DE102019134775A1

DE102019134775A1 - Magnetventil

Info

Publication number: DE102019134775A1
Application number: DE102019134775.0A
Authority: DE
Inventors: Yuichi Miwa; Tetsuya Yoshimura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-01-15
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2020-07-16
Also published as: JP2020112232A; US11261988B2; CN111434915A; US20200224786A1; JP7115328B2; CN111434915B

Abstract

Ein Magnetventil (101) umfasst einen Innenstator (22) und einen Außenstator (21), die Teil eines Magnetkreises sind. Ein Anker (45) wird zu dem Innenstator hin angezogen, wenn eine Spule (24) bestromt wird. Eine Feder (71) spannt den Anker (45) in einer Richtung vom Innenstator (22) weg vor. Ein Stab (401) ist einstückig mit dem Anker (45) ausgebildet und bewegt sich integral mit dem Anker (45) hin und her. Eine Führung (301) führt die Hin- und Herbewegung des Stabs (401). Ein Ventil (60) arbeitet, indem dieses dem Stab (401) folgt, um einen Kraftstoff-/Flüssigkeitsdurchlass (82) zu öffnen und zu schließen. Die Feder (71) und Gleitabschnitte zwischen dem Stab (401) und der Führung (301) sind innerhalb eines Aussparungsabschnitts (222), der in dem Innenstator (22) ausgebildet ist, und parallel zueinander angeordnet, während diese in der axialen Richtung überlappen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetventil.
Hintergrund
Herkömmlich sind bestimmte Magnetventile (oder elektromagnetische Ventile) bekannt, um einen Flüssigkeitsdurchlass durch die Betätigung eines Ventilelements zu öffnen und zu schließen, das einem Anker folgt, der bei Erregung einer Spule von einem Kern angezogen wird.
Beispielsweise ist bei dem in Patentdokument 1 offenbarten Magnetventil eine Federkammer (19) in einem Innenstator (10) vorgesehen. Hier ist in der Federkammer (19) eine Feder (21) angeordnet, die einen Anker (18) vom Innenstator (10) weg vorspannt. An einer von der Feder (21) abgewandten Seite des Ankers (18) ist ein Stab (22) angebracht. Der Stab (22) ist gleitfähig in ein in einer Führung (13) ausgebildetes Führungsloch (130) eingeführt. Außerdem wird mit Bezug auf die Ausdrücke von Patentdokument 1 „Statorkern“ als „Innenstator“, „erste Feder“ als „Feder“ und „Schaft“ als „Stab“ ausgedrückt.
Ferner ist bei dem in 1 und dergleichen von Patentdokument 2 gezeigten Magnetventil eine Feder (107) auf der radial äußeren Seite eines Abschnitts angeordnet, der dem Innenstator des Jochs (111) entspricht. Zusätzlich ist die Feder (107) auch auf der Außenseite einer Spule (102) angeordnet.
Dokumente zum Stand der Technik
Patentliteratur

Patentdokument 1: JP 5857878 B
Patentdokument 2: WO 2017/198380 A

Kurzfassung der Erfindung
Da bei der Konfiguration von Patentdokument 1 die gleitenden Abschnitte des Stabs und das Führungsloch nicht innerhalb des Innenstators angeordnet sind und in der axialen Richtung an einer anderen Position als die Feder angeordnet sind, wird die Baugröße der Vorrichtung in axialer Richtung erhöht. In der Konfiguration von Patentdokument 2 ist ferner die Baugröße der Vorrichtung in der radialen Richtung vergrößert.
Im Bereich der Magnetventile, beispielsweise für ein Magnetventil, welches einen Saugdurchlass einer Zuführpumpe einer Dieselmaschine öffnet und schließt, wächst die Sorge, dass der Einbauraum in der Maschine nicht ausreichend groß sein könnte. Daher wäre es wünschenswert, die Baugröße der Komponenten bei solchen Magnetventilen zu reduzieren. Darüber hinaus wäre es im Hinblick auf die Kraftstoffdosierung wünschenswert, anstelle des herkömmlichen Einlassdosierverfahrens ein Zeitsteuerungsverfahren mit höherer Druckregelbarkeit zu implementieren. Das Zeitsteuerungsverfahren ist jedoch mit Bezug auf die Montierbarkeit nachteilig, da das Magnetventil über dem Saugventil angeordnet ist, was die Baugröße erhöht. Darüber hinaus ist es bei der Verkleinerung eines Magnetventils auch wichtig, das Zunahmeansprechen der Magnetkraft sicherzustellen, wenn die Spule bestromt wird.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehenden Punkte geschaffen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Magnetventil mit reduzierter Baugröße bereitzustellen, während ein Ansprechverhalten sichergestellt wird.
Ein Magnetventil der vorliegenden Erfindung umfasst eine Spule (24), einen Innenstator (22), einen Außenstator (21), einen Anker (45, 55), eine Feder (71), einen Stab (401, 403, 405, 406), eine Führung (301, 302, 304, 306) und ein Ventil (60).
Der Innenstator ist radial innerhalb der Spule ausgebildet, wobei der Innenstator Teil eines Magnetkreises ist. Der Außenstator ist radial außerhalb des Innenstators ausgebildet, wobei der Außenstator Teil des Magnetkreises ist. Der Anker wird zum Innenstator hin angezogen, wenn die Spule erregt bzw. bestromt wird. Die Feder spannt den Anker in einer Richtung weg vom Innenstator vor.
