EP1306545A2 - Magnetventil zur Steuerung eines Einspritzventils - Google Patents

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EP1306545A2
EP1306545A2 EP02022596A EP02022596A EP1306545A2 EP 1306545 A2 EP1306545 A2 EP 1306545A2 EP 02022596 A EP02022596 A EP 02022596A EP 02022596 A EP02022596 A EP 02022596A EP 1306545 A2 EP1306545 A2 EP 1306545A2
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bore
section
valve
solenoid valve
sections
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Tibor Bauer
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F02M63/0043—Two-way valves

Definitions

  • the invention relates to a solenoid valve for Control of an injection valve according to the preamble of Main claim.
  • Such solenoid valves are used for Control of an injector Fuel injection device with a valve needle, the Opening and closing position by the solenoid valve are controllable.
  • the solenoid valve has a valve ball, which at Current supply to the solenoid group of the solenoid valve takes off and opens a valve seat.
  • This valve seat is above a Bore in fluid communication with the control pressure chamber of the Injector.
  • Opening the valve seat builds the pressure in the pressure chamber of the injection valve decreases, whereby Fluid (pressure medium) through the bore towards the valve seat and flows further into a relief room. As a result it to open the valve needle or open the injector.
  • the common rail injector works according to this known method of operation (CRI), one main and one Pre-injection realized with very short injection times can be.
  • CRI common rail injector
  • Such a solenoid valve is known for example from DE 196 50 865 A1.
  • the solenoid valve according to the invention has the main claim a bore that is at least partially one or more in the direction of the valve seat continuously in cross section includes widening sections. This will sharp-edged transitions within the bore, in particular in the transition area from the A throttle to the diffuser bore, avoided.
  • a conical geometry of the itself is favorable spreading section.
  • Valve seat preceding bore several, in particular conically widening towards the valve seat Sections on.
  • the conical adjoining the cylindrical bores Sections prevent one, as already mentioned Stall and thus the cause of the formation of Cavitation bubbles.
  • the opening angle of the valve seat take successive conical sections suitably too, so that a gradual transition to the opening angle of the valve seat can take place. This causes an extremely favorable flow pattern.
  • the continuously widening in cross section Sections can be done in a simple mechanical way generated that the transition between the holes, like A throttle and diffuser bore, is rounded in each case. This makes the existing sharp edge of a Transition already processed in the production so that an optimal flow channel can be created.
  • FIG. 1 is the previous version of a valve piece 1 of a solenoid valve for controlling an injection valve shown.
  • the bore 2 leads to the control pressure chamber of the Injector and stands over another throttle bore with the valve seat 4 of the relief chamber 3 of the Solenoid valve in fluid connection.
  • the throttle bore is from the so-called A-choke 6 and the following Diffuser bore 5 formed, at the transition point an abrupt one between the cylindrical bores Cross-sectional change occurs.
  • valve ball When the solenoid valve is energized, one does not lift shown valve ball in the relief chamber 3 from Valve seat 4, which causes the pressure in the valve chamber Towards the valve ball by using a pressure medium, mostly fuel under high pressure, from hole 2 over the throttle bore flows into the relief chamber 3. The this causes pressure drop in the bore 2 itself upstream control pressure chamber leads to that the valve needle of the injection valve opens and Fuel is injected under high pressure.
  • a pressure medium mostly fuel under high pressure
  • FIG. 2 shows an embodiment of the invention Solenoid valve in the area of the valve seat 4. Same parts from Figure 1 are in Figure 2 with the same reference numerals Mistake.
  • a section 7 is involved continuously expanding cross section in the Throttle bore between the one leading to the control pressure chamber Bore 2 and the relief chamber 3 are provided.
  • the exemplary embodiment is section 7 by a method for rounding the hole transition between A throttle 6 and diffuser bore 5 made.
  • both the A throttle 6 and the diffuser bore 5 in comparison significantly shortened to the known embodiment according to FIG. 1.
  • FIG. 3 Another embodiment of the invention 3 shows the solenoid valve in the area of the valve seat 4.
  • this embodiment follows the Control pressure chamber of injector leading bore 2 again the so-called A-choke 6 as cylindrical Bore with a significantly reduced cross section.
  • a first conical section 9 follows according to the invention Opening angle ⁇ .
  • the diffuser bore 10 is also in this embodiment of a conically widening cross section Section 11 followed, which opens into valve seat 4.
