EP2122154A1 - Fluid injection valve - Google Patents

Fluid injection valve

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Publication number
EP2122154A1
EP2122154A1 EP07856422A EP07856422A EP2122154A1 EP 2122154 A1 EP2122154 A1 EP 2122154A1 EP 07856422 A EP07856422 A EP 07856422A EP 07856422 A EP07856422 A EP 07856422A EP 2122154 A1 EP2122154 A1 EP 2122154A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
fluid
chamber
fluid injection
injection valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07856422A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas GRÜNDL
Bernhard Hoffmann
Friedrich MÖRTL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Compact Dynamics GmbH
Original Assignee
Compact Dynamics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Compact Dynamics GmbH filed Critical Compact Dynamics GmbH
Publication of EP2122154A1 publication Critical patent/EP2122154A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F02M51/0614Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of electromagnets or fixed armature
    • F02M51/0617Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of electromagnets or fixed armature having two or more electromagnets
    • F02M51/0621Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of electromagnets or fixed armature having two or more electromagnets acting on one mobile armature
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F02M51/0625Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
    • F02M51/0635Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a plate-shaped or undulated armature not entering the winding
    • F02M51/0642Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a plate-shaped or undulated armature not entering the winding the armature having a valve attached thereto
    • F02M51/0653Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a plate-shaped or undulated armature not entering the winding the armature having a valve attached thereto the valve being an elongated body, e.g. a needle valve

Definitions

  • a fluid injection valve will be generally described, for example, for directly injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the invention both in directly injecting, and in conventional, injecting into the intake manifold engines.
  • the field of application of the invention is not limited to fuel injection systems.
  • the invention can also be used in other fields of application in which the precisely controlled and / or metered introduction of fluid into a space, an application region, or a working chamber is required or desirable.
  • the fluid injection valve is explained here in connection with a fuel injection into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the fuel pressure in the rail is conventionally adjusted by a pressure control valve and monitored by a rail pressure sensor. This represents a considerable expenditure on equipment, which makes such common rail systems very expensive.
  • a fluid injection valve has the features of claim 1.
  • Such a fluid injection valve has an inlet adapted to receive fluid from a supply line and connected to a chamber, a fluid outlet, which is connected to the chamber and which is adapted to allow fluid to flow out of the fluid injection valve, and a valve assembly having a valve seat and a valve member, wherein the valve member is adapted to open and close relative to the valve seat opening and closing movements a linear actuator adapted to move the valve member relative to the valve seat, and having a spring arrangement which exerts on the valve member a force which is dependent on the pressure prevailing in the chamber fluid pressure.
  • This arrangement is capable of at least partially compensating for uncontrolled pressure fluctuations in the fluid supply, that is, for example, pulsations of a feed pump feeding the fluid injection valve.
  • This makes it possible to improve the metering behavior of the fluid injection valve. In the case of fuel injection systems in internal combustion engines, this contributes to a reduction of the fuel consumption, to a reduction of the exhaust gases (CO 2 , NO x , soot particles, etc.).
  • the invention advantageously takes advantage of the fact that the inventive fluid injection valve, in which a spring arrangement exerts a force on the valve member which depends on the fluid pressure prevailing in the chamber, not only the opening time and the opening stroke of the valve member is better to control relative to the valve seat, but also the speed of the opening stroke.
  • the movement of the valve member relative to the valve seat can be better controlled so that, for example, a considerably "softer landing" of the valve member in the valve seat than in previous arrangements is made possible
  • the geometry of the valve allows the geometry of the optimum injection behavior of the fuel into the combustion chamber to be increased.
  • the injection time can be significantly reduced - with the same fluid volume flow - thus very efficient multiple injections per stroke are possible, the background being that the locking force with linearly increasing valve seat diameter quadratisc h increases while the valve member stroke linearly decreases at the same fluid volume flow. Consequently, the material stress at the sealing point increases linearly, with the result that the material load at the sealing point is the limiting factor.
  • the spring assembly is configured and dimensioned to exert a force inversely proportional to the fluid pressure prevailing in the chamber on the valve member.
  • a high force on the valve member is imposed by a small force on the valve member at high fluid pressure prevailing in the chamber and a high force on the valve member when the fluid pressure in the chamber is low.
  • the arrangement should be such that a high force acts on the valve member with low fluid pressure prevailing in the chamber and low force acts on the valve member with high fluid pressure prevailing in the chamber.
  • the spring arrangement can exert a force acting on the valve member in the direction of closing the valve arrangement, provided that the valve member on opening relative to the chamber moves outwardly, or on the valve member in the direction of opening the valve assembly acts, provided that the valve member 5 moves inwardly when opening - relative to the chamber. This reduces the force to be applied by the linear actuator in order to keep the fluid injection valve closed in the case of an outward-opening variant or to open it in the case of an inward-opening variant.
  • the spring assembly has a rest condition with a bias, wherein the biasing exerts about one quarter to three quarters of the force (preferably about half) on the valve member that exerts the fluid pumped into the chamber.
  • the spring arrangement is formed by a bellows arrangement whose force exerted on the valve member varies with the pressure of the fluid prevailing in the chamber.
  • the shape of the bellows which is preferably made of austenitic stainless steel, is chosen so that they in addition to the caused by the fluid pressure volume change as (biased)
  • the bellows arrangement may have a substantially (circular) cylindrical or even (double) conical shape, wherein the spring arrangement is either designed and dimensioned such that it elongates with increasing fluid pressure, or that it rises as the pressure increases Fluid pressure shortens.
  • the spring assembly may also have a substantially plate-shaped push / pull plate, which is in the radial direction - based on the direction of movement of the valve-o limb - oriented, and at least one deformable under pressure chamber, the plate-shaped Seh ub- / train plate fluid-tight is arranged so that it elastically deformed under the action of pressure prevailing in the chamber, the push / pull plate, so that their force exerted on the valve member with the force prevailing in the chamber pressure of the fluid varies. 5
  • the spring assembly may have a circular-cylindrical or circular-conical ring portion which rests on the stator, and a flat disc portion, the one can have a central recess in which a pin of the armature / rotor is added.