Der Stab ist an dem Anker fixiert oder einstückig mit dem Anker ausgebildet, wobei der Stab derart konfiguriert ist, dass sich dieser integral mit dem Anker hin und her bewegt. Die Führung führt die Hin- und Herbewegung des Stabs. Das Ventil arbeitet, indem dieses dem Stab folgt, um einen Flüssigkeitsdurchlass (82) zu öffnen und zu schließen. Die Feder und Gleitabschnitte zwischen dem Stab und der Führung sind innerhalb eines im Innenstator ausgebildeten Aussparungsabschnitts (222) angeordnet und parallel zueinander angeordnet, während diese in der axialen Richtung überlappen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Gegensatz zum Stand der Technik von Patentdokument 1 die Anordnung des Stabs mit Bezug auf den Anker in der axialen Richtung umgekehrt, und die Feder, der Stab und die Führung sind parallel zueinander angeordnet, während diese in der axialen Richtung überlappen. Folglich kann die Baugröße in der axialen Richtung reduziert werden. Da der Einfluss eines Magnetflusses auf der radial inneren Seite des Magnetkreises gering ist, kann ferner die Baugröße bei gleichzeitiger Sicherstellung des Ansprechverhaltens durch die Anordnung des Stabs, der Führung und der Feder zusammen innerhalb des Innenstators reduziert werden.
Figurenliste

1 ist eine Gesamtkonfigurationsabbildung eines Common-Rail-Systems, auf das ein Magnetventil gemäß einer Ausführungsform angewendet wird.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Zuführpumpe.
3 ist eine Querschnittsansicht des Magnetventils gemäß der ersten Ausführungsform im nicht bestromten Zustand.
4 ist eine Querschnittsansicht des Magnetventils gemäß der ersten Ausführungsform im bestromten Zustand.
5 ist eine expandierte Querschnittsansicht um die Führung und den Stab von 3.
6A ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIa-VIa von 5.
6B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIb-VIb von 5 als eine Modifikation der ersten Ausführungsform.
7 ist eine Größenvergleichsabbildung mit einem Magnetventil eines Vergleichsbeispiels.
8 ist eine Abbildung zum Erläutern des Einflusses eines Magnetflusses bei einem Magnetventil eines Vergleichsbeispiels.
9 ist eine expandierte Querschnittsansicht um die Führung und den Stab eines Magnetventils einer zweiten Ausführungsform.
10A ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie Xa-Xa in 9.
10B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie Xb-Xb in 9.
11 ist eine expandierte Querschnittsansicht eines Magnetventils gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform.
12 ist eine expandierte Querschnittsansicht um die Führung und den Stab eines Magnetventils einer dritten Ausführung.
13 ist eine expandierte Querschnittsansicht um die Führung und den Stab eines Magnetventils einer vierten Ausführung.
14A ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XIVa-XIVa in 12.
14B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XIVb-XIVb in 13.
15 ist eine Querschnittsansicht eines Magnetventils gemäß einer fünften Ausführungsform im nicht bestromten Zustand.
16 ist eine Querschnittsansicht eines Magnetventils gemäß einer sechsten Ausführungsform im nicht bestromten Zustand.

Detaillierte Beschreibung
Im Folgenden werden mehrere Ausführungsformen eines Magnetventils anhand der Abbildungen beschrieben. Bei einer Mehrzahl von Ausführungsformen werden für im Wesentlichen gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet, und deren Beschreibung wird weggelassen. Die folgenden ersten bis sechsten Ausführungsformen können kollektiv als „die vorliegende Ausführungsform“ bezeichnet werden. Ein Magnetventil 10 (auch als ein elektromagnetisches Ventil bezeichnet) der vorliegenden Ausführungsform wird auf eine Zuführpumpe für ein Common-Rail-System einer Dieselmaschine angewendet und dient als ein Einlassventil, welches einen Kraftstoffdurchlass öffnet und schließt. Dieser Kraftstoffdurchlass kann allgemein als ein „Flüssigkeitsdurchlass“ bezeichnet werden.
[Common-Rail-System und Zuführpumpe]
Zunächst wird die Gesamtkonfiguration eines Common-Rail-Systems anhand von 1 beschrieben. Das Common-Rail-System ist durch einen Kraftstofftank 1, eine Zuführpumpe 4, ein Common-Rail 6, eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzventilen 8 sowie eine Verrohrung, welche diese Komponenten miteinander verbindet, ausgebildet. Der Kraftstofftank 1 und die Zuführpumpe 4 sind durch eine Niederdruckkraftstoffleitung 2 verbunden. In der Niederdruckkraftstoffleitung 2 ist ein Kraftstofffilter 3 zum Entfernen von Fremdstoffen vorgesehen.
Die Zuführpumpe 4 und das Common-Rail 6 sind durch eine Vor-Rail-Hochdruckkraftstoffleitung 5 verbunden. Das Common-Rail 6 und die mehreren Kraftstoffeinspritzventile 8 sind durch eine Mehrzahl von Nach-Rail-Hochdruckkraftstoffleitungen 7 verbunden. Die Zuführpumpe 4 verdichtet einen aus dem Kraftstofftank 1 entnommenen Niederdruckkraftstoff und führt den Hochdruckkraftstoff zu dem Common-Rail 6. Das Magnetventil 10 dosiert die in die Zuführpumpe 4 angesaugte Kraftstoffmenge gemäß Anweisungen von einer ECU 9. Hierbei ist zu beachten, dass Abbildungen und Beschreibungen anderer Signalleitungen, die von der ECU 9 im Common-Rail-System ein-/ausgegeben werden, weggelassen werden.
Der dem Common-Rail 6 zugeführte Hochdruckkraftstoff wird auf die mehreren Kraftstoffeinspritzventile 8 (vier im Beispiel von 1) verteilt. Die Kraftstoffeinspritzventile 8 spritzen Kraftstoff in Zylinder der Maschine ein. Jeder Kraftstoff, der nicht stromabwärts der Zuführpumpe 4, des Common-Rail 6 oder des Einspritzventils 8 geführt wird oder nicht durch die Einspritzung verbraucht wird, wird über eine Rückführleitung in den Kraftstofftank 1 zurückgeführt.