  • the conical section 11 has an opening angle ⁇ .
  • the opening angle ⁇ is too 50 °, the angle ⁇ selected to 60 °. Overall this will the opening angle of the flow channel successively expanded to then pass into the valve seat. By this measure can make the flow course extremely favorable to be influenced.
  • the combination with the strong shortened diffuser bore 10 avoids too strong Pressure increases, the cavitation bubbles that may be present could implode.
  • the complete contour of the Flow channel of the bore 8 is schematic in Fig. 3 shown and designated by reference numeral 12.
  • the present invention is in any Bore cross-sections can be used, of course also more than two widening in cross section Sections within the bore 8 may be appropriate. In practice it has been shown that the one shown in FIG Is sufficient to prevent the occurrence of To prevent cavitation damage and thus the Functional reliability, in particular of common rail injectors to increase.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetventil zur Steuerung eines Einspritzventils einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einer Ventilnadel, deren Öffnungs- und Schließstellung durch das Magnetventil steuerbar sind. Das Magnetventil weist eine Ventilkugel auf, die auf einem Ventilsitz (4) aufliegt und bei Bestromung des Magnetventils vom Ventilsitz (4) abhebt. Der Ventilsitz (4) steht über eine Bohrung (8) mit dem Einspritzventil in Fluidverbindung, wobei bei einem Abheben der Ventilkugel vom Ventilsitz (4) ein Druckmedium wie Kraftstoff unter Hochdruck über die Bohrung (8) in einen Entlastungsraum (3) des Magnetventils fließt. Dies führt im weiteren Verlauf zum Öffnen des Injektors. Um das Ausbilden von Kavitationsblasen und die hierdurch hervorgerufene Schäden zu verhindern, wird vorgeschlagen, daß die Bohrung (8) zumindest zum Teil einen oder mehrere in Richtung Ventilsitz (4) sich kontinuierlich im Querschnitt verbreiternde Abschnitte (7; 9, 11) aufweist. Einem Strömungsabriß aufgrund scharfer Übergangskanten, der Kavitationsblasen verursachen kann, wird auf diese Weise entgegengewirkt. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetventil zur Steuerung eines Einspritzventils gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs. Derartige Magnetventile dienen zur Steuerung eines Einspritzventils einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einer Ventilnadel, deren Öffnungs- und Schließstellung durch das Magnetventil steuerbar sind.
Das Magnetventil weist eine Ventilkugel auf, die bei Bestromung der Magnetgruppe des Magnetventils abhebt und einen Ventilsitz öffnet. Dieser Ventilsitz steht über eine Bohrung in Fluidverbindung mit dem Steuerdruckraum des Einspritzventils. Bei einem Öffnen des Ventilsitzes baut sich der Druck im Druckraum des Einspritzventils ab, wobei Fluid (Druckmedium) über die Bohrung in Richtung Ventilsitz und weiter in einen Entlastungsraum strömt. In Folge kommt es zum Öffnen der Ventilnadel bzw. Öffnen des Injektors.
Nach dieser bekannten Arbeitsweise arbeitet der Common-Rail-Injektor (CRI), wobei eine Haupt- und eine Voreinspritzung bei sehr kurzen Einspritzzeiten realisiert werden können. Ein derartiges Magnetventil ist beispielsweise aus der DE 196 50 865 A1 bekannt.