  • a concentrically corrugated sheet metal part can be arranged fluid-tight so that a pressure-deformable pressure chamber is formed by the sheet metal part and the push / pull plate.
  • the concentric corrugated sheet metal part may be fluid-tightly connected at its edges with the push / pull plate or the ring portion and at several points where the corrugated sheet metal part is in contact with the push / pull plate, fixed connections between them are provided.
  • the linear actuator can have several configurations, for example that of a piezoactuator; in the present case, however, it is an electromagnet arrangement with a stator and a rotor.
  • the rotor may be coupled to the valve member or be part of the valve member.
  • the valve member may also be an integral part of the rotor.
  • the bellows arrangement On the runner, the bellows arrangement may be articulated.
  • the stator can be formed as a multipole stator with a plurality of adjacently spaced stator poles, which has a plurality of exciting coils associated with the respective stator poles and arranged between each two stator poles.
  • Multipole stands in the sense of the present invention are understood to mean an arrangement of two or more cross-sectionally cylindrical (for example round or oval) or polygonal (for example triangular, quadrangular or hexagonal) pole webs which are disposed on a surface, e.g. a level are arranged and are surrounded by one or more coil arrangements.
  • each Polsteg be associated with its own coil arrangement, or a coil arrangement is wound around several Polstege. This allows the generation of a high magnetic force density, which manifests itself in a magnetic field which builds up and dissipates very rapidly and in a valve switching behavior with high dynamics.
  • the armature can be designed as a multipole anchor whose anchor poles are aligned with the respective stator poles.
  • the anchor poles may be formed by weakening or thickening of the anchor plate, which otherwise follows substantially the contour of the end face of the totality of all pole webs.
  • the electromagnet arrangement can have a working air gap oriented preferably transversely to the direction of movement of the armature between the upright and the armature. Depending on the spatial conditions, however, it is also possible to orient the working air gap differently.
  • the stand and / or the armature of the linear actuator are arranged in the interior of the chamber.
  • stator and / or the armature have at least one fluid channel for fluid in the direction of the valve arrangement.
  • the electromagnet arrangements acting on the valve arrangements can be oriented either in the same direction or in opposite directions.
  • the linear actuator is provided for the valve means which acts on a movable valve member to move it between an open position and a closed position relative to a stationary valve seat cooperating with the valve member and located downstream of the fluid inlet ,
  • a direct switching valve arrangement can be realized.
  • the fluid injection valve can be configured, set up and dimensioned as a fuel injection valve arrangement in order to protrude into the combustion chamber of a foreign-fired internal combustion engine or into the combustion chamber of a self-igniting internal combustion engine.
  • Fig. Ia shows a schematic representation in longitudinal section through a fluid injection valve according to an embodiment in the closed position.
  • FIG. 1b shows the fluid injection valve according to FIG. 1a in the open position.
  • FIGS. 2a, 2b a bellows / spring arrangement is shown schematically in longitudinal section according to a first embodiment.
  • FIGS. 3a, 3b a bellows / spring arrangement is shown schematically in longitudinal section according to a second embodiment.
  • FIG. 4a A further embodiment of a fluid injection valve is shown schematically in longitudinal section in closed (FIG. 4a) / open (FIG. 4b) valve position in FIGS. 4a, 4b.
  • Fig. 4c is a schematic perspective view of the spring element from a bottom view.
  • FIG. 1 a a fluid injection valve with a substantially rotationally symmetrical housing 10 to a central longitudinal axis M is shown in a schematic longitudinal section in a closed position, while in FIG. 1 b such a fluid injection valve is shown in an open position.
  • a fluid injection valve can serve to inject fluid in the form of fuel directly into the combustion chamber, not further illustrated, of an internal combustion engine.
  • the fluid injector 10 has (at the top of FIG. 1) a central fluid inlet 12 through which fluid from a fluid distribution conduit (not shown) may flow to a chamber of the fluid injector 10.
  • the chamber 14 of the fluid injection valve 10 has a substantially circular cross-sectional shape and is in the inlet near area by a transverse plate 18 with perforations 20 stiffened. At a distance from the transverse plate 18, the inlet remote, an electromagnet assembly 22 is arranged.
  • the electromagnet assembly 22 has arranged inside the chamber 14, made of soft iron (plates) shaped stand 24 with a substantially circular cylindrical cross section and a likewise arranged in the interior of the chamber 14, substantially circular cylindrical disc-shaped armature as a rotor 26.
  • Der Anchor / rotor 26 is at its one (in Fig. 1 upper) end face 26 a via a pin with an end of a metallic bellows implemented spring assembly 30 rigidly connected.
  • the bellows / spring assembly 30 is secured to the transverse plate 18 at its opposite (upper in FIG. 1) end by means of a cross pin.
  • the stand 24 is designed as a multipole stand with elongate, side by side or concentric, arranged at a distance stator poles 24a.
  • Several excitation coils 24b are associated in the stator 24 surrounding the respective stator poles 24a.
  • the disc-shaped armature 26 may be formed as a multipolar anchor, the anchor poles are aligned with the respective stator poles.
  • the armature 26 can move along the central longitudinal axis M, wherein the metallic bellows 30 is adapted to expand / contract along this central longitudinal axis M.
  • the armature / rotor 26 is rigidly connected at its other (in Fig. 1 lower) end face 26 b with a valve needle 34.
  • the valve needle 34 extends through a central opening 36 in the stator 24 and carries at its free end (in Fig. 1 below) a valve member 46 which is longitudinally movable along the central axis M.
  • the valve member 46 is part of a valve assembly 46, 68 consisting of the valve member 46 and a valve seat 48 to eject the fluid in a controlled manner.
  • the valve seat widens conically in the flow direction; Accordingly, the valve member 46 is shaped and cooperates with the valve seat 48.
  • valve member 46 is moved by the valve needle 34 opposite the stationary valve seat 48 cooperating with the valve member 46 and located downstream of the fluid inlet 12 between an open position and a closed position (up and down in FIG. 1).