2 zeigt eine schematische Konfiguration der Zuführpumpe 4. Das Magnetventil 10 dient als ein Saugventil für Kraftstoff, der aus dem Kraftstofftank 1 über einen Kraftstoffeinlass 91 zugeführt wird. Das heißt, das Magnetventil 10 ist derart konfiguriert, dass dieses ein Ventil (auch als ein Ventilelement bekannt) gemäß Anweisungen von der ECU 9 öffnet und schließt, um eine gewünschte Menge an Kraftstoff zu steuern, die in eine Pumpkammer 92 gesaugt werden soll. Wenn ein Nocken 95 um eine Nockenwelle 94 rotiert, bewegt sich ein Kolben 96 hin und her, um den Kraftstoff in der Pumpkammer 92 zu verdichten, und der daraus resultierende Hochdruckkraftstoff wird unter Druck von einem Abführanschluss 93 zum Common-Rail 6 geführt.
Da hier die Baugröße der Zuführpumpe 4 durch einen Abstand Lp von der Endfläche des Magnetventils 10 zu einer Mittelachse Sc der Nockenwelle 94 bestimmt ist, reduziert sich die Montierbarkeit der Zuführpumpe 4, falls die Größe des Magnetventils 10 groß ist. Um die Betriebssicherheit des Ventils zu gewährleisten, muss jedoch der Gleitabschnitt des Magnetventils 10 auf oder über einem vorbestimmten L/D-Wert (das heißt, die Länge des Gleitabschnitts mit Bezug auf den Durchmesser des Gleitabschnitts) gehalten werden, und die Härte des Gleitabschnitts des Magnetventils 10 muss auf oder über einem vorbestimmten Härtewert gehalten werden. Daher ist es schwierig, die Größe des Magnetventils 10 zu reduzieren.
Andererseits wird, wie in 8 gezeigt ist, bei einem typischen Stator (der einer Magnetkreiskomponente entspricht) ein magnetischer Fluss bzw. Magnetfluss von der Umgebung einer Spule erzeugt, und der entfernt gelegene Abschnitt hat wenig Einfluss auf das Zunahmeansprechen der Magnetkraft, was für das Ventilansprechverhalten wichtig ist. Deshalb sind bei der vorliegenden Ausführung unter Fokussierung auf diese Punkte der Gleitabschnitt und die Feder im Inneren des Stators angeordnet, wodurch die Größe des Magnetventils verringert wird, während das Ansprechbarkeit sichergestellt wird.
[Magnetventil]
Anschließend werden die Struktur und Betriebseffekte des Magnetventils 10 der vorliegenden Ausführungsform für jede Ausführungsform beschrieben. Das Bezugszeichen des Magnetventils jeder Ausführungsform wird durch die Ausführungsformnummer als dritte Ziffer nach der „10“ bezeichnet. Im Folgenden kann der Ausdruck „wenn die Spule bestromt/nicht bestromt wird“ mit Bezug auf den Betrieb des Magnetventils 10 gegebenenfalls als „im bestromten Zustand/nicht bestromten Zustand“ vereinfacht werden.
(Erste Ausführungsform)
Ein Magnetventil 101 der ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 beschrieben. 3 zeigt eine Querschnittsansicht im nicht bestromten Zustand, während 4 eine Querschnittsansicht im bestromten Zustand zeigt. Bei der Beschreibung der Konfiguration des Magnetventils 101 kann im Folgenden der Einfachheit halber die Aufwärtsrichtung in den 3 und 4 als „aufwärts“ bezeichnet werden, und die Abwärtsrichtung in den 3 und 4 kann als „abwärts“ bezeichnet werden. Wenn das Magnetventil 101 tatsächlich montiert ist, stimmt die tatsächliche vertikale Richtung jedoch nicht unbedingt mit der dargestellten vertikalen Richtung überein. 3 und 4 sind schematische Ansichten und spiegeln tatsächliche Dimensionsverhältnisse nicht wider. 5 ist eine expandierte Querschnittsansicht der Peripherie der Führung und des Stabs von 3 im nicht bestromten Zustand.
Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, ist das Magnetventil 101 im Wesentlichen aus einer Solenoideinheit 20, einem Ventil 60 und einem Sitzblock 80 aufgebaut. Die Solenoideinheit 20 umfasst eine Spule 24, einen Innenstator 22, einen Außenstator 21, einen Anker 45, einen Stab 401, eine Führung 301, eine Feder 71 und dergleichen.
Die Spule 24 entspricht einem zylinderförmig gewickelten Leitungsdraht und bildet bei Bestromung ein Magnetfeld. Die Peripherie der Spule 24 ist durch einen Harzabschnitt 25 isoliert. Der Innenstator 22 ist entlang der axialen Richtung von einem oberen Abschnitt der Spule 24 zu einem mittleren Abschnitt der Spule 24 ausgebildet. Zusätzlich ist der Innenstator 22 auf der radial inneren Seite der Spule 24 ausgebildet. Der Innenstator 22 ist Teil eines Magnetkreises. Der Außenstator 21 ist auf der radial äußeren Seite des Innenstators 22 ausgebildet und ist Teil des Magnetkreises. Nachfolgend können die Bezugnahmen auf „radial innere Seite“ oder „radial äußere Seite“ einfach mit „innen“ oder „außen“ abgekürzt werden, wenn der Kontext der radialen Richtung offensichtlich ist.
Der Außenstator 21 umfasst einen ersten Außenstator 211, der über der Spule 24 positioniert ist, einen zweiten Außenstator 212, der außerhalb und unterhalb der Spule 24 positioniert ist, und einen dritten Außenstator 213 unterhalb der Spule 24 und innerhalb des zweiten Außenstators 212. Im Inneren der Spule 24 ist zwischen dem Innenstator 22 und dem dritten Außenstator 213 ein Kragen 23 aus einem nichtmagnetischen Material vorgesehen, um einen Kurzschluss des Magnetkreises zu verhindern. Da die Konfiguration eines solchen magnetkreisbildenden Elements im Wesentlichen gleich der in Patentdokument 1 ( japanisches Patent mit der Nr. 5857878 ) beschriebenen Konfiguration ist, wird auf eine detaillierte Beschreibung davon verzichtet.
