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Stand der Technik
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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.
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Aus der
DE 103 60 330 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das insbesondere für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen dient. Das bekannte Brennstoffeinspritzventil besteht aus einem Düsenkörper, in welchem eine Ventilnadel angeordnet ist. Die Ventilnadel steht mit einem Ventilschließkörper in Wirkverbindung, der mit einer auf einem Ventilsitzkörper angeordneten Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammen wirkt. Der Düsenkörper ist durch eine Dichtung gegen einen Außenpol einer Magnetspule abgedichtet. Die Magnetspule ist in einem Spulengehäuse gekapselt und auf einen Spulenträger gewickelt, welcher an einem Innenpol der Magnetspule anliegt. Ein mit der Ventilnadel verbundener Anker wirkt mit der Magnetspule zusammen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise ermöglicht sind. Insbesondere ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Funktionsfähigkeit der Magnetspule und dem Erhalt dieser Funktionsfähigkeit über die Lebensdauer des Ventils.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.
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Bei dem Ventil zum Zumessen des Fluids ist der als Magnetanker dienenden Anker nicht notwendigerweise fest mit der Ventilnadel verbunden. Der Magnetanker kann auch fliegend zwischen Anschlägen gelagert sein. Solche Anschläge können durch Anschlaghülsen und/oder Anschlagringe realisiert werden, die mit der Ventilnadel verbunden sind. Durch den dadurch ermöglichten Ankerfreiweg steht eine Beschleunigungsstrecke zur Verfügung, die einen höheren Öffnungsimpuls ermöglicht.
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Das Ventil kann zum Zumessen eines flüssigen oder gasförmigen Fluids dienen. Speziell kann das Ventil zum Zumessen eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs dienen. Bei dem Fluid kann es sich auch um Gemisch handeln. Solch ein Gemisch kann beispielsweise aus brennbaren und nicht brennbaren Bestandteilen bestehen. Das Ventil eignet sich prinzipiell auch zum Zumessen anderer Fluide. Vorzugsweise dient das Ventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine. Allerdings sind auch andere Anwendungen denkbar, beispielsweise zur Einspritzung eines Stoffes zur Abgasnachbehandlung. Somit ergibt sich ein breiter Anwendungsbereich, wobei das Ventil in einer geeigneten, an den jeweiligen Anwendungsfall angepassten Ausgestaltung zum Einsatz kommen kann.
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Wenn beim Zusammenbau eines Ventils eine umspritzte Spule verbaut wird, dann ergibt sich zwischen der umspritzten Magnetspule und dem Gehäuse ein Luftspalt. Dieser Luftspalt wirkt thermisch isolierend, was für sich zu höheren Temperaturen der Magnetspule im Betrieb führt. Wird die Magnetspule im Betrieb unzulässig hoch erwärmt, dann führt dies in der Regel zu einer nachhaltigen Beschädigung der Magnetspule. Um bei gegebenem Bauraum möglichst große Magnetfelder aufzubauen, die eine hohe Beschleunigung des Ankers ermöglichen, sind hohe Ströme erforderlich, die entsprechend eine hohe Wärmeentwicklung an der Magnetspule bedingen. Die Ableitung der in der Magnetspule erzeugten Wärme ist somit wesentlich für die erzielte Funktion und den Erhalt der Funktionsfähigkeit über die Lebensdauer des Ventils.
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Andererseits ist ein einfacher, serientauglicher Zusammenbau des Ventils ein wesentlicher Gesichtspunkt. Durch eine geeignete Anordnung des schmelzbaren Füllstoffs kann solch ein einfacher, serientauglicher Zusammenbau ermöglicht werden. Hierfür ist es vorteilhaft, dass der schmelzbare Füllstoff vor dem Zusammenbau des Ventils an der Magnetspule angebracht wird. Nach dem Zusammenbau befindet sich dann der im Betrieb schmelzbare Füllstoff in dem Bereich zwischen der Magnetspule und dem zu der Magnetspule benachbarten Gehäuseteil. Über die im Betrieb auftretenden Temperaturen kommt es zum Schmelzen des Füllstoffs und somit zur Herstellung des thermischen Kontakts über den bestehenden Luftspalt. Der Luftspalt wird hierbei zumindest teilweise aufgefüllt.
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Die Ausgestaltung nach Anspruch 2 ermöglicht somit eine einfache Montage, wobei konstruktive Änderungen an den anderen Bauteilen des Ventils vermieden sind, da ein Teil der Spulenumspritzung durch den schmelzbaren Füllstoff ersetzt ist. Somit kann die Montage unverändert erfolgen und der im Betrieb dann verflüssigte Füllstoff ermöglicht dann die Herstellung der thermisch leitenden Verbindung zu dem Ventilgehäuse.