  • the valve seat is for this purpose incorporated in a sleeve 36 which closes a pipe socket 50 which is integrally formed on the chamber 14.
  • the armature disk 26 is loaded with the valve needle 34 through the bellows / spring arrangement 30 arranged coaxially with respect to the center axis M, so that the valve member 46 located at the end of the valve needle 34 is seated in the valve seat 48 in a fluid-tight manner, ie is forced into its closed position.
  • a low-eddy magnetic field is induced in the stator poles 24a, which pulls the armature disk 26 with the valve needle 34 in the direction of the stator 24.
  • the valve member 46 moves away from the valve seat 48 in its open position.
  • fluid coming from the fluid inlet 12 is discharged from the fluid injection valve 10 in a controlled manner through the valve member 46 or the valve seat 48, for example, into the combustion chamber of an internal combustion engine. It can either be act the combustion chamber of a spark-ignition internal combustion engine or the combustion chamber of a self-igniting internal combustion engine.
  • the Multipolister 24 has an array of a plurality of cross-sectional or plan view cylindrical, polygonal pole pieces 28 a which are arranged on a surface. These in the present example rectangular pole webs may be formed in the plan view also substantially square or trapezoidal. They are surrounded by one or more coil arrangements 24b. In the present embodiment of the invention, each pole web is assigned its own coil arrangement which surrounds it. However, it is also possible that a coil arrangement is wound around a plurality of pole webs. However, it should be understood that the coil assemblies can share the space between two adjacent pole lands.
  • the Multipolisterr 24 may be formed of one-piece soft iron, from which the pole web or the interstices are formed. In such a one-piece soft iron molding recesses in the form of slots, in plan view longitudinal grooves, or slots may be incorporated. But it is also possible to produce the Magnetjochan instrument as a molded part made of sintered iron powder or to assemble from a variety of sheet metal layers or from several sections and to glue if necessary.
  • the armature 26 is a circular soft iron-containing disc having a shape described in detail below.
  • the multipole stator 24 and the armature 26 overlap in the radial direction with respect to the center axis M. As shown in Fig. 1, the multipole stator 24 has approximately the same outer diameter as the armature 26, so that the magnetic flux caused by the coil assemblies 24b can penetrate into the armature 26 practically without appreciable stray losses. This realizes a particularly efficient magnetic circuit that allows very low valve opening / closing times and high holding forces.
  • the armature disk 26 can also be a closed disk made of soft iron, provided that the configuration of the magnetic yoke or magnet coil arrangement ensures that the leakage losses or eddy current losses are low enough for the respective one Are intended purpose.
  • the armature is designed as a multipole anchor whose anchor poles are aligned with the respective stator poles out.
  • the anchor poles are formed by weakening or thickening of the otherwise substantially the contour of the end face of the totality of all pole webs following anchor plate.
  • the stator 24 is surrounded by an annular gap 44 through which fluid located in the chamber 16 can pass through the pipe socket 50 to the valve arrangement 46, 48.
  • the sleeve 36 has a central fluid outlet 52 which opens into the valve seat 48 and through which the valve needle 34 projects with the valve member 46.
  • the valve needle 34 has at its free end an annular collar 38, which serves together with the inside of the nozzle 50 surface of the sleeve 36 as a stop and stroke limitation for the valve assembly 46, 48.
  • valve arrangement 46, 48 While the embodiment described above represents an outwardly opening valve, it is also possible to realize an inwardly opening variant of the valve arrangement 46, 48.
  • the bellows-type (circular) cylindrical bellows In order to compensate for the force produced by the pressurized fluid, as in the outward-opening embodiment, which forces the valve assembly 46, 48 in the sense of closing, it is particularly advantageous to use the bellows-type (circular) cylindrical bellows.
  • Spring assembly 30 to be mounted in the resting state with a bias that is about to set to about half of the force that exerts the pumped into the chamber fluid as (closing) force on the valve member.
  • the transverse plate 18 can by means of a screw which is rotated in a screw sleeve 60 of the transverse plate 18 facing the fluid inlet 12, the axial elongation or the force of the bellows / spring arrangement 30 acting on the armature 26 and thus on the valve member 46 be adjusted. In this axial position then the transverse plate 18 is to be welded in the chamber 14 at 62, for example by means of a laser.
  • the configuration of the bellows / spring assembly 30 also depends on whether an arrangement is chosen that is designed and dimensioned to elongate with increasing fluid pressure or to shorten as the fluid pressure increases, and thereby on the armature 26 and consequently on the valve member 46, a force correlated to the fluid pressure exerts.
  • Fig. 2a is a bellows / spring assembly 30 is shown schematically, which shortens with respect to a pressure level P in the interior and outside of the Faltenbalganowski elbow 30 increased fluid pressure P ++ - see Fig. 2b.
  • a bellows / spring assembly 30 is shown schematically extending at a relation to a pressure level P in the interior and outside of the Faltenbalganowski elbow 30 increased fluid pressure P ++ - see Fig. 3b.
  • FIG. 4 a shows a fluid injection valve with a housing 10 essentially rotationally symmetrical with respect to a central longitudinal axis M in a schematic longitudinal section in a closed position
  • FIG. 4 b shows such a fluid injection valve in an open position
  • the fluid injection valve 10 has (in FIGS. 4a, 4b above) a central fluid inlet 12, through which fluid from a (not further illustrated) fluid distribution line can flow to a chamber of the fluid injection valve 10.
  • the chamber 14 of the fluid injection valve 10 has a cross-sectionally substantially circular cylindrical shape.
  • the fluid inlet 12 remote from an electromagnet arrangement 22 is arranged.
  • the electromagnet assembly 22 has arranged inside the chamber 14, made of soft iron (plates) shaped stand 24 with a substantially circular cylindrical cross section and a likewise arranged in the interior of the chamber 14, substantially circular cylindrical disc-shaped armature as a rotor 26.
  • Der Anchor / rotor 26 has on its one (in Fig. 4 upper) end face 26a a pin 26b integrally formed, which has a radially widened annular collar 26c.