Bei der ersten Ausführungsform sind der Anker 45 und der Stab 401 einstückig ausgebildet. Daher bezieht sich „Anker und Stab“ auf eine einzelne Komponente, und ein Abschnitt davon kann als ein „Ankerabschnitt“ interpretiert werden. Auch wenn in dieser Spezifikation der Anker und der Stab hinsichtlich der Gestalt einem integralen Element entsprechen, sind die beiden Abschnitte jedoch funktional unabhängig. Entsprechend wird der Abschnitt mit der Ankerfunktion als der Anker 45 bezeichnet und der Abschnitt mit dem Stabfunktion wird als der Stab 401 bezeichnet. In den folgenden Ausführungsformen sind mit Ausnahme der fünften Ausführungsform Stäbe 401, 403 und 406 in der gleichen Art und Weise einstückig mit dem Anker 45 ausgebildet.
Der Anker 45 und der Stab 401 sind in einer koaxialen zylindrischen Gestalt ausgebildet. Der Anker 45 besitzt einen relativ großen Durchmesser und eine kurze axiale Länge, während der Stab 401 einen kleinen Durchmesser und eine lange bzw. große axiale Länge besitzt. Der Stab 401 umfasst einen Stufenabschnitt 43, der an der unteren Endseite eines zylindrischen Abschnitts 41 als eine Stufengestalt ausgebildet ist. Der Stufenabschnitt 43 besitzt einen Durchmesser, der größer ist als dieser des zylindrischen Abschnitts 41, als eine Stufe. Der Anker 45 ist mit der radial äußeren Seite des Stufenabschnitts 43 des Stabs 401 verbunden, und eine obere Fläche 453 des Stufenabschnitts 43 ist der Endoberfläche des Innenstators 22 zugewandt. Wenn die Spule 24 bestromt bzw. erregt wird, wird die obere Fläche 453 des Stufenabschnitts 43 an den Innenstator 22 angezogen. Gleichzeitig bewegt sich der Stab 401, der einstückig mit dem Anker 45 ausgebildet ist, integral mit dem Anker 45 hin und her.
Der Stab 401 der ersten Ausführungsform umfasst den zylindrischen Abschnitt 41. Im zylindrischen Abschnitt 41 ist ein Führungsloch 42 ausgebildet. Das Führungsloch 42 öffnet sich zur Führung 301 hin. Das Führungsloch 42 der ersten Ausführungsform öffnet sich ebenfalls zum Ventil 60 hin entgegengesetzt zu der Führung 301 und ist entlang der axialen Richtung ausgebildet. Eine obere Endoberfläche 413 des zylindrischen Abschnitts 41 weist zu einem Flanschabschnitt 31 der Führung 301, und eine untere Endoberfläche 416 des zylindrischen Abschnitts 41 weist zu einer oberen Endoberfläche 62 des Ventils 60.
Die Führung 301 ist an einem Aussparungsabschnitt 222 des Innenstators 22 fixiert und führt die Hin- und Herbewegung des Stabs 401. Die Führung 301 der ersten Ausführungsform umfasst einen Flanschabschnitt 31 und einen Schaftabschnitt 32, die koaxial ausgebildet sind. Der Axialrichtungsquerschnitt der Führung 301 ist etwa T-förmig. Eine obere Fläche 315 des Flanschabschnitts 31 steht mit dem Boden des Aussparungsabschnitts 222 in Kontakt. Ein Teil der unteren Fläche des Flanschabschnitts 31 unmittelbar außerhalb des Schaftabschnitts 32 entspricht einem „Kontaktabschnitt 313“.
Der Schaftabschnitt 32 erstreckt sich vom Flanschabschnitt 31 nach unten, das heißt in Richtung zum Ventil 60, und eine Endoberfläche 316 des Schaftabschnitts 32 weist zum mittleren Abschnitt der oberen Endoberfläche 62 des Ventils 60. Bei der Hin- und Herbewegung des Stabs 401 gleitet eine Innenwand 422 des Führungslochs 42 des Stabs 401 gegen eine Außenwand 321 des Schaftabschnitts 32 der Führung 301. Diese Konfiguration hat den Vorteil, dass die Einfachheit der Herstellung, das heißt die Herstellbarkeit, verbessert wird. Ferner wird der für den Stab 401 zugelassene Bewegungsbetrag durch eine obere Endoberfläche 413 des zylindrischen Abschnitts 41 des Stabs 401, die mit dem Kontaktteil 313 der Führung 301 zusammenstößt, reguliert.
Die Führung 301 weist eine höhere Härte als der Innenstator 22 auf. Die Führung 301 ist beispielsweise vorzugsweise aus martensitischem Edelstahl oder Lagerstahl mit einer Rockwell-C-Skala-Härte HRc von vorzugsweise 50 oder mehr hergestellt. Folglich kann die Zuverlässigkeit der Gleit- und Kontaktabschnitte verbessert werden.
Die Feder 71 ist ein zylindrisches, elastisches Element, und ist typischerweise eine Schraubenfeder. Die Feder 71 ist um den zylindrischen Abschnitt 41 der Führung 301 herum eingesetzt und ist zwischen dem Flanschabschnitt 31 der Führung 301 und dem Stufenabschnitt 43 des Stabs 401 aufgenommen. Die Feder 71 spannt den Anker 45 in einer Richtung weg vom Innenstator 22 vor.
Wie vorstehend beschrieben ist, sind in dem im Innenstator 22 ausgebildeten Aussparungsabschnitt 222 der Schaftabschnitt 32 der Führung 301, der zylindrische Abschnitt 41 des Stabs 401 und die Feder 71 in dieser Reihenfolge von radial innen nach außen angeordnet. Mit anderen Worten, in dem im Innenstator 22 ausgebildeten Aussparungsabschnitt 222 sind die Gleitabschnitte zwischen dem Stab 401 und der Führung 301 und die Feder 71 parallel zueinander angeordnet, während diese in der axialen Richtung überlappen.