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Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 hat den Vorteil, dass konstruktive Änderungen an der ummantelten Magnetspule vermieden werden. Die Beschichtung der von der Spulenumspritzung umgebenen Magnetspule mit dem Füllstoff erfolgt hierbei vor dem Einbau in das Ventilgehäuse. Im Betrieb kommt es dann zum Schmelzen des Füllstoffs und zur Herstellung der thermisch leitenden Verbindung bezüglich dem Gehäuseteil des Ventilgehäuses entsprechend der Anordnung des schmelzbaren Füllstoffs nach Anspruch 4.
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Gemäß Anspruch 5 ist in vorteilhafter Weise nach dem Zusammenbau ein Spalt vorgesehen, der die Montage vereinfacht. In Abhängigkeit von der Anordnung und der Menge des Füllstoffs kommt es dann zu einer zumindest teilweisen Auffüllung dieses Spaltes.
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Der Hilfsstoff, der den schmelzbaren Füllstoff bildet, ist in vorteilhafter Weise nach Anspruch 6 ausgewählt. Insbesondere kann hier gemäß Anspruch 7 ein Paraffin zum Einsatz kommen. Eine Auswahl des Füllstoffs erfolgt in vorteilhafter Weise im Hinblick auf seinen Schmelzpunkt, wie es nach Anspruch 8 angegeben ist, und seine Viskosität beziehungsweise Oberflächenspannung, so dass der geschmolzene Füllstoff im Betrieb nicht über Schnittstellen im Ventilgehäuse oder an anderen Schnittstellen zwischen Bauteilen des Ventils austritt beziehungsweise hindurchtritt.
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Somit ist speziell eine Ausgestaltung möglich, bei der sich während der Inbetriebnahme des Ventils die Magnetspule über den Schmelzpunkt eines Paraffins erwärmt, so dass dieses einen unteren Spulenraum ausfüllt und eine thermisch leitende Verbindung zwischen der warmen Magnetspule und dem kalten Ventilgehäuse herstellt. Die Viskosität beziehungsweise Oberflächenspannung des verflüssigten Paraffins ist hierbei so hoch, dass dieser nicht durch Leckstellen der Verknüpfung im Ventilgehäuse beziehungsweise dem Gehäusemantel austreten kann.
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Somit kann speziell ein Teil der Umspritzung der Magnetspule durch den schmelzbaren Füllstoff ersetzt oder die Magnetspule mit dem schmelzbaren Füllstoff beschichtet werden.
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Die Magnetspule kann dadurch ohne einen zusätzlichen Arbeitsgang montiert werden, wenn das Ventil zusammengebaut wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1 ein Ventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Ventil 1 zum Zumessen eines Fluids in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel. Das Ventil 1 kann insbesondere als Brennstoffeinspritzventil 1 ausgebildet sein. Ein bevorzugter Anwendungsfall ist eine Brennstoffeinspritzanlage, bei der solche Brennstoffeinspritzventile 1 als Hochdruckeinspritzventile 1 ausgebildet sind und zur direkten Einspritzung von Brennstoff in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine dienen. Als Brennstoff können hierbei flüssige oder gasförmige Brennstoffe zum Einsatz kommen. Das Ventil 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle, bei denen eine Zumessung eines Fluids erfolgt.
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Das Ventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 auf, das mehrteilig ausgestaltet ist. Hierbei weist das Ventilgehäuse 2 unter anderem ein Gehäuseteil 3 und ein weiteres Gehäuseteil 4 auf. Je nach Ausgestaltung des Ventils 1 kann das Ventilgehäuse 2 zumindest im Wesentlichen auch aus einem einzigen Gehäuseteil 3 gebildet sein.
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Innerhalb des Ventilgehäuses 2 ist eine Ventilnadel 5 angeordnet, die entlang einer Längsachse 6 betätigbar ist. Die Betätigung der Ventilnadel 5 erfolgt hierbei über einen Aktuator 7, der einen Anker 8 und eine Magnetspule 9 aufweist. Der Anker 8 ist hierbei an der Ventilnadel 5 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine fliegende Lagerung des Ankers 8 an der Ventilnadel 5 vorgesehen, wobei der Anker 8 über einen gewissen Ankerfreiweg zwischen zwei mit der Ventilnadel 5 verbundenen Anschlägen 10, 11 relativ zu der Ventilnadel 5 bewegbar ist. Dadurch kann beim Öffnen, was durch Bestromen der Magnetspule 9 erfolgt, der Anker 8 zunächst über den Ankerfreiweg beschleunigt werden. Anschließend steht ein höherer Öffnungsimpuls zur Verfügung, um das Ventil 1 zu öffnen, wenn der Anker 8 an dem Anschlag 11 anschlägt. Beim Öffnen des Ventils hebt ein mit der Ventilnadel 5 verbundener oder einteilig mit der Ventilnadel 5 ausgebildeter Ventilschließkörper 12 von einer Ventilsitzfläche 13 ab, so dass ein zwischen dem Ventilschließkörper 12 und der Ventilsitzfläche 13 gebildeter Dichtsitz geöffnet wird. Dadurch wird das Fluid, insbesondere ein Brennstoff, aus einem Innenraum 14 im Inneren des Ventilgehäuses 2 über den geöffneten Dichtsitz und zumindest eine Spritzöffnung 15 in einen Raum 16, insbesondere einen Brennraum 16, eingespritzt.