  • the spring assembly 30 is supported and acts against the annular collar 26c on the pin 26a of the armature / rotor 26, which is rigidly connected at its other (in Fig. 4 lower) end face 26b with a valve needle 34.
  • the spring assembly 30 has in this embodiment, a circular cylindrical or circular conical ring portion 30 a, which rests with its free edge on the stand 24.
  • the spring arrangement 30 merges via an inwardly curved wall section 30b into a flat disk section 30c.
  • This disk section 30c has a central recess 30d and forms a substantially plate-shaped push / pull plate 30c, which is substantially radially - with respect to the direction of movement of the pin 26a of the armature / rotor 26 and the valve needle 34 with the valve member 46 - oriented.
  • the pin 26a of the armature / rotor 26 is received and the push / pull plate 30c abuts against the annular collar 26c of the pin 26a.
  • a concentrically corrugated sheet metal part 3Oe is arranged in a fluid-tight manner such that a pressure-deformable pressure chamber 30F is formed by the sheet metal part 3Oe and the push / pull plate 30c.
  • the concentrically corrugated sheet metal part 3Oe is fluid-tight welded at its edges with the push / pull plate 30c and the ring portion 30a, for example.
  • fixed connections for example welds
  • the stroke, in which the push / pull plate 30c acts on the valve needle 34, is only part of the total stroke of the valve needle 34 and is so large that the resulting from the fluid pressure inside the chamber 14 closing force is eliminated when the valve member 46 from the valve seat 48 is lifted out.
  • the corrugated sheet metal part 3Oe has two annular shafts. However, it can also be more or less.
  • the pressure chamber 30f instead of making the pressure chamber 30f as a circular structure, it is also possible to disperse a plurality of separate chambers over the surface of the push / pull plate 30c.
  • the spring assembly 30 with the ring portion 30a, the inwardly curved wall portion 30b and the flat disc portion 30c is made of a bendable, tensile material as a pressed part.
  • the concentric corrugated sheet metal part 3Oe is a pressed part.
  • the stand 24 is designed as a multipole stand with elongated, side by side or concentric, spaced stator poles 24a.
  • Several excitation coils 24b are associated in the stator 24 surrounding the respective stator poles 24a.
  • the disk-shaped armature 26 may be formed as a multi-pole anchor whose anchor poles are aligned with the respective stator poles.
  • the armature 26 can move along the central longitudinal axis M, wherein the metallic bellows 30 is adapted to expand / contract along this central longitudinal axis M.
  • the valve needle 34 extends through a central opening 36 in the stator 24 and carries at its free end (in Fig. 4 below), a valve member 46 which is longitudinally movable along the central axis M.
  • the valve member 46 is part of a valve assembly 46, 48 consisting of the valve member 46 and a valve seat 48 to eject the fluid in a controlled manner.
  • the valve seat 48 is configured as an inwardly-opening valve in which the valve member 46 dips into a trough 48a having a plurality of exit passages 52 to close and exit the valve, respectively, to release the exit passages 52.
  • the valve member 46 is moved by the valve needle 34 opposite the stationary valve seat 48 cooperating with the valve member 46 and located downstream of the fluid inlet 12 between an open position and a closed position (up and down in FIG. 4).
  • the valve seat 48 is for this purpose incorporated in a bushing 36 which closes a pipe socket 50 which is integrally formed on the chamber 14.
  • valve needle 34 is loaded with the valve member 46 by spring arrangement 30 in the sense of opening when the fluid pressure in the interior of the chamber 14 rises.
  • spring arrangement 30 When energizing the excitation coils 24 b, a vortex-current-poor magnetic field is induced in the stator poles 24 a, which pulls the armature disk 26 with the valve needle 34 in the direction of the stator 24.
  • spring assembly 30 for the lifting of the valve member 46 from the valve seat 48 required magnetic force - and thus the required electrical current - even with increasing or fluctuating fluid pressure in the interior of the chamber 14 are kept at least almost constant.
  • the Multipolister 24 has an array of a plurality of cross-sectional or plan view cylindrical, polygonal pole pieces 28 a which are arranged on a surface. These in the present example rectangular pole webs may be formed in the plan view also substantially square or trapezoidal. They are surrounded by one or more coil arrangements 24b. In the present embodiment of the invention, each pole web is assigned its own coil arrangement which surrounds it. However, it is also possible that a coil arrangement is wound around a plurality of pole webs. However, it should be understood that the coil assemblies can share the space between two adjacent pole lands.
  • the Multipolisterr 24 may be formed of one-piece soft iron, from which the pole web or the interstices are formed. In such a one-piece soft iron molding recesses in the form of slots, in plan view longitudinal grooves, or slots may be incorporated. However, it is also possible borrowed to produce the Magnetjochanowski as a molded part made of sintered iron powder or to assemble from a variety of sheet metal layers or from several sections and to glue if necessary.
  • the armature 26 is a circular soft iron-containing disc having a shape described in detail below.
  • the multipole stator 24 and the armature 26 overlap in the radial direction with respect to the center axis M. As shown in Fig. 1, the multipole stator 24 has approximately the same outer diameter as the armature 26, so that the magnetic flux caused by the coil assemblies 24b can penetrate into the armature 26 practically without appreciable stray losses. This realizes a particularly efficient magnetic circuit that allows very low valve opening / closing times and high holding forces.
  • the armature disk 26 can also be a closed circular disk made of soft iron, provided that the design of the magnet yoke or magnet coil arrangement ensures that the leakage losses or eddy current losses are low enough are the respective purpose.
  • the armature is designed as a multipole anchor whose anchor poles are aligned with the respective stator poles out.
  • the anchor poles are formed by weakening or thickening of the otherwise substantially the contour of the end face of the totality of all pole webs following anchor plate.
  • the stator 24 is surrounded by an annular gap 44 through which fluid in the chamber 14 can pass through the pipe socket 50 to the valve arrangement 46, 48.
  • a sleeve 36 with the valve assembly 46, 48 is arranged in the free end (in Fig. 4 below).
  • the bushing 36 has a plurality of fluid outlets 52 which extend outwardly from the valve seat 48 and which are to be closed / released by the valve member 46 disposed on the valve needle 34.