Die Umfangsabschnitte der oberen Endoberfläche 62 des Ventils 60 weisen zu der unteren Endoberfläche 416 des Stabs 401 bzw. liegen dieser gegenüber. An der unteren Endseite ist ein Dichtungsabschnitt 64 des Ventils 60 vorgesehen, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser mit einer Sitzfläche 84 in Anlage kommt. An einer Außenwand 61 des Ventils 60 ist ein Federhalter 65 fixiert. Zwischen dem Federhalter 65 und dem Sitzblock 80 ist eine Ventilfeder 72 angeordnet. Die Ventilfeder 72 spannt das Ventil 60 nach oben, das heißt in Richtung hin zu dem Stab 401, vor.
Der Sitzblock 80 umfasst ein Ventilführungsloch 81, einen Kraftstoffdurchlass 82, welcher als „Flüssigkeitsdurchlass“ dient, eine Öffnung 83, die Sitzfläche 84 und dergleichen. Die Außenwand 61 des Ventils 60 gleitet gegen das Ventilführungsloch 81. Somit führt das Ventilführungsloch 81 die Hin- und Herbewegung des Ventils 60. Der Kraftstoffdurchlass 82 steht mit dem Kraftstoffeinlass 91 von 2 in Verbindung und ermöglicht das Einströmen von Kraftstoff, der aus dem Kraftstofftank zugeführt wird.
Wenn das Ventil 60 offen ist, wird Kraftstoff durch den Spalt zwischen der um die Öffnung 83 ausgebildeten Sitzfläche 84 und dem Dichtungsabschnitt 64 des Ventils 60 aus dem Kraftstoffdurchlass 82 in die Pumpkammer 92 von 2 gesaugt. Wenn das Ventil 60 geschlossen ist, kommt der Dichtungsabschnitt 64 mit der Sitzfläche 84 in Kontakt, und der Einlass von Kraftstoff wird gestoppt. Durch die Steuerung des Öffnens und Schließens des Ventils 60 auf diese Art und Weise wird die in die Pumpkammer 92 gesaugte Kraftstoffmenge dosiert.
Als nächstes wird der Betrieb des Magnetventils 101 beschrieben. Wenn die Spule 24 ausgehend von dem in 3 gezeigten Zustand bestromt wird, wird ein Magnetfluss erzeugt, der den Magnetkreis durchläuft, wie durch den Pfeil in 4 gezeigt ist. Dadurch wird zwischen dem Innenstator 22 und der oberen Fläche 453 des Stufenabschnitts 43 eine Magnetkraft F erzeugt, die durch den Blockpfeil „F“ angegeben ist. Wenn die Summe aus der Magnetkraft F und der Vorspannkraft der Ventilfeder 72 die Vorspannkraft der Feder 71 übersteigt, bewegt sich der mit dem Anker 45 einstückig ausgebildete Stab 401 nach oben, während dieser gegen die Führung 301 gleitet. Beim Anheben des Stabs 401 wird das Ventil 60 durch die Vorspannkraft der Ventilfeder 72 angehoben und geschlossen. Hierbei wird der zulässige Bewegungsbetrag durch das Auftreffen der oberen Endoberfläche 413 des Stabs 401 auf den Kontaktabschnitt 313 der Führung 301 reguliert.
Wenn die Bestromung der Spule 24 ausgehend von dem Zustand von 4 abgeschaltet wird und die Magnetkraft F unter die Vorspannkraft der Feder 71 fällt, bewegt sich der mit dem Anker 45 einstückig ausgebildete Stab 401 nach unten, während dieser gegen die Führung 301 gleitet. Wenn die untere Endoberfläche 416 des Stabs 401 mit der oberen Endoberfläche 62 des Ventils 60 in Kontakt kommt, bewegt sich das Ventil 60 zusammen mit dem Stab 401 nach unten und öffnet sich, wobei dieses in den in 3 gezeigten Zustand zurückkehrt. Auf diese Art und Weise arbeitet das Ventil 60, indem dieses den Bewegungen des Stabs 401 folgt, um den Kraftstoffdurchlass 82 zu öffnen und zu schließen.
Es ist anzumerken, dass bei einer großen Kontaktfläche zwischen der oberen Endoberfläche 413 des Stabs 401 und dem Kontaktabschnitt 313 während der Bestromung eine Möglichkeit besteht, dass Ringing aufgrund von Haftkräften auftreten kann, wenn die Bestromung gestoppt wird und sich diese Flächen voneinander trennen. Daher sind, wie in 6A gezeigt ist, beispielsweise Entlastungsnuten 414 vorzugsweise auf der oberen Endoberfläche 413 des zylindrischen Abschnitts 41 des Stabs 401 ausgebildet. Alternativ können, wie in 6B gezeigt ist, Entlastungsnuten 314 bei dem Kontaktabschnitt 313 der Führung 301 ausgebildet sein. Mit anderen Worten, während die Entlastungsnuten 314 auf der gleichen Höhe wie die untere Oberfläche des Flanschabschnitts 31 ausgebildet sein können, kann der Kontaktabschnitt 313 etwas höher, das heißt in einer vorstehenden Gestalt, ausgebildet sein. Als eine weitere Alternative können die beiden Entlastungsnuten 314 und 414 in den 6A und 6B ausgebildet sein.
Wie vorstehend beschrieben ist, sind die Entlastungsnuten 314 und 414 in der oberen Endoberfläche 413 des zylindrischen Abschnitts 41 des Stabs 401 und/oder dem Kontaktabschnitt 313 der Führung 301 ausgebildet, wodurch die Ringing-Kraft reduziert werden kann. Es ist zu beachten, dass die Entlastungsnuten 314 und 414 nicht auf die vier abgebildeten Positionen beschränkt sind, solange eine oder mehrere solcher Nuten ausgebildet sind. Ferner kann der gleiche Effekt nicht nur durch Radialnuten, sondern auch durch Ringnuten oder mehrere verteilte Aussparungen erzielt werden.
Als nächstes wird der Effekt der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 7 und 8 beschrieben. 7 zeigt den Unterschied in der Baugröße zwischen einem Magnetventil 109 eines Vergleichsbeispiels und dem Magnetventil 101 der ersten Ausführungsform. Für das Magnetventil 109 des Vergleichsbeispiels werden Elemente, die im Wesentlichen gleich diesen des Magnetventils 101 sind, mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibung davon entfällt.
