie areas of the magnet housing can be used to form an inner pole and an outer pole. Preferably, the recess is open only to one end face of the magnet housing, so that on the one hand, the insertion of the magnetic coil is possible, on the other hand, the recess is sealed to the outside.

In einer besonders einfachen Ausführungsform weist das Brennstoffventil einen Anker auf, der als einfache geschlossene Scheibe ausgeführt ist und mit einem ringförmigen Ventilsitzelement über eine ringförmige Dichtfläche zusammenwirkt. In dieser Ausgestaltung ist jedoch das Durchmesser-Durchfluss-Verhältnis gering, da der Durchmesser bauraumbedingt begrenzt ist.In a particularly simple embodiment, the fuel valve to an anchor, which is designed as a simple closed disc and cooperates with an annular valve seat member via an annular sealing surface. In this embodiment, however, the diameter-flow ratio is low, since the diameter is limited space reasons.

Zur Erhöhung der Durchströmöffnungsflächen wird daher vorgeschlagen, dass der Anker mindestens eine Durchströmöffnung besitzt, die versetzt zu der mindestens einen Durchströmöffnung des Ventilsitzelements angeordnet ist. Darüber hinaus stellt die im Anker ausgebildete Durchströmöffnung eine gleichmäßige Verteilung des einzuspritzenden bzw. einzudosierenden Brennstoffs sicher und verbessert auf diese Weise die Anströmbarkeit der im Ventilsitzelement ausgebildeten Durchströmöffnung. Vorteilhafterweise sind im Anker mehrere kreisbogenförmig verlaufende bzw. kreissegmentförmige und konzentrisch zueinander angeordnete Durchströmöffnungen vorgesehen, die radial versetzt zu mehreren kreisbogenförmig verlaufenden bzw. kreissegmentförmigen und konzentrisch zueinander angeordneten Durchströmöffnungen des Ventilsitzelements angeordnet sind. Die Kreisbogenform bzw. Kreissegmentform der im Anker und im Ventilsitzelement ausgebildeten Durchströmöffnungen besitzt den Vorteil, dass das Brennstoffventil unabhängig von der Winkellage der beiden Bauteile zueinander immer dicht schließt. Alternativ oder ergänzend können mehrere kreisförmige Durchströmöffnungen, die entlang einer Kreislinie angeordnet sind, vorgesehen werden. Kreisförmige Durchströmöffnungen sind im Vergleich zu kreisbogenförmig verlaufenden bzw. kreissegmentförmigen Durchströmöffnungen einfacher und somit auch kostengünstiger herzustellen.To increase the Durchströmöffnungsflächen is therefore proposed that the armature has at least one flow opening, which is arranged offset to the at least one flow opening of the valve seat member. In addition, the flow-through opening formed in the armature ensures a uniform distribution of the fuel to be injected or metered in, and thus improves the flowability of the flow-through opening formed in the valve seat element. Advantageously, in the armature a plurality of circular arc-shaped or circular segment-shaped and concentrically arranged through-flow openings are provided, which are arranged offset radially to a plurality of arcuate or circular segment-shaped and concentrically arranged flow openings of the valve seat member. The circular arc shape or circular segmental shape of the through-flow openings formed in the armature and in the valve seat element has the advantage that the fuel valve always closes tightly relative to one another regardless of the angular position of the two components. Alternatively or additionally, a plurality of circular flow-through openings, which are arranged along a circular line, are provided. Circular flow-through openings are simpler and thus more cost-effective to produce compared to arcuate or circular segment flow openings.