  • FIG. 4 illustrates an inwardly opening valve
  • the spring assembly 30 may be mounted at rest with a preload that is approximately at approximately zero half of the force exerted by the fluid pumped into the chamber as a (visual leave) force on the valve member.
  • the design of the spring assembly 30 is also dependent on whether an arrangement is chosen that is designed and dimensioned so that it lengthens with increasing fluid pressure or shortened with increasing fluid pressure, and thereby on the armature 26 and thus on the valve member 46 a to force correlated to the fluid pressure exerts.

Abstract

The invention relates to a fluid injection valve, having an inlet which is designed to receive fluid from a supply line and which is connected to a chamber (14), having a fluid outlet (52) which is connected to the chamber and which is designed to allow fluid to flow out of the fluid injection valve and which has a valve arrangement, having a valve seat (48) and a valve element (46), wherein the valve element is designed to perform opening and closing movements relative to the valve seat, having a linear actuator which is designed to move the valve element relative to the valve seat, and having a spring arrangement (30) which exerts a force on the valve element, which force is dependent on the fluid pressure prevailing in the chamber.

Description

Fluid-Einspritzventil Fluid injection valve
Beschreibungdescription
Hintergrundbackground
Nachstehend wird allgemein ein Fluid-Einspritzventil beschrieben, zum Beispiel zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Grundsätzlich ist es möglich, die Erfindung sowohl bei direkt einspritzenden, als auch bei konventionellen, in das Saugrohr einspritzenden Motoren zu verwenden. Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist jedoch nicht auf Brennstoff-Einspritz-Systeme beschränkt. Die Erfindung kann auch in anderen Anwendungsgebieten eingesetzt werden, bei denen das präzise gesteuerte und/oder dosierte Einbringen von Fluid in einen Raum, eine Einsatzregion, oder eine Arbeitskammer gefordert oder wünschenswert ist.Hereinafter, a fluid injection valve will be generally described, for example, for directly injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine. In principle, it is possible to use the invention both in directly injecting, and in conventional, injecting into the intake manifold engines. However, the field of application of the invention is not limited to fuel injection systems. The invention can also be used in other fields of application in which the precisely controlled and / or metered introduction of fluid into a space, an application region, or a working chamber is required or desirable.
Das Fluid-Einspritzventils wird hier im Zusammenhang mit einer Brennstoff-Einspritzung in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine erläutert.The fluid injection valve is explained here in connection with a fuel injection into a combustion chamber of an internal combustion engine.
Aus stetig steigenden Anforderungen der Abgasgesetzgebung mit weiter sinkenden Grenzwerten ergibt sich die Herausforderung, durch eine Optimierung des Einspritzvorgangs von Brennstoff in die Brennkammer die Entstehung von Schadstoffen am Ort ihrer Entstehung zu optimieren. Kritisch sind insbesondere CO2-, NOx- und Rußpartikel-Emissionen. Durch die Entwicklung von Einspritzsystemen mit immer höheren Einspritzdrücken und hochdynamischen Injektoren, sowie durch gekühlte Abgas- rückführung und Oxidationskatalysatoren ist es zwar möglich gegenwärtige Grenzwerte einzuhalten. Allerdings scheint das Potenzial der bisherigen Maßnahmen zur Emissionsreduzierung erreicht zu sein.The steadily increasing requirements of exhaust gas legislation with further decreasing limit values results in the challenge of optimizing the formation of pollutants at the place of their formation by optimizing the injection process of fuel into the combustion chamber. In particular, CO 2 , NO x and soot particle emissions are critical. Through the development of injection systems with ever higher injection pressures and highly dynamic injectors, as well as through cooled exhaust gas recirculation and oxidation catalysts, it is possible to comply with current limit values. However, the potential of the previous emission reduction measures seems to have been reached.
Stand der Technik Im Stand der Technik sind sog. "Common Rail"-Systeme bekannt, die auch als Speichereinspritzsysteme bezeichnet werden. Die Druckerzeugung und die Brennstoffeinspritzung sind beim Common-Rail-System voneinander vollständig entkoppelt. Eine separate Hochdruckpumpe erzeugt für alle Einspritzventile eines Verbrennungsmotors kontinuierlich Druck in der Brennstoffzufuhrleitung. Damit wird der Brennstoffdruck unabhängig von der Einspritzfolge aufgebaut und steht in der Brennstoffleitung permanent zur Verfügung. Allerdings treten hier Druckschwankungen auf, die sich auf die in den Brennraum injizierte Menge des Brennstoffs auswirken. Der ständig an- stehende hohe Druck von mehr als 1350 bar wird in der so genannten Rail (= Schiene, Leitung) gespeichert und über kurze Einspritzleitungen den schnell schaltenden Magnetventilen (Injektoren) einer Zylinderbank des Verbrennungsmotors zur Verfügung gestellt. Der Einspritzzeitpunkt und die Brennstoffmenge werden für jeden Zy- linder individuell berechnet und über die Injektoren eingespritzt.PRIOR ART In the prior art so-called "common rail" systems are known, which are also referred to as accumulator injection systems. The pressure generation and the fuel injection are completely decoupled from each other in the common rail system. A separate high-pressure pump continuously generates pressure in the fuel supply line for all injectors of an internal combustion engine. Thus, the fuel pressure is built up independently of the injection sequence and is permanently available in the fuel line. However, pressure fluctuations occur here, which have an effect on the amount of fuel injected into the combustion chamber. The constantly high pressure of more than 1350 bar is stored in the so-called rail (= rail, line) and provided via short injection lines the fast switching solenoid valves (injectors) of a cylinder bank of the internal combustion engine. The injection timing and the fuel quantity are calculated individually for each cylinder and injected via the injectors.
Der Brennstoffdruck im Rail wird herkömmlich von einem Druckregelventil eingeregelt und von einem Raildrucksensor überwacht. Dies stellt einen erheblichen apparativen Aufwand dar, der solche Common-Rail-Systeme sehr kostspielig macht.The fuel pressure in the rail is conventionally adjusted by a pressure control valve and monitored by a rail pressure sensor. This represents a considerable expenditure on equipment, which makes such common rail systems very expensive.