Das Magnetventil 109 des Vergleichsbeispiels entspricht dem Stand der Technik von Patentdokument 1, bei dem zwischen einem Außenstator 21 und einem Sitzblock 80 ein Führungsblock 88 mit einem Führungsloch 89 vorgesehen ist. In das Führungsloch 89 ist ein an einem Anker 59 fixierter Stab 69 eingesetzt, und die Innenwand des Führungslochs 89 und die Außenwand des Stabs 69 gleiten gegeneinander. Im Inneren des Innenstators 22 ist ein kernseitiger Anschlag 309 vorgesehen, der den Bewegungsbetrag des Stabs 69 beschränkt und gleichzeitig ein Ende der Feder 71 aufnimmt. Die Feder 71 spannt den Anker 59 in einer Richtung von dem Innenstator 22 weg vor.
Da bei der Konfiguration des Magnetventils 109 des Vergleichsbeispiels die Gleitabschnitte des Stabs 69 und das Führungsloch 89 nicht im Inneren des Innenstators 22 angeordnet sind und sich in der axialen Richtung an einer anderen Position als die Feder 71 befinden, ist die Baugröße der Vorrichtung in der axialen Richtung vergrößert. Im Gegensatz dazu sind gemäß dem Magnetventil 101 der ersten Ausführungsform in der im Innenstator 22 ausgebildeten Aussparung 222 die Gleitabschnitte zwischen dem Stab 401 und der Führung 301 und die Feder 71 parallel zueinander angeordnet, während diese in der axialen Richtung überlappen. Im Gegensatz zum Magnetventil 109 des Vergleichsbeispiels kann daher auf den Führungsblock 88 verzichtet werden und die Größe der gesamten Vorrichtung um die Länge des Führungsblocks 88 in der axialen Richtung reduziert werden.
8 zeigt den Einfluss des Magnetflusses im Magnetventil 109 des Vergleichsbeispiels. In dem axialen Querschnitt der Spule 24 durchläuft der Magnetfluss einen Magnetkreis, der den Außenstator 21, den Innenstator 22, den Anker 45 und dergleichen umfasst. Eine dicke Linie gibt eine relativ starke Magnetfeldlinie an und eine dünne Linie gibt eine relativ schwache Magnetfeldlinie an. Da der Einfluss des Magnetflusses auf der radial inneren Seite des Magnetkreises gering ist, kann, wie gezeigt ist, die Baugröße reduziert werden, während ein Ansprechverhalten sichergestellt wird, indem der Stab 401, die Führung 301 und die Feder 71 zusammen im Inneren des Innenstators 22 angeordnet werden.
(Zweite Ausführungsform)
Da der Betrieb des Magnetventils in der zweiten und den folgenden Ausführungsformen im Wesentlichen gleich ist wie in der ersten Ausführungsform, ist lediglich die Querschnittsansicht im nicht bestromten Zustand gezeigt, und die Querschnittsansicht während der Bestromung ist weggelassen. In den zweiten bis vierten Ausführungsformen wird der Unterschied zur ersten Ausführungsform durch eine expandierte Querschnittsansicht entsprechend 5 der ersten Ausführungsform gezeigt.
Ein Magnetventil 102 einer zweiten Ausführungsform ist in 9, 10A und 10B gezeigt. Das Magnetventil 102 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Magnetventil 101 der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Konfiguration der Führung 302. Die Führung 302 umfasst ein axiales Kommunikationsloch 322, das durch die Mitte des Schaftabschnitts 32 verläuft, und ein radiales Kommunikationsloch 323, das in der Führung 302 an einer Position ausgebildet ist, die im stromlosen Zustand näher am Flanschabschnitt 31 liegt als die obere Endoberfläche 413 des Stabs 401. Außerdem verbindet das radiale Kommunikationsloch 323 die Außenwand 321 des Wellenabschnitts 32 mit dem axialen Kommunikationsloch 322. Es ist zu beachten, dass zwar vier radiale Kommunikationslöcher 323 dargestellt sind, dies jedoch nicht beschränkend ist, solange eines oder mehrere solcher radialen Kommunikationslöcher 323 ausgebildet sind.
Im Folgenden wird der Abschnitt des Führungslochs 42 zwischen der Endoberfläche 316 des Schaftabschnitts 32 der Führung 302 und der oberen Endoberfläche 62 des Ventils 60 als eine „Zwischenkammer 44“ bezeichnet. Das axiale Kommunikationsloch 322 und das radiale Kommunikationsloch 323 fungieren als ein „Kommunikationspfad“, der die Zwischenkammer 44 mit der Aussparung 222 des Innenstators 22 verbindet. Zusätzlich ist in dem Stab 401 am Kontaktabschnitt zwischen der unteren Endoberfläche 416 des Stabs 401 und der oberen Endoberfläche 62 des Ventils 60 eine Kerbe 417 ausgebildet. Die Kerbe 417 verbindet die Zwischenkammer 44 mit dem radial äußeren Raum 66 des Ventils 60, so dass Kraftstoff wie durch den gestrichelten Pfeil gezeigt strömt. Es ist zu beachten, dass der Stab unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen der Kerbe 417 mit dem Bezugszeichen „401“ bezeichnet wird.
Bei dieser Konfiguration strömt in der zweiten Ausführungsform, wenn der Anker 45 während der Bestromung angezogen wird und sich das Volumen des Kraftstoffspeicherraums ändert, Kraftstoff durch die Zwischenkammer 44. Folglich wird die Erzeugung eines Betriebswiderstands durch eine Verdichtung und Expansion des Kraftstoffs verhindert und die Füll- und Austauschleistung des Kraftstoffs werden verbessert.
