DE102018200364A1

DE102018200364A1 - Ventil zum Zumessen eines Fluids

Info

Publication number: DE102018200364A1
Application number: DE102018200364.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Buehner; Joachim Stilling; Nico Herrmann; Anish Singh; Philipp Rauschenberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-01-11
Publication date: 2019-07-11
Also published as: US20210062771A1; CN111566337A; KR20200103716A; WO2019137680A1; KR102706038B1; US11698049B2

Abstract

Ein Ventil (1) zum Zumessen eines Fluids, das insbesondere als Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen dient, umfasst einen in einem Gehäuse (6) angeordneten elektromagnetischen Aktuator (2) und eine von einem Anker (4) des Aktuators (2) betätigbare Ventilnadel (8), die zum Betätigen eines Ventilschließkörpers (9) dient, der mit einer Ventilsitzfläche (10) zu einem Dichtsitz (26) zusammen wirkt. Hierbei ist der Anker (4) an der Ventilnadel (8) bewegbar geführt. Ein mit der Ventilnadel (8) verbundenes Anschlagelement (12) begrenzt im Zusammenhang mit einer Betätigung der Ventilnadel (8) eine Relativbewegung zwischen dem Anker (4) und der Ventilnadel (8). Zwischen dem Anker (4) und dem Anschlagelement (12) ist zumindest ein elastisch verformbares Abstandelement (13, 14) vorgesehen, das bei der Begrenzung der Relativbewegung zwischen dem Anker (4) und der Ventilnadel (8) an dem Anschlagelement (12) einen zwischen einer Stirnseite (23) des Ankers (4) und einer der Stirnseite (23) des Ankers (4) zugewandten Anschlagelementfläche (29) des Anschlagelements (12) vorgesehenen Dämpfungsraum (35) einschließt. Bei der Begrenzung der Relativbewegung zwischen dem Anker (4) und der Ventilnadel (8) an dem Anschlagelement (12) wird ein Volumen (35') das Dämpfungsraums (35) reduziert.

Description

Stand der Technik
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.
Aus der DE 10 2015 217 513 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen dient. Das bekannte Brennstoffeinspritzventil umfasst eine Ventilnadel, die mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammen wirkt, und einen an der Ventilnadel angeordneten Anker, der von einer Rückstellfeder in einer Schließrichtung beaufschlagt ist und mit einer Magnetspule zusammen wirkt. Der Anker ist hierbei zwischen zwei Anschlägen fliegend an der Ventilnadel gelagert.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise sowie eine einfache Montage ermöglicht sind. Insbesondere kann eine vorteilhafte Dämpfung des Ankers bei einem Schließvorgang mit einem reduzierten konstruktiven Aufwand erreicht werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.
Bei dem Ventil zum Zumessen des Fluids ist der Anker (Magnetanker) nicht fest mit der Ventilnadel verbunden, sondern zwischen Anschlägen fliegend gelagert. Zumindest ein Anschlag wird durch ein vorgeschlagenes Anschlagelement gebildet. Ein Anschlagelement kann durch eine Anschlaghülse, einen Anschlagring oder ähnliches realisiert werden. Das Anschlagelement kann aber auch an der Ventilnadel ausgeformt sein. 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. Vorzugsweise wird der Anschlag, an dem der Anker im Ruhezustand anliegt, durch das vorgeschlagene Anschlagelement realisiert.
Bei einem fliegend an der Ventilnadel angeordneten Anker 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.
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.
Durch die vorgeschlagene Anordnung zumindest eines elastisch verformbares Abstandselement, das an dem diesbezüglichen Anschlag für den Anker vorgesehen ist, 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 in seine Ruhelage gelangt. In entsprechender Weise kann die Funktionsfähigkeit gegebenenfalls auch in Bezug auf ein Öffnen verbessert werden. Eine Prellvermeidung bei öffnendem 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.
Der Ventilschließkörper, der von der Ventilnadel betätigt wird, kann einstückig mit der Ventilnadel ausgebildet sein. Der Ventilschließkörper kann als kugelförmiger oder konischer Ventilschließkörper oder auch auf andere Weise ausgestaltet sein.