Für eine "saubere" Verbrennung von Kraftstoff in Brennkraftmaschinen aber auch bei anderen Einsatzzwecken ist es wichtig, das Fluid, also zum Beispiel den Kraftstoff, besonders präzise zu dosieren und mit einer exakten Reproduzierbarkeit über eine Vielzahl von Einspritzzyklen auch variable Mengen abzugeben. Bei bekannten Ein- spritzsystemen ist es jedoch nur schwer möglich, die Genauigkeit der Dosierung mit der, zum Beispiel für eine schnell laufende Verbrennungsmaschine erforderlichen Dynamik zu steuern.For a "clean" combustion of fuel in internal combustion engines but also in other applications, it is important to dose the fluid, so for example, the fuel, particularly precise and also deliver variable amounts with a precise reproducibility over a variety of injection cycles. In known injection systems, however, it is very difficult to control the accuracy of the metering with the dynamics required, for example, for a high-speed combustion engine.
Insbesondere bei nach innen öffnenden Ventilen besteht außerdem folgendes Prob- lern: Bei geschlossenem Ventil wirken aufgrund des hohen Drucks im Ventilgehäuse (2000 bis 2500 bar und mehr) sehr hohe Schließ- oder Haltekräfte auf das auf dem Ventilsitz aufsitzende Ventilglied. Diese Kräfte ermitteln sich aus dem Produkt des Drucks im Ventilgehäuse multipliziert mit dem Ventilquerschnitt. Diese Kräfte sind von einem gesteuerten Aktor beim Öffnen des Ventils zu überwinden. Daher muss der (zum Beispiel elektromagnetisch oder piezoelektrisch arbeitende) Aktor entsprechend leistungsstark ausgebildet sein. Somit bauen herkömmliche Elektromagnetoder Piezo-Aktoren relativ groß und benötigen hohe elektrische Leistung. Darüber hinaus sind auch die ihn betreibende elektronische Ansteuerung und die Steuerleitungen entsprechend (elektrisch und mechanisch) zu dimensionieren.In particular, in the case of inwardly opening valves, the following problems also occur: When the valve is closed, due to the high pressure in the valve housing (2000 to 2500 bar and more), very high closing or holding forces act on the valve member seated on the valve seat. These forces are determined from the product of the pressure in the valve housing multiplied by the valve cross-section. These forces must be overcome by a controlled actuator when opening the valve. Therefore, the (for example electromagnetically or piezoelectrically operating) actuator must be designed according to high performance. Thus, conventional electromagnet or piezo actuators build relatively large and require high electrical power. In addition, the operating electronic control and the control lines are to be dimensioned accordingly (electrical and mechanical).
Es gibt Studien (von FIAT) für ein Fluid-Einspritzventil zur Kraftstoff-Einspritzung mit einem an das Ventilglied gekoppelten Kolben, der eine Kraft entgegengesetzt zur Schließkraft erzeugt. Der Kolben ist dabei so bemessen, dass er das Ventilglied abhängig vom Druck im Innern des Ventilgehäuses so entlastet, dass es zu jeder Zeit mit der annähernd gleichen geringen Schließkraft belastet wird. Der Kolben gibt beim Öffnen des Ventils eine drucklose Kraftstoff-Rückführung zum Kraftstofftank frei. Dieser Kolben und eine ihn umschließende Buchse müssen dabei sehr präzise gefer- tigt werden; außerdem sind sie einem nennenswerten Verschleiß über die Lebensdauer des Fluid-Einspritzventils unterworfen. Die hier erforderliche drucklose Rückführung des Kraftstoffs stellt einen erheblichen Aufwand hinsichtlich Raumbedarf und Fertigung dar.There have been studies (by FIAT) of a fuel injector fluid injector having a piston coupled to the valve member that generates a force opposite to the closing force. The piston is dimensioned so that it relieves the valve member depending on the pressure in the interior of the valve housing so that it is charged at any time with the approximately same low closing force. The piston releases a pressureless fuel return to the fuel tank when opening the valve. This piston and a bushing surrounding it must be very precisely be taken; In addition, they are subject to significant wear over the life of the fluid injector. The pressure-free return of the fuel required here represents a considerable expense in terms of space requirements and production.
Zugrunde liegendes ProblemUnderlying problem
Damit ergibt sich das Problem, die Nachteile der oben genannten bekannten Systeme zumindest teilweise zu überwinden.This results in the problem of at least partially overcoming the disadvantages of the known systems mentioned above.
Lösungsolution
Zur Lösung dieses Problems dient ein Fluid-Einspritzventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Ein solches Fluid-Einspritzventil hat einen Einlass, der dazu eingerichtet ist, Fluid aus einer Zufuhr-Leitung aufzunehmen, und mit einer Kammer verbunden ist, einem Fluid-Auslass, der mit der Kammer verbunden ist, und der dazu eingerichtet ist, Fluid aus dem Fluid-Einspritzventil ausströmen zu lassen, und eine Ventilanordnung aufweist, mit einem Ventilsitz und einem Ventilglied, wobei das Ventilglied dazu eingerichtet ist, relativ zu dem Ventilsitz Öffnungs- und Schließbewegungen auszuführen, einem Linearaktor, der dazu eingerichtet ist, das Ventilglied relativ zu dem Ventilsitz zu bewegen, und mit einer Federanordnung, die auf das Ventilglied eine Kraft ausübt, die vom in der Kammer herrschenden Fluiddruck abhängig ist.To solve this problem, a fluid injection valve has the features of claim 1. Such a fluid injection valve has an inlet adapted to receive fluid from a supply line and connected to a chamber, a fluid outlet, which is connected to the chamber and which is adapted to allow fluid to flow out of the fluid injection valve, and a valve assembly having a valve seat and a valve member, wherein the valve member is adapted to open and close relative to the valve seat opening and closing movements a linear actuator adapted to move the valve member relative to the valve seat, and having a spring arrangement which exerts on the valve member a force which is dependent on the pressure prevailing in the chamber fluid pressure.