Es hat sich gezeigt, daß am Ventilsitz des Ventilstücks bei Testläufen z.T. massive Schäden auftreten können, die durch Kavitation verursacht sind. Die im Ventilstück verlaufende Bohrung besteht zunächst aus einer sogenannten zylindrischen A-Drossel, die sich über eine Vorbohrung an den Steuerdruckraum des Einspritzventils anschließt, und aus der darauffolgenden zylindrischen Diffusorbohrung, die zum Ventilsitz führt. Die Kavitationsschäden treten im Bereich des abrupten Übergangs Diffusorbohrung/Ventilsitz auf. Durch diese Schädigungen kommt es zu einem "Unterspülen" der Sitzkante. Mit zunehmendem Schädigungsgrad kommt es zum Ausbrechen dieser Kante und damit zum Totalausfall des Injektors. Damit verbunden ist das Liegenbleiben des Fahrzeugs. Um das beschriebene Problem zu lösen, muß die Bildung der Kavitationsblasen vermindert und der Ort der Implosion etwaiger verbleibender Blasen an eine Stelle verlagert werden, an der diese keinen Einfluß mehr auf die korrekte Injektor-Funktion haben.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Magnetventil gemäß Hauptanspruch weist eine Bohrung auf, die zumindest zum Teil einen oder mehrere in Richtung Ventilsitz sich kontinuierlich im Querschnitt verbreiternde Abschnitte beinhaltet. Hierdurch werden scharfkantige Übergänge innerhalb der Bohrung, insbesondere im Übergangsbereich von A-Drossel zur Diffusorbohrung, vermieden. Günstig ist eine konische Geometrie des sich verbreitenden Abschnitts.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß beim Durchströmen des Fluids (Druckmedium) durch die sogenannte A-Drossel an der stromabwärts befindlichen, fertigungstechnisch bedingten, scharfkantigen Austrittskante zur Diffusorbohrung ein starker Strömungsabriß erfolgt. Dort können sich dann Totwasser- und Rezirkulationsgebiete ausbilden. Diese führen unter Umständen zu Schwankungen in der Reproduzierbarkeit der durchströmenden Menge des Fluids sowie zur Bildung von Unterdruckzonen und Kavitationsblasen.
Im weiteren Verlauf der Bohrung legt sich die Strömung wieder an die Bohrungswandung an. Kurz vor der im weiteren Verlauf stromabwärts folgenden Drosselstelle am Ventilsitz steigt der Druck im Medium wieder an und die im Flüssigkeitsstrom schwimmenden Kavitationsblasen implodieren und rufen, sofern dies an der Wand des Strömungskanals geschieht, die genannten Kavitationsschäden hervor.
Durch die erfindungsgemäß ausgestaltete Bohrung des Magnetventils wird die Strömungsgeometrie im Ventilstück derart geändert, daß ein nahezu turbulenzfreier Übergang des Mediums von der A-Drossel zum Ventilsitz ohne die beschriebenen negativen Auswirkungen erreicht werden kann.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Übergang von der A-Drossel zur Diffusorbohrung mit kontinuierlich sich erweiternden Querschnitt ausgebildet wird, so daß die Bohrung insgesamt aus drei ineinander übergehenden Abschnitten besteht. Es kann durch diese Maßnahme ein Abreißen der Strömung an der bisher vorhandenen scharfkantigen Austrittskante verhindert werden.
Es hat sich weiterhin gezeigt, daß es vorteilhaft ist, wenn die Bohrung in drei Abschnitte, nämlich A-Drossel und Diffusorbohrung anschließend den im Querschnitt verbreiternden Abschnitt und die Diffusorbohrung, unterteilt wird, wobei A-Drossel und Diffusorbohrung im wesentlichen die gleiche Länge aufweisen. Bei bisherigen Ausgestaltungen schließt sich die A-Drossel unmittelbar an die Diffusorbohrung an, wobei letztere eine größere Länge als erstere aufweist. In der vorliegenden Ausgestaltung können sowohl die A-Drossel als auch die Diffusorbohrung deutlich verkürzt werden, wodurch der Druck insbesondere in der Diffusorbohrung erniedrigt wird. Zusammen mit dem im Querschnitt sich kontinuierlich verbreiternden beispielsweise konischen Übergangsbereich zwischen A-Drossel und Diffusorbohrung erhält man eine optimale Form des Strömungskanals, in dem keine Kavitationsblasen ausgebildet oder Implosionen dieser Blasen beobachtet werden.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung weist die dem Ventilsitz vorangehende Bohrung mehrere, insbesondere konisch sich in Richtung Ventilsitz verbreiternde Abschnitte auf. Einen guten Strömungsverlauf kann man erhalten, wenn den beiden zylindrischen Bohrungen, nämlich A-Drossel und Diffusorbohrung, jeweils ein konisch ausgebildeter Abschnitt folgt. Hierdurch kann insbesondere die Länge der (zylindrischen) Diffusorbohrung herabgesetzt werden, so dass der Druckanstieg innerhalb der Diffusorbohrung nicht mehr ausreicht, um etwaige entstandene Kavitationsblasen implodieren zu lassen. Die sich den zylindrischen Bohrungen anschließenden konischen Abschnitte verhindern, wie bereits erwähnt, einen Strömungsabriß und damit die Ursache der Ausbildung von Kavitationsblasen.