Somit können in vorteilhafter Weise Ankerpreller durch eine erhöhte Dämpfung der Ankerbewegung vermindert werden. Je nach Ausgestaltung ist hierbei die Dämpfung der Ankerbewegung durch eine Fluiddämpfung beziehungsweise hydraulische Dämpfung und gegebenenfalls zusätzlich durch eine mechanische Reibung möglich. Hierdurch kann eine robuste Mehrfacheinspritzfähigkeit mit kurzen Pausenzeiten gewährleistet werden. Dadurch können Anschlagimpulse, insbesondere beim Schließen des Ventils, verringert werden, was einen geringeren Verschleiß an dem Anschlagelement ermöglicht. Ferner ergibt sich eine reduzierte Funktionsänderung über die Lebenszeit, da sich die Kontaktfläche des Ankers und die Anschlagfläche des Anschlagelements infolge der verbesserten Dämpfung nur wenig über die Lebensdauer ändern. Des Weiteren ergeben sich verringerte Geräuschemissionen.
Die Weiterbildung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 hat den Vorteil, dass eine vorteilhafte hydraulische Dämpfung realisiert werden kann. Bei dem flüssigen Fluid, das in dem Ankerraum vorgesehen ist, kann es sich insbesondere um das Fluid handeln, das von dem Ventil zugemessen wird. Es ist allerdings auch möglich, dass der Ankerraum mit einem hydraulischen Fluid gefüllt wird. Dies ist insbesondere dann denkbar, wenn es sich bei dem zuzumessenden Fluid um ein gasförmiges Fluid handelt. Bei der Weiterbildung nach Anspruch 3 können insbesondere Mikrospalte zwischen der Stirnseite des Ankers und dem Abstandelement vorgesehen sein, über die das flüssige Fluid zumindest teilweise aus dem Dämpfungsraum verdrängt wird. Ein Teil des flüssigen Fluids kann beispielsweise auch über den Führungsspalt zwischen der Ventilnadel und dem Anker oder über insbesondere als Mikrospalte ausgebildete Spalte zwischen dem Abstandelement und der Anschlagelementfläche des Anschlagelements aus dem Dämpfungsraum verdrängt werden.
Die Weiterbildung nach Anspruch 4 hat den Vorteil, dass sowohl bei der Annäherung des Ankers an das diesbezügliche Anschlagelement als auch bei einer anschließenden Bewegung des Ankers von dem Anschlagelement weg, also einem Rückprellen, eine hydraulische Bewegungsdämpfung realisiert ist. Hierbei wirkt zunächst der temporäre Überdruck im Dämpfungsraum bremsend auf den Anker, und nach der Bewegungsumkehr wirkt der temporäre Unterdruck im Dämpfungsraum der Bewegung des Ankers von dem Anschlagelement weg entgegen. Die auf den Anker resultierenden hydraulischen Kräfte führen daher zu einer schnelleren Beruhigung des Ankers im Ankerraum. Im Unterschied zu einer hydraulischen Dämpfung, die durch die Verdrängung von Fluid im Ankerraum durch den Anker bei seiner Bewegung verursacht ist, wirkt die Dämpfung über den temporären Überdruck und den temporären Unterdruck im Dämpfungsraum nur am Ende der Bewegung des Ankers, wodurch die Dynamik des Ankers, insbesondere am Beginn einer Betätigung, nicht beeinträchtigt wird.
Die Weiterbildung nach Anspruch 5 hat den Vorteil, dass die hydraulische Dämpfung von einer Reibungsdämpfung unterstützt werden kann. Eine Reibung kann hierbei bezüglich der Stirnseite des Ankers und/oder bezüglich der Anschlagelementfläche des Anschlagelements auftreten. Wenn genau ein Abstandelement zwischen der Stirnseite des Ankers und dem diesbezüglichen Anschlagelement vorgesehen ist, dann kann dieses in Bezug auf entweder die Stirnseite des Ankers oder die Anschlagelementfläche oder auch sowohl die Stirnseite des Ankers als auch die Anschlagelementfläche die Erzeugung von dämpfenden Reibungskräften ermöglichen. Wenn mehrere Abstandelemente vorgesehen sind, dann können entweder das an der Stirnseite des Ankers angeordnete Abstandelement oder das an der Anschlagelementfläche angeordnete Abstandelement oder auch diese beiden Abstandelemente einen Beitritt zur Reibungsdämpfung über entsprechende Reibungskräfte ermöglichen. Wenn mehrere Abstandelemente vorgesehen sind, dann kann gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 6 zwischen jeweils benachbarten Abstandelementen eine Reibung ermöglicht werden, die zumindest einen Beitrag zur Reibungsdämpfung erbringt.