Die Form, Anzahl, Lage und Größe der Durchströmöffnungen im Anker und/oder im Ventilsitzelement hat bzw. haben nicht nur Einfluss auf den Massenstrom durch das Brennstoffventil, sondern auch auf die mechanische Stabilität. Bei der Auslegung der Durchströmöffnungen im Anker und im Ventilsitzelement gilt es demnach eine unzulässige Schwächung des jeweiligen Bauteils zu vermeiden. Ferner müssen die magnetischen Eigenschaften des Ankers gewährleistet bleiben.The shape, number, position and size of the flow openings in the armature and / or in the valve seat element have or have not only influence on the mass flow through the fuel valve, but also on the mechanical stability. When designing the through-flow openings in the armature and in the valve seat element, it is therefore necessary to avoid unacceptable weakening of the respective component. Furthermore, the magnetic properties of the armature must be ensured.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. These show:

1 einen schematischen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffventils, das als axial anströmbares Gasventil ausgeführt ist, 1 a schematic longitudinal section through a preferred embodiment of a fuel valve according to the invention, which is designed as an axially inflatable gas valve,

2 einen schematischen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffventils, das als radial anströmbares Gasventil ausgeführt ist, 2 a schematic longitudinal section through a preferred embodiment of a fuel valve according to the invention, which is designed as a radially inflatable gas valve,

3 einen schematischen Querschnitt durch eine Backlackdraht-Wicklung mit rundem Drahtquerschnitt, a) vor dem Verbacken und b) nach dem Verbacken, 3 a schematic cross section through a baked enamel wire winding with a round wire cross-section, a) before baking and b) after baking,

4 einen schematischen Querschnitt durch eine Backlackdraht-Wicklung mit rechteckigem Drahtquerschnitt, a) vor dem Verbacken und b) nach dem Verbacken, 4 a schematic cross section through a baked enamel wire winding with a rectangular wire cross-section, a) before baking and b) after baking,

5 einen schematischen Querschnitt durch eine Backlackdraht-Wicklung mit rechteckigem Drahtquerschnitt und gleicher Windungszahl je Lage, 5 a schematic cross section through a baked enamel wire winding with a rectangular wire cross-section and the same number of turns per layer,

6 einen schematischen Querschnitt durch einen runden Backlackdraht und 6 a schematic cross section through a round baked enamel wire and

7 einen schematischen Querschnitt durch einen rechteckigen Backlackdraht. 7 a schematic cross section through a rectangular baked enamel wire.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Bei dem in der 1 schematisch dargestellten Brennstoffventil handelt es sich um ein axial anströmbares Gasventil, das mittels eines Elektromagneten 1 betätigbar ist. Der Elektromagnet 1 wirkt hierbei mit einem Anker 2 zusammen, der einen ersten plattenförmigen Abschnitt 5 zur Ausbildung einer dem Elektromagneten 1 zugewandten Polfläche 7 besitzt. Der Anker 2 ist demnach als Flachanker ausgebildet. Darüber hinaus weist der Anker 2 einen weiteren plattenförmigen Abschnitt 6 auf, der mit dem die Polfläche 7 ausbildenden plattenförmigen Abschnitt 5 fest verbunden ist und eine Dichtfläche 9 ausbildet. Die Dichtfläche 9 dient dem Verschließen einer Durchströmöffnung 4, die wiederum in einem plattenförmigen Ventilsitzelement 3 des Brennstoffventils ausgebildet ist. Das Ventilsitzelement 3 weist vorliegend mehrere kreissegmentförmige Durchströmöffnungen 4 auf, die konzentrisch zueinander liegen. Im plattenförmigen Abschnitt 6 des Ankers 2 sind ebenfalls mehrere kreissegmentförmige Durchströmöffnungen 18 ausgebildet, die jeweils radial versetzt zu den Durchströmöffnungen 4 des Ventilsitzelements 3 angeordnet sind, so dass die zwischen den Durchströmöffnungen 18 verbleibenden Flächen Dichtflächen 9 ausbilden. Der Anker 2 stellt somit ein integriertes Bauteil dar, das gleichzeitig Anker und Ventilschließelement ist. Auf diese Weise kann der Aufbau des Brennstoffventils vereinfacht und die Bauhöhe in axialer Richtung verringert werden. Die Verbindung der beiden plattenförmigen Abschnitte 5, 6 wird vorliegend durch eine Bundhülse 19 erreicht.In the in the 1 schematically shown fuel valve is an axially inflatable gas valve, by means of an electromagnet 1 is operable. The electromagnet 1 acts here with an anchor 2 together, the first plate-shaped section 5 to form a the electromagnet 1 facing pole surface 7 has. The anchor 2 is therefore designed as a flat armature. In addition, the anchor points 2 another plate-shaped section 6 on the one with the pole surface 7 forming plate-shaped section 5 firmly connected and a sealing surface 9 formed. The sealing surface 9 serves to close a flow opening 4 , in turn, in a plate-shaped valve seat member 3 is formed of the fuel valve. The valve seat element 3 has in the present case a plurality of circular segment-shaped flow openings 4 on, which are concentric to each other. In the plate-shaped section 6 of the anchor 2 are also several circular segment-shaped flow openings 18 formed, each radially offset from the flow openings 4 the valve seat member 3 are arranged so that the between the flow-through 18 remaining surfaces sealing surfaces 9 form. The anchor 2 thus represents an integrated component that is simultaneously anchor and valve closing element. In this way, the structure of the fuel valve can be simplified and the height can be reduced in the axial direction. The connection of the two plate-shaped sections 5 . 6 is in this case by a collar sleeve 19 reached.