Diese Anordnung ist in der Lage, unkontrollierte Druckschwankungen in der Fluidzu- fuhr, also zum Beispiel Pulsationen einer das Fluid-Einspritzventil beschickenden Speisepumpe zumindest teilweise auszugleichen. Damit ist es möglich, das Dosierverhalten des Fluid-Einspritzventils zu verbessern. Dies trägt im Fall von Brennstoff- Einspritz-Systemen in Verbrennungsmotoren zu einer Verringerung des Kraftstoffverbrauchs, zu einer Reduzierung der Abgase (CO2, NOx, Rußpartikel, etc.) bei. Die Erfindung macht sich in unterwartet vorteilhafter Weise zunutze, dass durch das erfin- dungsgemäße Fluid-Einspritzventil, bei dem eine Federanordnung auf das Ventilglied eine Kraft ausübt, die vom in der Kammer herrschenden Fluiddruck abhängig ist, nicht nur die Öffnungszeit und der Öffnungshub des Ventilgliedes relativ zum Ventilsitz besser zu kontrollieren ist, sondern auch der Geschwindigkeitsverlauf des Öffnungshubes. Dies liegt daran, dass die Druckschwankungen des zugeführten Fluids zumindest teilweise wegfallen, so dass deren Einfluss auf das Ventilglied wegfallen. Damit ist es möglich, die Ventilbetätigung noch präziser zu steuern, als dies mit bekannten Anordnungen ohnehin der Fall ist. Die damit verbundene Einsparung an Brennstoff - und folglich auch die Reduzierung der Abgase - kann einige Prozent betragen.This arrangement is capable of at least partially compensating for uncontrolled pressure fluctuations in the fluid supply, that is, for example, pulsations of a feed pump feeding the fluid injection valve. This makes it possible to improve the metering behavior of the fluid injection valve. In the case of fuel injection systems in internal combustion engines, this contributes to a reduction of the fuel consumption, to a reduction of the exhaust gases (CO 2 , NO x , soot particles, etc.). The invention advantageously takes advantage of the fact that the inventive fluid injection valve, in which a spring arrangement exerts a force on the valve member which depends on the fluid pressure prevailing in the chamber, not only the opening time and the opening stroke of the valve member is better to control relative to the valve seat, but also the speed of the opening stroke. This is due to the fact that the pressure fluctuations of the supplied fluid are at least partially eliminated, so that their influence on the valve member is eliminated. This makes it possible to control the valve actuation more precisely than is already the case with known arrangements. The associated savings Fuel - and consequently also the reduction of exhaust gases - can amount to a few percent.
Diese erhebliche Einsparung resultiert auch daraus, dass die Aktoren bekannter In- jektoren dafür ausgelegt sein müssen, diese Druckschwankungen auszugleichen; das heißt, dass sie die notwendigen Schließ- und Betätigungskräfte auch bei ungünstigen Fluiddruckbedingungen in der Kammer des Fluid-Einspritzventils aufbringen müssen. Wenn nun diese Druckschwankungen zumindest partiell ausgeglichen sind, kann - bei gleicher Baugröße und gleichen Leistungsdaten - eine dynamischere Betätigung des Fluid-Einspritzventils erfolgen, oder umgekehrt können auch kleiner bauende Fluid-Einspritzventile mit vergleichbaren Leistungsdaten bereitgestellt werden. Außerdem kann die Bewegung des Ventilgliedes relativ zum Ventilsitz besser gesteuert werden, so dass zum Beispiel eine erheblich „weichere Landung" des Ventilgliedes im Ventilsitz als bei bisherigen Anordnungen ermöglicht ist. Dies verlängert die Lebens- dauer des Fluid-Einspritzventils. Außerdem wird damit die Gestaltung der Ventilgeometrie freier, da die Belastung des Ventilgliedes und des Ventilsitzes verringert ist. Dies erlaubt eine Orientierung der Geometrie am optimalen Einspritzverhalten von Brennstoff in den Brennraum. Bei vergrößertem Ventilsitzdurchmesser (wegen der geringeren Materialbelastung des Ventilsitzes im Schließzustand) kann der Hub des Ventilgliedes zum Ventilsitz verringert werden. Damit kann die Einspritzzeit - bei gleichem Fluidvolumenstrom - signifikant verringert werden. Damit sind sehr effiziente Mehrfacheinspritzungen pro Arbeitstakt möglich. Der Hintergrund hierfür ist, dass die Zuhaltekraft mit linear steigendem Ventilsitzdurchmesser quadratisch zunimmt, während der Ventilgliedhub bei gleichem Fluidvolumenstrom linear abnimmt. Folglich steigt die Materialspannung an der Dichtstelle linear an, woraus sich ergibt, dass die Materialbelastung an der Dichtstelle der begrenzende Faktor ist.This considerable saving also results from the fact that the actuators of known injectors must be designed to compensate for these pressure fluctuations; that is, they must apply the necessary closing and actuating forces even in unfavorable fluid pressure conditions in the chamber of the fluid injection valve. Now, if these pressure fluctuations are at least partially balanced, can - with the same size and same performance data - a more dynamic operation of the fluid injection valve done, or vice versa, smaller fluid injectors can be provided with comparable performance data. In addition, the movement of the valve member relative to the valve seat can be better controlled so that, for example, a considerably "softer landing" of the valve member in the valve seat than in previous arrangements is made possible The geometry of the valve allows the geometry of the optimum injection behavior of the fuel into the combustion chamber to be increased.The larger the valve seat diameter (because of the lower material load on the valve seat in the closed state) the valve member can move to the valve seat Thus, the injection time can be significantly reduced - with the same fluid volume flow - thus very efficient multiple injections per stroke are possible, the background being that the locking force with linearly increasing valve seat diameter quadratisc h increases while the valve member stroke linearly decreases at the same fluid volume flow. Consequently, the material stress at the sealing point increases linearly, with the result that the material load at the sealing point is the limiting factor.