Die Weiterbildung nach Anspruch 7 hat den Vorteil, dass das Volumen des Dämpfungsraums sowie das Volumen des bei der Dämpfung verdrängbaren Fluids vergrößert werden kann.
Bei einer Weiterbildung nach Anspruch 8 kann das Abstandelement beispielsweise als konisch ausgeformte Scheibe beziehungsweise ähnlich einer Tellerfeder ausgeführt werden. Das Abstandelement kann dadurch flexibel nachgeben, wodurch im Vergleich zu starren Anschlägen mehr Fluid verdrängt wird, welches zur Dämpfung der Bewegung beiträgt. Hierbei wird insbesondere durch die Ausführung als konische Scheibe Fluid zwischen dem Abstandelement, dem Anker und dem Anschlagelement eingeschlossen, wodurch es im Gegensatz zu Spiralfedern oder anderen elastischen Anschlägen, die kein Fluidvolumen einschließen können, zur Erzeugung eines Überdrucks und gegebenenfalls eines Unterdrucks im Dämpfungsraum gegenüber dem Ankerraum kommt, der insbesondere an der Stirnseite des Ankers wirkt und somit einen bewegungsdämpfenden Beitrag liefert.
Die Weiterbildung nach Anspruch 9 hat den Vorteil, dass das Abstandelement zuverlässig an der Anschlagelementfläche des Anschlagelements positioniert werden kann. Gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 10 ist sowohl eine vorteilhafte Positionierung des Abstandelements als auch eine Verringerung des verbleibenden Volumens im Dämpfungsraum bei einer maximalen Einfederung des Abstandelements möglich.
Figurenliste
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:

1 ein Ventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ein Ventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 den in 1 mit III bezeichneten Ausschnitt des Ventils entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel und
4 den in 1 mit III bezeichneten Ausschnitt des Ventils entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein Ventil 1 zum Zumessen eines Fluids in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten 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 weist einen Aktuator 2 auf, der eine Magnetspule 3 und einen Anker 4 umfasst. Durch Bestromen der Magnetspule 3 wird ein Magnetkreis über einen Innenpol 5 den Anker 4 und ein zumindest teilweise magnetisch leitendes Gehäuse 6 geschlossen. Der Innenpol 5 ist fest mit dem Gehäuse 6 verbunden.
Das Ventil 1 weist eine innerhalb des Gehäuses 6 entlang einer Längsachse 7 verstellbare Ventilnadel 8 auf, an der ein Ventilschließkörper 9 vorgesehen ist. Der Ventilschließkörper 9 wirkt mit einer Ventilsitzfläche 10 zu einem Dichtsitz zusammen. Der Ventilschließkörper 9 kann kugel-, teilkugelförmig oder auch anders ausgestaltet sein. Ferner kann der Ventilschließkörper 9 einstückig mit der Ventilnadel 8 ausgebildet sein.
An der Ventilnadel 8 sind Anschläge 11, 12 angeordnet und fest mit der Ventilnadel 8 verbunden. Die Anschläge 11, 12 sind als Anschlagelemente 11, 12 ausgebildet, wobei in diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem Anschlagelement 12 und dem Anker 4 ein Abstandelement 13 vorgesehen ist. Der Anker 4 ist zwischen den Anschlägen 11, 12 bewegbar, wobei er an der Ventilnadel 8 geführt ist. Diesbezüglich ist in einer Ausgangsstellung, in der das Abstandelement 13 entspannt ist, ein Ankerfreiweg 15 vorgegeben. Das Anschlagelement 11 und/oder das Anschlagelement 12 können je nach Ausführung beispielsweise in Form eines Anschlagrings und/oder einer Anschlaghülse ausgebildet sein. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann zumindest eines der Anschlagelemente 11, 12 auch an der Ventilnadel 8 ausgeformt sein.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Ventilnadel 8 über das Anschlagelement 11 von einer Rückstellfeder 16 beaufschlagt, die den Ventilschließkörper 9 mittels der Ventilnadel 8 gegen die Ventilsitzfläche 10 beaufschlägt. Dadurch wird das Ventil 1 im Ruhezustand geschlossen gehalten.