Zur Einwirkung auf den Anker 2 weist der Elektromagnet 1 eine ringförmige Magnetspule 8 auf, die in einer ringförmigen Ausnehmung 16 eines Magnetgehäuses 17 aufgenommen ist. Zur Vereinfachung des Elektromagneten 1 ist die Magnetspule 8 spulenträgerlos ausgeführt. Die mechanische Stabilität wird vorliegend durch eine Wicklung 10 aus Backlackdraht 11 gewährleistet, der einen Kupferkern 12, mindestens eine Schicht 13 zur Isolierung und/oder Haftvermittlung sowie eine außen liegende Backlackschicht 14 besitzt (siehe 6 und 7, in denen jeweils der Querschnitt eines runden und eines rechteckigen Backlackdrahts dargestellt ist). Über die Backlackschicht 14 sind die Drähte untereinander fest verbunden, so dass die Magnetspule 8 dimensionsstabil ist. Die in die Ausnehmung 16 des Magnetgehäuses 17 eingesetzte Magnetspule 8 ist zudem von einer finalen Kunststoff-Umspritzung 15 umgeben, die ebenfalls einen Beitrag zur Stabilität leistet.For acting on the anchor 2 indicates the electromagnet 1 an annular solenoid 8th on that in an annular recess 16 a magnet housing 17 is included. To simplify the electromagnet 1 is the magnetic coil 8th spoolless executed. The mechanical stability is present through a winding 10 from baked enamel wire 11 ensures that a copper core 12 , at least one layer 13 for insulation and / or adhesion promotion and an external baked enamel layer 14 owns (see 6 and 7 in each of which the cross section of a round and a rectangular baked enamel wire is shown). About the baked enamel layer 14 the wires are firmly connected to each other so that the magnetic coil 8th dimensionally stable. The in the recess 16 of the magnet housing 17 used magnetic coil 8th is also of a final plastic encapsulation 15 which also contributes to stability.

Wie der 1 zu entnehmen ist, kann durch die Kombination eines als Flachanker ausgebildeten Ankers 2 mit einer spulenträgerlosen Magnetspule 8 ein besonders kompaktbauendes Brennstoffventil geschaffen werden. Dies gilt nicht nur in Bezug auf ein axial anströmbares Brennstoffventil, sondern analog auch in Bezug auf ein radial anströmbares Brennstoffventil, wie es beispielhaft in der 2 dargestellt ist.Again 1 can be seen, can by combining an armature designed as a flat armature 2 with a spoolless solenoid 8th a particularly compact fuel valve can be created. This applies not only with respect to an axially inflatable fuel valve, but also analogous with respect to a radially inflatable fuel valve, as exemplified in the 2 is shown.