Die Öffnungswinkel der in Richtung Ventilsitz aufeinanderfolgenden konischen Abschnitte nehmen geeigneterweise zu, so dass ein schrittweiser Übergang auf den Öffnungswinkel des Ventilsitzes erfolgen kann. Dies bewirkt einen äußerst günstigen Strömungsverlauf.
Die sich im Querschnitt kontinuierlich verbreiternden Abschnitte können auf einfache mechanische Weise dadurch erzeugt werden, daß der Übergang zwischen den Bohrungen, wie A-Drossel und Diffusorbohrung, jeweils verrundet wird. Dadurch wird die bisher existierende scharfen Kante eines Übergangs bereits bei der Herstellung so bearbeitet, daß ein optimaler Strömungskanal geschaffen werden kann.
Zeichnung
Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung nachfolgend zusammen mit den beigefügten Figuren erläutert werden.
Es zeigen:
Figur 1
einen Schnitt durch das Ventilstück eines Magnetventils in der bisherigen Ausführungsform,
Figur 2
den Schnitt durch das Ventilstück eines erfindungsgemäßen Magnetventils und
Figur 3
den Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Ventilstücks eines erfindungsgemäßen Magnetventils.
In Figur 1 ist die bisherige Ausführung eines Ventilstücks 1 eines Magnetventils zur Steuerung eines Einspritzventils dargestellt. Die Bohrung 2 führt zum Steuerdruckraum des Einspritzventils und steht über eine weitere Drosselbohrung mit dem Ventilsitz 4 des Entlastungsraumes 3 des Magnetventils in Fluidverbindung. Die Drosselbohrung ist aus der sogenannten A-Drossel 6 und der darauffolgenden Diffusorbohrung 5 gebildet, wobei an der Übergangsstelle zwischen den zylindrischen Bohrungen eine abrupte Querschnittsänderung auftritt.
Bei Bestromung des Magnetventils hebt eine nicht dargestellte Ventilkugel im Entlastungsraum 3 vom Ventilsitz 4 ab, wodurch sich der Druck im Ventilraum in Richtung Ventilkugel abbauen kann, indem ein Druckmedium, zumeist Kraftstoff unter Hochdruck, von der Bohrung 2 über die Drosselbohrung in den Entlastungsraum 3 strömt. Der hierdurch verursachte Druckabfall in der Bohrung 2 sich stromaufwärts anschließenden Steuerdruckraum führt dazu, daß die Ventilnadel des Einspritzventils sich öffnet und Kraftstoff unter Hochdruck eingespritzt wird.
In Figur 1 wird das Gebilde aus A-Drossel 6 und Diffusorbohrung 5 hier als Drosselbohrung bezeichnet. Bei einem Hindurchströmen von Fluid (Druckmedium wie Kraftstoff unter Hochdruck) durch diese Drosselbohrung findet an der scharfen Kannte des Übergangs von A-Drossel 6 zur Diffusorbohrung 5 ein Abreißen der Strömung statt. Dies führt zu Turbulenzen mit sich ausbildenden Totwasser- und Rezirkulationsgebieten. Das Auseinanderreißen der Strömung läßt Kavitationsblasen entstehen, die in Hochdruckgebieten stark verdichtet werden, woraus die Gefahr der Implosion resultiert. In der Nähe des Ventilsitzes implodierende Kavitationsblasen können Beschädigungen verursachen, die im weiteren Verlauf zu einem "Unterspülen" des Ventilsitzes 4 führen können, mit der Folge, daß das ordnungsgemäße Öffnen und Schließen des Magnetventils und damit des Injektors nicht mehr garantiert werden können.
Figur 2 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Magnetventils im Bereich des Ventilsitzes 4. Gleiche Teile aus der Figur 1 sind in Figur 2 mit denselben Bezugszeichen versehen. Erfindungsgemäß ist ein Abschnitt 7 mit sich kontinuierlich erweiterndem Querschnitt in der Drosselbohrung zwischen der zum Steuerdruckraum führenden Bohrung 2 und dem Entlastungsraum 3 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Abschnitt 7 durch ein Verfahren zum Verrunden des Bohrungsübergangs zwischen A-Drossel 6 und Diffusorbohrung 5 hergestellt. Gleichzeitig sind sowohl die A-Drossel 6 als auch die Diffusorbohrung 5 im Vergleich zur bekannten Ausführung gemäß Figur 1 deutlich verkürzt. Die Strömungsgeometrie kann durch diese Maßnahmen in einer Weise verbessert werden, daß Kavitationsschäden weitestgehend vermieden werden. Dadurch trägt die Erfindung erheblich zur Ausfallsicherheit derartiger Ventile, wie sie für Common-Rail-Injektoren verwendet werden, bei.
Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetventils im Bereich des Ventilsitzes 4 zeigt Fig. 3. Bei dieser Ausgestaltung schließt sich an die zum Steuerdruckraum des Einspritzventils führende Bohrung 2 wiederum die sogenannte A-Drossel 6 als zylindrische Bohrung mit deutlich vermindertem Querschnitt an. Hier folgt erfindungsgemäß ein erster konischer Abschnitt 9 mit Öffnungswinkel α. Daran schließt sich eine im Vergleich zu früheren Ausführungsformen (siehe Fig. 1) deutlich verkürzte Diffusorbohrung 10 von zylindrischer Gestalt an. Bei dieser Ausführungsform ist auch die Diffusorbohrung 10 von einem sich im Querschnitt konisch erweiternden Abschnitt 11 gefolgt, der im Ventilsitz 4 mündet. Der konische Abschnitt 11 weist einen Öffnungswinkel β auf.
Bei dem vorliegenden Beispiel ist der Öffnungswinkel α zu 50°, der Winkel β zu 60° gewählt. Insgesamt wird hierdurch der Öffnungswinkel des Strömungskanals sukzessive erweitert, um dann in den Ventilsitz überzugehen. Durch diese Maßnahme kann der Strömungsverlauf äußerst günstig beeinflusst werden. Die Kombination mit der stark verkürzten Diffusorbohrung 10 vermeidet zu starke Druckanstiege, die eventuell vorhandene Kavitationsblasen implodieren lassen könnten. Die komplette Kontur des Strömungskanals der Bohrung 8 ist in Fig. 3 schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet.
Vorliegende Erfindung ist bei beliebigen Bohrungsquerschnitten einsetzbar, wobei selbstverständlich auch mehr als zwei sich im Querschnitt verbreiternde Abschnitte innerhalb der Bohrung 8 zweckmäßig sein können. In der Praxis hat sich gezeigt, dass der in Fig. 3 gezeigte Aufbau ausreichend ist, um das Auftreten von Kavitationsschäden zu verhindern und somit die Funktionssicherheit insbesondere von Common-Rail-Injektoren zu erhöhen.

Claims (7)

  1. Magnetventil zur Steuerung eines Einspritzventils einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, wobei das Magnetventil eine Ventilkugel aufweist, die auf einen Ventilsitz (4) eines Entlastungsraums (3) aufbringbar ist, der über eine Bohrung (8) mit dem Steuerdruckraum des Einspritzventils in Fluidverbindung steht,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Bohrung (8) zumindest zum Teil einen oder mehrere in Richtung Ventilsitz (4) sich kontinuierlich im Querschnitt verbreiternde Abschnitte (7; 9, 11) aufweist.
  2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (8) aus drei ineinander übergehenden Abschnitten (5, 7, 6) besteht, von denen sich zumindest der mittlere Abschnitt (7) kontinuierlich im Querschnitt verbreitert.
  3. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem mittleren Abschnitt (7) benachbarten Abschnitte (5, 6) im wesentlichen die gleiche Länge aufweisen.
  4. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (8) zwei sich im Querschnitt kontinuierlich verbreiternde Abschnitte (9, 11) aufweist, die sich jeweils einen Abschnitt (6, 10) konstanten Durchmessers anschließen.
  5. Mangnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die sich kontinuierlich verbreiternden Abschnitte (7; 9, 11) konische Gestalt besitzen.
  6. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungswinkel (α, β) aufeinanderfolgender sich im Querschnitt verbreiternder Abschnitte (9, 11) in Richtung Ventilsitz (4) zunehmen.
  7. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die sich kontinuierlich im Querschnitt verbreiternden Abschnitte (9, 11) durch Verrundung zweier Bohrungsübergänge hergestellt sind.
EP02022596A 2001-10-23 2002-10-09 Magnetventil zur Steuerung eines Einspritzventils Withdrawn EP1306545A3 (de)

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