Zur Betätigung des Ventils 1 wird die Magnetspule 3 bestromt, wodurch der Anker 4 in einer Öffnungsrichtung 17 entlang der Längsachse 7 entgegen der Kraft einer Ankerfreiwegfeder 18 betätigt wird. Die Rückstellfeder 16 hält hierbei die Ventilnadel 8 zunächst in ihrer Ausgangsstellung. Durch die Beschleunigung des Ankers 4 wird beim Anprallen an den Anschlag 11 ein Bewegungsimpuls auf die Ventilnadel 8 übertragen, der zum Öffnen der Ventilnadel 8 führt. Dann wird auch die Ventilnadel 8 beschleunigt. Nachdem der Anker 4 an dem Anschlag 19 des Innenpols 5 angeschlagen ist, setzt die Ventilnadel 8 aufgrund ihrer Trägheit ihre Bewegung in der Öffnungsrichtung 17 fort, wobei aufgrund der Kraft der Rückstellfeder 16 eine Bewegungsumkehr erfolgt. Anschließend trifft die Ventilnadel 8 bei ihrer Bewegung entgegen der Öffnungsrichtung 17 beziehungsweise der Anschlag 11 wieder auf den Anker 4, der idealer Weise bis zu diesem Zeitpunkt am Innenpol 5 ruht.
Der Anker 4 weist ein oder vorzugsweise mehrere Durchgangsbohrungen 20 auf, die sich von einer Stirnseite 22 des Ankers 4 zu einer Stirnseite 23 des Ankers 4 erstrecken. Durch eine an dem Innenpol 5 ausgebildete, axiale Durchgangsbohrung 24 wird im Betrieb das Fluid, insbesondere der Brennstoff, zu und dann weiter durch einen Ankerraum 25 zu dem zwischen dem Ventilschließkörper 9 und der Ventilsitzfläche 10 gebildeten Dichtsitz geführt. Hierbei kann die Ventilnadel 8 über das Anschlagelement 11 und den Innenpol 5 entlang der Längsachse 7 im Gehäuse 6 geführt werden. Die Durchgangsbohrungen 20 ermöglichen eine Durchströmung des Ankers 4, wodurch ein Ringspalt 27 zwischen dem Anker 4 und dem Gehäuse 6 reduziert werden kann.
An dem Anschlagelement 11 ist eine Anschlagelementfläche 28 vorgesehen, an der der Anker 4 bei einer Betätigung mit seiner Stirnseite 22 anschlägt. Ferner ist an dem Anschlagelement 12 eine Anschlagelementfläche 29 ausgebildet, die der Stirnseite 23 des Ankers 4 zugewandt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist an dem Anschlagelement 12 eine Vertiefung 30 ausgestaltet, in die das Abstandelement 13 teilweise eingesetzt ist. Ferner ist an dem Anschlagelement 12 eine äußere Ringfläche 31 ausgestaltet. Eine entlang der Längsachse 7 betrachtete Höhe 32 des als konische Ringscheibe ausgeformten Abstandelements 13 ist hierbei größer als ein entlang der Längsachse 7 betrachteter axialer Abstand 33 zwischen der äußeren Ringfläche 31 und der Anschlagelementfläche 29, so dass in jedem Fall ein direkter Kontakt zwischen dem Anschlagelement 12 und dem Anker 4 verhindert ist und stets zumindest ein gewisser Durchflussspalt zwischen der Stirnseite 23 des Ankers 4 und der äußeren Ringfläche 31 des Anschlagelements 12 verbleibt.
Durch das Abstandelement 13 ist zwischen der Stirnseite 23 des Ankers 4 und der Anschlagelementfläche 29 des Anschlagelements 12 ein Dämpfungsraum 35 gebildet. Der Dämpfungsraum 35 weist ein Volumen 35' auf, das ein Volumen 36 einer an dem Anschlagelement 8 ausgebildeten Durchgangsöffnung 37 umfasst.