(Modifikation der zweiten Ausführungsform)
Ein Magnetventil 102m gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform, die in 11 gezeigt ist, besitzt anstelle der Kerbe 417 an dem Stab 401 eine Kerbe 627, die an der oberen Endoberfläche 62 des Ventils 60 ausgebildet ist. Die Kerbe 627 ist insbesondere an dem Kontaktabschnitt zwischen der unteren Endoberfläche 416 des Stabs 401 und der oberen Endoberfläche 62 des Ventils 60 ausgebildet. Die Kerbe 627 verbindet die Zwischenkammer 44 mit dem Raum 66 auf der radial äußeren Seite des Ventils 60, und Kraftstoff strömt, wie durch den gestrichelten Pfeil angegeben. Es ist anzumerken, dass das Ventil unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen der Kerbe 627 mit dem Bezugszeichen „60“ bezeichnet wird. Ferner können sowohl die Kerbe 417 auf dem Stab 401 als auch die Kerbe 627 auf dem Ventil 60 ausgebildet sein.
[Dritte und vierte Ausführungsform]
In der dritten und vierten Ausführungsform wird durch unterschiedliche Konfigurationen der gleiche Effekt zum Verbessern der Kraftstofffüll- und Austauscheigenschaft wie in der zweiten Ausführungsform realisiert. Das Magnetventil 103 der in 12 gezeigten dritten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Magnetventil 101 der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Konfiguration des Stabs 403. Wie in 14A gezeigt ist, sind in der Innenwand 422 des Führungslochs 42 des Stabs 403 mehrere Axialnuten 423 ausgebildet. Das Magnetventil 104 der in 13 gezeigten vierten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Magnetventil 101 der ersten Ausführungsform in der Konfiguration der Führung 304. Wie in 14B gezeigt ist, sind an der Außenwand 321 des Schaftabschnitts 32 der Führung 304 mehrere Axialnuten 324 ausgebildet.
Die dritte und vierte Ausführungsform sind insofern ähnlich, als dass die Nut 423 und die Nut 324 als ein „Kommunikationspfad“ dienen, der die Zwischenkammer 44 mit der Aussparung 222 des Innenstators 22 verbindet. Ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform sind in der unteren Endoberfläche 416 der Stäbe 403 und 401 oder der oberen Endoberfläche 62 des Ventils 60 Kerben 417, 627 ausgebildet. Die Anzahl der Nuten ist nicht auf die vier in den 14A und 14B dargestellten Nuten beschränkt, solange eine oder mehrere Nuten vorgesehen sind. Ferner können durch Kombinieren der dritten und vierten Ausführungsform die Nuten 423 und 324 sowohl an der Innenwand 422 des Führungslochs 42 des Stabs 403 als auch an der Außenwand 321 des Schaftabschnitts 32 der Führung 304 ausgebildet sein.
(Fünfte Ausführungsform)
Bei dem Magnetventil 105 der fünften Ausführungsform, wie in 15 gezeigt, ist im Gegensatz zum Magnetventil 101 der ersten Ausführungsform ein Stab 405 getrennt vom Anker 45 ausgebildet und durch Presspassen, Schweißen oder dergleichen am Anker 55 fixiert. Der Stab 405 weist eine höhere Härte als der Anker 55 auf. Dadurch verbessert sich die Zuverlässigkeit bzw. Beständigkeit der Innenwand 422, die einem Gleitteil des Stabs 405 entspricht, und der oberen Endoberfläche 413, die einem Kollisionsteil entspricht. Wenn der Stab 405 durch Schneiden hergestellt wird, ist die Materialausbeute im Vergleich zum Stab 401 mit integriertem Anker verbessert. Gleichermaßen können bei den zweiten bis vierten und der sechsten nachstehend beschriebenen Ausführungsform der Anker und der Stab auch separat ausgebildet sein.
(Sechste Ausführungsform)
Bei einem Magnetventil 106 der sechsten Ausführungsform, wie in 16 gezeigt, ist die Stift/Aufnahme (EN: male/female)-Kopplungsbeziehung zwischen der Führung 306 und dem Stab 406 gegenüber dem Magnetventil 101 der ersten Ausführungsform umgekehrt. Insbesondere umfasst die Führung 306 einen zylindrischen Abschnitt 36, der mit einem Führungsloch 37 ausgebildet ist, das sich zum Stab 406 hin öffnet, und der Stab 406 umfasst einen Schaftabschnitt 46, der in das Führungsloch 37 der Führung 306 passt. Beim An-/Abschalten der Bestromung gleiten die Innenwand 372 des Führungslochs 37 der Führung 306 und die Außenwand 461 des Schaftabschnitts 46 des Stabs 406 gegeneinander. Ferner ist die Feder 71 um den zylindrischen Abschnitt 36 der Führung 306 angeordnet.
Die untere Endoberfläche 366 des zylindrischen Abschnitts 36 der Führung 306 entspricht einem „Kontaktabschnitt“. Mit anderen Worten, wenn der Anker 45 durch Bestromung angezogen wird, wird die untere Endoberfläche 366 des zylindrischen Abschnitts 36 der Führung 306 mit der Endoberfläche 433 des Stufenabschnitts 43, der an der Basis des Schaftabschnitts 46 des Stabs 406 ausgebildet ist, in Kontakt gebracht, wodurch der zulässige Bewegungsbetrag des Stabs 406 reguliert wird. Zusätzlich kann eine geschlossene Oberfläche 373 des Führungslochs 37 der Führung 306 als ein Kontaktabschnitt dienen, um mit der oberen Endoberfläche 463 des zylindrischen Abschnitts 36 der Führung 306 in Kontakt zu kommen.
Im Vergleich zur ersten Ausführungsform ist in der sechsten Ausführungsform kein Führungsloch in dem Stab 406 ausgebildet, wodurch eine größere Kontaktfläche zwischen der oberen Endoberfläche 62 des Ventils 60 und der unteren Endoberfläche 416 des Stabs 406 gewährleistet wird. Dadurch kann die Flächenpressung des Kontaktabschnitts reduziert werden. Ferner ist es möglich, durch Anwendung der Ideen der zweiten bis vierten Ausführungsformen auf die sechste Ausführungsform, ein radiales Kommunikationsloch im oberen Abschnitt des zylindrischen Abschnitts 36 der Führung 306 auszubilden oder eine Axialnut in der Innenwand des Führungslochs 37 der Führung 306 oder der Außenwand 461 des Schaftabschnitts 46 des Stabs 406 auszubilden. Dadurch kann mit der Konfiguration der sechsten Ausführungsform die Kraftstofffüll- und Austauscheigenschaft verbessert werden.