Die Funktionsweise der in den 1 und 2 dargestellten Ventile ist wie folgt:
Zum Öffnen wird die Magnetspule 8 des Elektromagneten 1 bestromt. Es baut sich ein Magnetfeld auf, dessen Magnetkraft den Anker 2 in Richtung des Magnetgehäuses 17 zieht. Dabei hebt der plattenförmige Abschnitt 6 des Ankers 2 vom Ventilsitzelement 3 ab und gibt die im Ventilsitzelement 3 ausgebildeten Durchströmöffnungen 4 frei. Zum Schließen wird die Bestromung der Magnetspule 8 beendet, das Magnetfeld baut sich ab und der Anker 2 wird über die Federkraft mindestens einer Feder (nicht dargestellt) in seine Ausgangslage zurückgestellt, wobei die am plattenförmigen Abschnitt 6 des Ankers 2 ausgebildete Dichtfläche 9 die im Ventilsitzelement 3 ausgebildeten Durchströmöffnungen 4 wieder verschließt.The functioning of the in the 1 and 2 shown valves is as follows:
To open the solenoid is 8th of the electromagnet 1 energized. It builds up a magnetic field, whose magnetic force is the anchor 2 in the direction of the magnet housing 17 draws. This raises the plate-shaped section 6 of the anchor 2 from the valve seat element 3 and gives the in the valve seat element 3 trained flow openings 4 free. To close the energization of the solenoid 8th finished, the magnetic field breaks down and the anchor 2 is returned via the spring force of at least one spring (not shown) in its initial position, wherein the plate-shaped portion 6 of the anchor 2 trained sealing surface 9 in the valve seat element 3 trained flow openings 4 closes again.

Wie bereits erwähnt, kann die spulenträgerlose Magnetspule 8 eine Wicklung 10 aus Backlackdraht 11 besitzen, der einen runden Querschnitt (siehe 6) oder einen rechteckigen Querschnitt (siehe 7) besitzt.As already mentioned, the spoolless magnetic coil 8th a winding 10 from baked enamel wire 11 possess, which a round cross-section (see 6 ) or a rectangular cross-section (see 7 ) owns.

Sofern der Backlackdraht 11 einen runden Querschnitt besitzt, berühren sich die Drähte der Wicklung 10 im Wesentlichen nur punktuell (siehe 3). Solange die außen liegende Backlackschicht 14 noch nicht verklebt bzw. „verbacken“ ist, zeichnet sich jeder Backlackdraht 11 durch eine scharfe Kontur ab (siehe 3a). Nach dem Verkleben bzw. „Verbacken“ ist der Übergang fließend, so dass eine Art Matrix geschaffen wird, in welcher der isolierte Kupferkern 12 des Drahts eingebettet ist (siehe 3b). If the enameled wire 11 has a round cross-section, touching the wires of the winding 10 essentially only selectively (see 3 ). As long as the outside baked enamel layer 14 not yet glued or "baked", is characterized each baked enamel wire 11 through a sharp contour (see 3a ). After bonding or "caking" the transition is fluid, so that a kind of matrix is created, in which the isolated copper core 12 of the wire is embedded (see 3b ).

Das Verkleben bzw. „Verbacken“ kann beispielsweise mittels Heißluft und/oder im Ofen bewirkt werden. Ferner kann die Backlackschicht 14 unter Zuhilfenahme eines Lösungsmittels angelöst werden. Darüber hinaus kann an die gerade gewickelte Magnetspule 8 auch eine Spannung angelegt werden, so dass diese sich erwärmt und das „Verbacken“ bewirkt („Widerstandsverbackung“).The gluing or "caking" can be effected for example by means of hot air and / or in the oven. Furthermore, the baked enamel layer 14 be dissolved with the aid of a solvent. In addition, to the coil just wound 8th Also, a voltage can be applied so that it heats up and causes the "caking"("resistancecaking").