Wenn sich der Anker 4 in der Schließrichtung 38, die entgegengesetzt zu der Öffnungsrichtung 17 orientiert ist, bewegt, dann wird das Abstandelement 13 elastisch verformt, wobei eine durch das Abstandelement 13 vorgegebene axiale Ausdehnung 39 des Dämpfungsraums 35 verkürzt wird. Dadurch nimmt das Volumen 35' des Dämpfungsraums 35 ab. Das in dem Dämpfungsraum 35 vorgesehene flüssige Fluid wird dadurch komprimiert und aus dem Dämpfungsraum 35 verdrängt. Die Verdrängung kann hierbei über durch als Mikrospalte 40 ausgebildete Spalte 40 zwischen dem Abstandelement 13 und dem Anker 4 erfolgen, wie es durch den Pfeil 41 exemplarisch veranschaulicht ist. Ferner kann das flüssige Fluid auch über einen Führungsspalt 42 zwischen der Ventilnadel 8 und dem Anker 4 aus dem Dämpfungsraum 35 verdrängt werden. Prinzipiell ist eine Verdrängung auch über als Mikrospalte ausgebildete Spalte 43 zwischen der Anschlagelementfläche 29 des Anschlagelements 12 und dem Abstandelement 13 möglich. Im Grenzfall kann das Volumen 35' des Dämpfungsraums 35 nur noch durch das Volumen 36 der Durchgangsöffnung 37 gebildet sein, wenn das Abstandelement 13 vollständig einfedert. Je nach Anwendungsfall kann das Abstandelement 13 allerdings auch so ausgebildet sein, dass ein solches vollständiges Einfedern nicht auftritt.
Bei einer Schließbewegung des Ankers 4 kommt es somit zu einer temporären Druckerhöhung des Drucks p im Dämpfungsraum 35 gegenüber dem Ankerraum 25. Hierdurch ergeben sich am Anker 4 hydraulische Kräfte, die entgegen der Schließrichtung 38 wirken. Anschließend, nachdem eine Bewegungsumkehr des Ankers 4 erfolgt ist, ergibt sich durch die Vergrößerung des Volumens 36 ein reduzierter Druck p im Dämpfungsraum 35, was einen temporären Unterdruck p im Dämpfungsraum 35 gegenüber dem Ankerraum 25 bedingt. Hierdurch ergeben sich hydraulische Kräfteverhältnisse am Anker 4, die der Bewegung des Ankers 4 in der Öffnungsrichtung 17 entgegen wirken. Somit kommt es zu einer richtungsabhängigen Dämpfung des Ankers 4 und somit zu einer schnellen Beruhigung des Ankers 4. Im beruhigten Ausgangszustand gleicht sich dann der Druck p im Dämpfungsraum 35 an den Druck im Ankerraum 25 an, so dass bei einer erneuten Betätigung des Ankers 4 aus seiner Ausgangsstellung keine negative Beeinflussung der Aktordynamik durch den Druck p auftritt. Zudem ergibt sich der Vorteil, dass ein hydraulischer Klebeeffekt am Beginn einer Betätigung verringert ist, da der Anker 4 an einer Kontaktlinie 44 beziehungsweise einer kleinen Kontaktfläche 44 abgestützt ist.
An der Kontaktlinie 44 beziehungsweise an der kleinen Kontaktfläche 44 kann außerdem beim Abbremsen des Ankers 4 eine Reibungskraft zwischen dem Abstandelement 13 und dem Anker 4 wirken, wodurch zusätzlich eine Reibungsdämpfung erzielt ist.
2 zeigt ein Ventil 1 in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist an dem Anschlagelement 12 eine Erhebung 50 ausgebildet. Die Erhebung 50 befindet sich hierbei in einer entspannten Ausgangsstellung des Abstandelements 13 vorzugsweise bereits etwas in der Durchgangsöffnung 37 des Abstandelements 13. Hierdurch ist eine zuverlässige Positionierung des Abstandelements 13 bezüglich der Ventilnadel 8 möglich. Gegebenenfalls kann zusätzlich eine Vertiefung 30, wie sie in der 1 dargestellt ist, vorgesehen sein, in die das Abstandelement 13 eingesetzt ist. Bei einem Einfedern des Abstandelements 13 zur Abbremsung des Ankers 4 bei der Bewegung des Ankers 4 in der Schließrichtung 38 wird durch die Erhebung 50 Fluid aus dem Volumen 36 der Durchgangsöffnung 37 verdrängt. Hierdurch kann das absolut verbleibende Volumen 35' des Dämpfungsraums 35 im vollständig beziehungsweise im auslegungsbedingt maximal eingefederten Zustand des Abstandelements 13 weiter verringert werden. Hierdurch kann eine besonders hohe Druckerhöhung im Dämpfungsraum 35 erzielt werden. Ferner ergibt sich durch den Unterdruck ein vorteilhafter Abbau der in dem Abstandelement 13 gespeicherten Federenergie, wenn der Anker 4 nach der Bewegungsumkehr wieder in der Öffnungsrichtung 17 verstellt wird, um das Abstandelement 13 zu entspannen.