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Ein Schließvorgang erfolgt über eine Schließfeder 17, die über den Anschlag 11 auf die Ventilnadel 5 einwirkt, wenn die Magnetspule 9 stromlos geschaltet wird. Im Betrieb kommt es in der Regel zum häufigen Öffnen und Schließen des Ventils 1. Um beispielsweise eine Mehrfacheinspritzfähigkeit des Ventils 1 zu ermöglichen, ist ein schnelles Öffnen und Schließen des Ventils 1 erforderlich. Außerdem ist in der Regel eine kompakte Bauweise des Ventils 1, die einen geringen Einbauraum erfordert, wünschenswert. Dementsprechend ergibt sich eine große Wärmeentwicklung im Bereich der Magnetspule 9, wobei die Wärme unter anderem über das Ventilgehäuse 2 auf einen Zylinderkopf oder dergleichen abgeführt werden kann. Um den Wärmeübertrag zu ermöglichen, ist ein schmelzbarer Füllstoff 20 vorgesehen.
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Der schmelzbare Füllstoff 20 ist in einem Bereich 21 zwischen der Magnetspule 9 und dem zu der Magnetspule 9 benachbarten Gehäuseteil 3 vorgesehen. Beispielsweise kann ein Teil einer Spulenumspritzung 22, von der die Magnetspule 9 umgeben ist, durch den schmelzbaren Füllstoff 20 ersetzt werden. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass die von der Spulenumspritzung 22 umgebene Magnetspule 9 mit dem schmelzbaren Füllstoff 20 beschichtet wird.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist der schmelzbare Füllstoff 20 in einem Bereich 21 angeordnet, der zylindermantelförmig ausgestaltet ist. Hierbei verbleibt in einem Bereich 23 zunächst ein Luftspalt 24, so dass eine einfache Montage der Magnetspule 9 in das Gehäuseteil 3 ermöglicht ist. Somit ergibt sich ein einfacher Zusammenbau des Ventils 1. Der Luftspalt 24 ergibt sich zunächst nach dem Zusammenbau des Ventils, aber vor der ersten Inbetriebnahme.
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Bei einem Betrieb des Ventils 1 kommt es zur Wärmeentwicklung im Bereich der Magnetspule 9. Dadurch schmilzt der schmelzbare Füllstoff 20 und läuft aufgrund der Schwerkraft in den Bereich 23. Nach der Inbetriebnahme des Ventils 1 verbleibt in dem Bereich 23 höchstens noch ein Teil des anfänglichen Luftspalts 24. In dem Bereich 23 sorgt der Füllstoff 20 dann für eine vorteilhafte Wärmeleitung zu dem Gehäuseteil 3. Entsprechend kann je nach Ausbildung des Ventils 1 auch eine verbesserte Wärmeleitung zu weiteren Gehäuseteilen, beispielsweise dem Gehäuseteil 4, realisiert werden. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Kühlung der Magnetspule 9, ohne dass der Aufwand zum Zusammenbau des Ventils 1 erhöht ist.
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Je nach Ausgestaltung und Menge des Füllstoffs 20 kann beim Betrieb des Ventils 1 der Spalt (Luftspalt) 24 ganz oder teilweise mit dem Füllstoff 20 aufgefüllt werden.
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Der schmelzbare Füllstoff 20 kann auf einem Alkan oder einem Gemisch aus Alkanen basieren. Speziell kann hierbei ein Paraffin zum Einsatz kommen, das insbesondere in Bezug auf seine Schmelztemperatur geeignet ausgewählt ist. Die Zusammensetzung des Füllstoffs ist hierbei vorzugsweise auch im Hinblick auf seine Viskosität beziehungsweise seine Oberflächenspannung ausgewählt. An exemplarisch dargestellten Schnittstellen 25, 26 wird dadurch ein Austritt des Füllstoffs aus dem Ventilgehäuse 2 verhindert. Entsprechendes gilt entsprechend für Schnittstellen 27 innerhalb des Ventilgehäuses 2. Der schmelzbare Füllstoff 20 ist vorzugsweise so zusammengesetzt, dass sich ein Schmelzpunkt in einem Bereich von etwa 30 °C bis etwa 180 °C ergibt.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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