In der 4a bzw. 4b ist eine Wicklung 10 aus Backlackdraht 11 dargestellt, der einen rechteckigen Drahtquerschnitt besitzt. Dieser hat den Vorteil, dass großflächige Kontaktbereiche geschaffen werden, die eine großflächige Verklebung gewährleisten.In the 4a respectively. 4b is a winding 10 from baked enamel wire 11 shown, which has a rectangular wire cross-section. This has the advantage that large-area contact areas are created, which ensure a large-area bonding.

Der 5 ist ein alternatives Wicklungsmuster zu entnehmen. Während in den 3 und 4 die Windungen einer Lage jeweils versetzt zur vorhergehenden Lage angeordnet sind, um die Lücken besser auszufüllen, weist die Wicklung 10 der 5 jeweils genau aufeinander liegende Windungen auf.Of the 5 an alternative winding pattern can be seen. While in the 3 and 4 the turns of a layer are each arranged offset to the previous layer to better fill the gaps, the winding has 10 of the 5 in each case exactly superimposed turns on.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10353011 A1 [0004]

Claims

Fuel valve for dosing a liquid or gaseous fuel into a combustion chamber or into a region of an internal combustion engine connected to the combustion chamber, comprising an electromagnet ( 1 ) and one with the electromagnet ( 1 ) cooperating lifting armature ( 2 ), which in the direction of a valve seat member ( 3 ), in which at least one flow opening ( 4 ) is spring-loaded, characterized in that the armature ( 2 ) is designed as a flat anchor and at least one plate-shaped portion ( 5 . 6 ) for forming a pole face ( 7 ), which a spoolless magnetic coil ( 8th ) of the electromagnet ( 1 ) is facing.

Fuel valve according to claim 1, characterized in that the pole surface ( 7 ) forming plate-shaped section ( 5 ) or another plate-shaped section ( 6 ) of the anchor ( 2 ) a sealing surface ( 9 ) formed with the flow opening ( 4 ) of the valve seat element ( 3 ) cooperates.

Fuel valve according to claim 1 or 2, characterized in that the magnet coil ( 8th ) a winding ( 10 ) made of baked enamel wire ( 11 ), which preferably has a copper core ( 12 ) and at least one the copper core ( 12 ) enveloping layer ( 13 . 14 ), in particular a baked enamel layer ( 14 ), having.

Fuel valve according to claim 3, characterized in that adjacent turns of the winding ( 10 ) are glued together and / or materially connected, wherein preferably the material bond by chemical reaction, in particular by polymerization and / or crosslinking, is prepared.

Fuel valve according to claim 3 or 4, characterized in that the baking lacquer coating ( 14 ) comprises at least one polymer, in particular polyvinyl butyral, polyamides, polyurethanes, polyamide-imides and / or chemical derivatives of the aforementioned substances.

Fuel valve according to one of claims 3 to 5, characterized in that the bonding wire ( 11 ) has a polygonal, in particular rectangular or hexagonal cross-section.

Fuel valve according to one of claims 3 to 6, characterized in that the turns of the winding ( 10 ) are arranged in layers offset from one another.

Fuel valve according to one of the preceding claims, characterized in that the bobbin-free magnetic coil ( 8th ) of the electromagnet ( 1 ) a plastic envelope ( 15 ) having.

Fuel valve according to one of the preceding claims, characterized in that the bobbin-free magnetic coil ( 8th ) in an annular recess ( 16 ) of a magnet housing ( 17 ) is recorded.

Fuel valve according to one of the preceding claims, characterized in that the armature ( 2 ) at least one flow opening ( 18 ), which offset from the at least one flow opening ( 4 ) of the valve seat element ( 3 ), preferably in the anchor ( 2 ) a plurality of arcuate running or circular segment-shaped and concentrically arranged flow openings ( 18 ) are provided, which are offset radially to a plurality of circular arc-extending or circular segment-shaped and concentrically arranged flow openings ( 4 ) of the valve seat element ( 3 ) are arranged.