3 zeigt den in 1 mit III bezeichneten Ausschnitt des Ventils 1 entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Abstandelemente 13, 14 vorgesehen. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung können auch mehr als zwei Abstandelemente 13, 14 vorgesehen sein. Ein erstes Abstandelement 13 kann sich hierbei an der Stirnseite 23 des Ankers 4 befinden, während sich ein zweites Abstandelement 14 an dem Anschlagelement 12 befindet. Relativ zueinander sind die Abstandelemente 13, 14 so angeordnet, dass sich zwischen diesen eine Kontaktfläche 45 ergibt. Bei einer elastischen Einfederung der Abstandelemente 13, 14 treten relative Lageänderungen auf, die zu einer Reibung an der Kontaktfläche 45 führen. Hierdurch kommt es zu einer Reibungsdämpfung, die durch die Reibung zwischen dem ersten Abstandelement 13 und dem zweiten Abstandelement 14 erzielt ist. Zusätzlich kann eine Reibung auftreten, wie sie anhand der 1 erläutert ist. Hierbei kann eine Reibung zwischen dem ersten Abstandelement 13 und dem Anker 4 und/oder eine Reibung zwischen dem zweiten Abstandelement 14 und dem Anschlagelement 12 auftreten.
4 zeigt den in 1 mit III bezeichneten Ausschnitt des Ventils 1 entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Abstandelemente 13, 14 vorgesehen, die zwischen der Stirnseite 23 des Ankers 4 und der Anschlagelementfläche 29 des Anschlagelements 12 angeordnet sind. Die beiden Abstandelemente 13, 14 sind hierbei so gegeneinander abgestützt, dass sich eine Federwirkung dieser beiden Abstandelemente 13, 14 aus der Federwirkung des einen Abstandelements 13 und der Federwirkung des anderen Abstandelements 14 additiv zusammensetzt. Hierdurch kann das Volumen 35' des Dämpfungsraums 35 entsprechend vergrößert werden. Dadurch ergibt sich eine größere Verdrängung von Fluid aus dem Dämpfungsraum 35. Die zumindest zwei Abstandelemente 13, 14 können dabei gegebenenfalls an ihrem äußeren Umfang beziehungsweise ihrem inneren Umfang miteinander verbunden werden. Es sind jedoch auch abgewandelte Ausgestaltungen denkbar, bei denen beispielsweise über geeignete Spalte zwischen den Abstandelementen 13, 14 eine Verdrängung von Fluid aus dem Dämpfungsraum 35 möglich ist.
Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann zusätzlich oder alternativ zwischen dem Anschlagelement 11 und dem Anker 4 zumindest ein Abstandelement vorgesehen sein, das entsprechend dem Abstandelement 13, 14 ausgebildet, das entsprechend deinem der an Hand der 1 bis 4 beschriebenen Ausgestaltungen und Funktionsweisen eine hydraulische Dämpfung mittels eines Dämpfungsraumes und gegebenenfalls auch eine auf Reibung beruhende Dämpfung ermöglicht. Dadurch kann ein Prellen beim Öffnen des Ventils 1 reduziert werden.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015217513 A1 [0002]

Claims

Ventil (1) zum Zumessen eines Fluids, insbesondere Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einem in einem Gehäuse (6) angeordneten elektromagnetischen Aktuator (2) und einer von einem Anker (4) des Aktuators (2) betätigbaren Ventilnadel (8), die zum Betätigen eines Ventilschließkörpers (9) dient, der mit einer Ventilsitzfläche (10) zu einem Dichtsitz (26) zusammen wirkt, wobei der Anker (4) an der Ventilnadel (8) bewegbar geführt ist und wobei zumindest ein mit der Ventilnadel (8) verbundenes Anschlagelement (11, 12) vorgesehen ist, das im Zusammenhang mit einer Betätigung der Ventilnadel (8) eine Relativbewegung zwischen dem Anker (4) und der Ventilnadel (8) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anker (4) und dem Anschlagelement (12) zumindest ein elastisch verformbares Abstandelement (13, 14) vorgesehen ist, das bei der Begrenzung der Relativbewegung zwischen dem Anker (4) und der Ventilnadel (8) an dem Anschlagelement (12) einen zwischen einer Stirnseite (23) des Ankers (4) und einer der Stirnseite (23) des Ankers (4) zugewandten Anschlagelementfläche (29) des Anschlagelements (12) vorgesehenen Dämpfungsraum (35) einschließt, und dass bei der Begrenzung der Relativbewegung zwischen dem Anker (4) und der Ventilnadel (8) an dem Anschlagelement (12) ein Volumen (35') das Dämpfungsraums (35) reduziert wird.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (4) in einem mit einem flüssigen Fluid gefüllten Ankerraum (25) angeordnet ist und dass bei der Begrenzung der Relativbewegung zwischen dem Anker (4) und der Ventilnadel (8) an dem Anschlagelement (12) flüssiges Fluid aus dem Dämpfungsraum (35) verdrängt wird
Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Fluid zumindest im wesentlichen über zumindest einen Spalt (40) zwischen der Stirnseite (23) des Ankers (4) und dem Abstandelement (13) und/oder einem Führungsspalt (42) zwischen der Ventilnadel (8) und dem Anker (4) aus dem Dämpfungsraum (35) verdrängt wird.