(Weitere Ausführungsformen)

(A) In der ersten Ausführungsform wird beispielsweise, wenn während der Bestromung der Anker 45 angezogen wird und der Stab 401 angehoben wird, das Ventil 60 durch die Vorspannkraft der Ventilfeder 72 angehoben und geschlossen. Ferner wird beim Abschalten der Bestromung das Ventil durch die Vorspannkraft der Feder 71 zusammen mit dem Stab 401 abgesenkt und geöffnet. Das heißt, das Ventil 60 arbeitet, indem dieses den Bewegungen des Stabs 401 folgt. Alternativ kann das Ventil in einer anderen Ausführungsform mit dem Anker einstückig ausgebildet sein und direkt durch die Magnetkraft und die Federvorspannkraft betätigt werden.
(B) Die „Feder“ in der vorliegenden Erfindung umfasst nicht nur Schraubenfedern, sondern im Allgemeinen auch zylindrische, elastische Elemente. Mit anderen Worten, jedes zylindrische, elastische Element, das um den zylindrischen Abschnitt 41 der Stäbe 401, 403 und 405 oder den zylindrischen Abschnitt 36 der Führung 306 positioniert werden und eine Vorspannkraft erzeugen könnte, kann als eine „Feder“ interpretiert werden.
(C) Das Magnetventil der vorliegenden Erfindung ist nicht auf ein Einlassventil beschränkt, welches einen Kraftstoffdurchlass in einer Zuführpumpe eines Common-Rail-Systems öffnet und schließt, und kann im Allgemeinen als irgendein Magnetventil verwendet werden, welches einen Flüssigkeitsdurchlass öffnet und schließt. Begriffe wie „Kraftstofffülleigenschaft“ in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform können geeignet verallgemeinert und als „Flüssigkeitsfülleigenschaft“ oder dergleichen interpretiert werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann mit verschiedenen Modifikationen implementiert werden, ohne von dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5857878 B [0004]
WO 2017/198380 A [0004]
JP 5857878 [0023]

Claims

Magnetventil, aufweisend: eine Spule (24); einen Innenstator (22), der radial innerhalb der Spule ausgebildet ist, wobei der Innenstator Teil eines Magnetkreises ist; einen Außenstator (21), der radial außerhalb des Innenstators ausgebildet ist, wobei der Außenstator Teil des Magnetkreises ist; einen Anker (45, 55), der zu dem Innenstator hin angezogen wird, wenn die Spule bestromt ist; eine Feder (71), welche den Anker in einer Richtung vom Innenstator weg vorspannt; einen Stab (401, 403, 405, 406), der an dem Anker fixiert oder einstückig mit dem Anker ausgebildet ist, wobei der Stab derart konfiguriert ist, dass sich dieser integral mit dem Anker hin und her bewegt; eine Führung (301, 302, 304, 306), welche die Hin- und Herbewegung des Stabs führt; und ein Ventil (60), welches durch Folgen des Stabs arbeitet, um einen Flüssigkeitsdurchlass (82) zu öffnen und zu schließen; wobei die Feder und Gleitabschnitte zwischen dem Stab und der Führung innerhalb eines im Innenstator ausgebildeten Aussparungsabschnitts (222) und parallel zueinander angeordnet sind, während diese in der axialen Richtung überlappen.
Magnetventil nach Anspruch 1, wobei die Führung einen Kontaktabschnitt (313, 366, 373) umfasst, der mit dem Stab in Kontakt kommt, wenn der Anker durch die Bestromung der Spule angezogen wird, um einen Bewegungsbetrag des Stabs zu regulieren.
Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Führung eine höhere Härte als der Innenstator aufweist.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Anker (45) und der Stab (401, 403, 406) einstückig ausgebildet sind.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Stab (405) separat zu dem Anker (55) ausgebildet und an dem Anker fixiert ist, und der Stab eine höhere Härte als der Anker aufweist.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Führungsloch (42) in dem Stab (401, 403, 405) ausgebildet ist und sich hin zu der Führung (301, 302, 304) öffnet, und eine Innenwand (422) des Führungslochs derart konfiguriert ist, dass diese gegen eine Außenwand (321) eines Schaftabschnitts (32) der Führung gleitet.
Magnetventil nach Anspruch 6, wobei eine obere Endoberfläche (62) des Ventils, die dem Stab zugewandt ist, gegen eine untere Endoberfläche (416) des Stabs, die dem Ventil zugewandt ist, stößt, wenn die Spule nicht bestromt ist, eine Zwischenkammer (44) als ein Abschnitt des Führungslochs zwischen einer Endoberfläche (316) des Schaftabschnitts der Führung und der oberen Endoberfläche (62) des Ventils definiert ist, ein Kommunikationspfad (322, 323, 324, 423), welcher die Zwischenkammer mit dem Aussparungsabschnitt des Innenstators verbindet, in dem Stab (403) und/oder der Führung (302, 304) ausgebildet ist, und eine Kerbe (417, 627), welche die Zwischenkammer mit einem radial äußeren Raum (66) des Ventils verbindet, an einem Kontaktabschnitt zwischen der unteren Endoberfläche des Stabs und der oberen Endoberfläche des Ventils ausgebildet ist, wobei die Kerbe an dem Stab und/oder dem Ventil ausgebildet ist.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Führung (306) mit einem Führungsloch (37) ausgebildet ist, das sich hin zu dem Stab (406) öffnet, und eine Innenwand (372) des Führungslochs derart konfiguriert ist, dass diese gegen eine Außenwand (461) eines Schaftabschnitts (46) des Stabs gleitet.