Ventil nach einem der Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das das Abstandelement (13, 14) so mit der Stirnseite (23) des Ankers (4) zusammenwirkt und der Führungsspalt (42) zwischen der Ventilnadel (8) und dem Anker (4) so ausgestaltet ist, dass bei der Verdrängung des flüssigen Fluid aus dem Dämpfungsraum (35) der Druck im Dämpfungsraum (35) ansteigt und nach einer Bewegungsumkehr, wenn sich die Stirnseite (23) des Anker (4) wieder von der Anschlagelementfläche (29) entfernt, ein temporärer Unterdruck(p) im Dämpfungsraum (35) gegenüber dem Ankerraum (25) erzeugt ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abstandelement (13) so an der Stirnseite des Ankers (4) abgestützt ist, dass bei der Begrenzung der Relativbewegung zwischen dem Anker (4) und der Ventilnadel (8) an dem Anschlagelement (12) eine Reibungsdämpfung erzielt ist, und/oder dass zumindest ein Abstandselement (13, 14) so an der Anschlagelementfläche (29) abgestützt ist, dass bei der Begrenzung der Relativbewegung zwischen dem Anker (4) und der Ventilnadel (8) an dem Anschlagelement (12) eine Reibungsdämpfung erzielt ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erstes Abstandelement (13) und ein zweites Abstandelement (14) vorgesehen sind, die zwischen der Stirnseite des Ankers (4) und der Anschlagelementfläche (29) des Anschlagelements (12) angeordnet sind, und dass bei der Begrenzung der Relativbewegung zwischen dem Anker (4) und der Ventilnadel (8) an dem Anschlagelement (12) eine Reibungsdämpfung zumindest teilweise aufgrund einer Reibung zwischen dem ersten Abstandelement (13) und dem zweiten Abstandelement (14) erzielt ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Abstandelemente (13, 14) vorgesehen sind, die zwischen der Stirnseite (13) des Ankers (4) und der Anschlagelementfläche (29) des Anschlagelements (12) angeordnet sind, und dass bei der Begrenzung der Relativbewegung zwischen dem Anker (4) und der Ventilnadel (8) an dem Anschlagelement (12) diese beiden Abstandelemente (13, 14) so gegeneinander abgestützt sind, dass sich eine Federwirkung dieser beiden Abstandelemente (13, 14) aus der Federwirkung des einen Abstandelements (13) und der Federwirkung des anderen Abstandelements (14) additiv zusammensetzt.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, das zumindest ein Abstandelement (13, 14) als zumindest teilweise konisch und/oder tellerförmig geformtes Abstandelement (13, 14) ausgebildet ist und/oder dass zumindest ein Abstandelement (13, 14) als ringförmiges Abstandelement (13, 14) ausgebildet ist.
Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Anschlagelementfläche (29) des Anschlagelements (12) eine Vertiefung (30) ausgebildet ist, in die zumindest ein Abstandelement (11, 12) zumindest teilweise eingesetzt ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Anschlagelementfläche (29) des Anschlagelements (12) eine Erhebung (50) ausgebildet ist und dass zumindest ein Abstandelement (13, 14) zumindest bei der Begrenzung der Relativbewegung zwischen dem Anker (4) und der Ventilnadel (8) an dem Anschlagelement (12) so verformt wird, dass die Erhebung zumindest teilweise ein Volumen (36) aus einer an diesem Anschlagelement (13, 14) ausgebildeten Durchgangsöffnung (37) verdrängt.