Weiterbildungen und AusgestaltungenFurther developments and refinements
In einer Ausführungsform ist die Federanordnung so gestaltet und dimensioniert, dass sie eine zum in der Kammer herrschenden Fluiddruck umgekehrt proportionale Kraft auf das Ventilglied ausübt. Damit lastet - in einer Druckfederkonfiguration - bei hohem in der Kammer herrschenden Fluiddruck eine geringe Kraft auf dem Ventilglied und bei niedrigem in der Kammer herrschenden Fluiddruck eine hohe Kraft auf dem Ventilglied. Bei einer Zugfederkonfiguration ist die Anordnung so zu wählen, dass bei niedrigem in der Kammer herrschenden Fluiddruck eine hohe Kraft auf das Ventilglied wirkt und bei hohem in der Kammer herrschenden Fluiddruck eine niedrige Kraft auf das Ventilglied wirkt. Bei dem Fluid-Einspritzventil kann die Federanordnung eine Kraft ausüben, die auf das Ventilglied in Richtung eines Schließens der Ventilanordnung wirkt, sofern das Ventilglied sich beim Öffnen - bezogen auf die Kammer - nach außen bewegt, oder auf das Ventilglied in Richtung eines Öffnens der Ventilanordnung wirkt, sofern das 5 Ventilglied sich beim Öffnen - bezogen auf die Kammer - nach innen bewegt. Damit wird die von dem Linearaktor aufzubringende Kraft, um das Fluid-Einspritzventil bei einer nach außen öffnenden Variante geschlossen zu halten bzw. bei einer nach innen öffnenden Variante zu öffnen, verringert.In one embodiment, the spring assembly is configured and dimensioned to exert a force inversely proportional to the fluid pressure prevailing in the chamber on the valve member. Thus, in a compression spring configuration, a high force on the valve member is imposed by a small force on the valve member at high fluid pressure prevailing in the chamber and a high force on the valve member when the fluid pressure in the chamber is low. In a tension spring configuration, the arrangement should be such that a high force acts on the valve member with low fluid pressure prevailing in the chamber and low force acts on the valve member with high fluid pressure prevailing in the chamber. In the fluid injection valve, the spring arrangement can exert a force acting on the valve member in the direction of closing the valve arrangement, provided that the valve member on opening relative to the chamber moves outwardly, or on the valve member in the direction of opening the valve assembly acts, provided that the valve member 5 moves inwardly when opening - relative to the chamber. This reduces the force to be applied by the linear actuator in order to keep the fluid injection valve closed in the case of an outward-opening variant or to open it in the case of an inward-opening variant.
lo In einer Ausführungsform hat die Federanordnung einen Ruhezustand mit einer Vorspannung, wobei die Vorspannung etwa ein Viertel bis drei Viertel der Kraft (vorzugsweise etwa die Hälfte) auf das Ventilglied ausübt, die das in die Kammer hineingepumpte Fluid ausübt.In one embodiment, the spring assembly has a rest condition with a bias, wherein the biasing exerts about one quarter to three quarters of the force (preferably about half) on the valve member that exerts the fluid pumped into the chamber.
i5 Als eine Ausführungsform ist die Federanordnung durch eine Faltenbalg-Anordnung gebildet, deren auf das Ventilglied ausgeübte Kraft mit dem in der Kammer herrschenden Druck des Fluids variiert. Die Gestalt des Faltenbalges, der bevorzugt aus austenitischem Edelstahl hergestellt ist, ist dabei so gewählt, dass sie neben der durch den Fluiddruck hervorgerufenen Volumenveränderung auch als (vorgespannte)As an embodiment, the spring arrangement is formed by a bellows arrangement whose force exerted on the valve member varies with the pressure of the fluid prevailing in the chamber. The shape of the bellows, which is preferably made of austenitic stainless steel, is chosen so that they in addition to the caused by the fluid pressure volume change as (biased)
20 Zug- oder Druckfeder zwischen dem unbeweglichen Gehäuse der Fluid-Einspritzven- tils und dem relativ dazu beweglichen Ventilglied wirkt.20 tension or compression spring between the immovable housing of the fluid injection valve and the relatively movable valve member acts.
Dazu kann die Faltenbalg-Anordnung eine im Wesentlichen (kreis-)zylindrische oder auch (doppel-)kegelige Gestalt haben wobei die Federanordnung entweder so gestal- 5 tet und dimensioniert ist, dass sie sich bei steigendem Fluiddruck längt, oder dass sie sich bei steigendem Fluiddruck verkürzt.For this purpose, the bellows arrangement may have a substantially (circular) cylindrical or even (double) conical shape, wherein the spring arrangement is either designed and dimensioned such that it elongates with increasing fluid pressure, or that it rises as the pressure increases Fluid pressure shortens.
Die Federanordnung kann auch eine im Wesentlichen tellerförmige Schub-/Zugplatte haben, die in radialer Richtung - bezogen auf die Bewegungsrichtung des Ventil-o glieds - orientiert ist, und wenigstens eine unter Druck verformbare Kammer, die an der tellerförmigen Seh ub-/Zug platte fluiddicht so angeordnet ist, dass sie unter Einwirkung von in der Kammer herrschendem Druck die Schub-/Zugplatte elastisch verformt, so dass deren auf das Ventilglied ausgeübte Kraft mit dem in der Kammer herrschenden Druck des Fluids variiert. 5The spring assembly may also have a substantially plate-shaped push / pull plate, which is in the radial direction - based on the direction of movement of the valve-o limb - oriented, and at least one deformable under pressure chamber, the plate-shaped Seh ub- / train plate fluid-tight is arranged so that it elastically deformed under the action of pressure prevailing in the chamber, the push / pull plate, so that their force exerted on the valve member with the force prevailing in the chamber pressure of the fluid varies. 5
Die Federanordnung kann einen kreiszylindrischen oder kreiskonischen Ringabschnitt haben, der auf dem Ständer ruht, und einen ebenen Scheibenabschnitt, der eine zentrische Ausnehmung haben kann, in der ein Zapfen des Ankers/Läufers aufgenommen ist.The spring assembly may have a circular-cylindrical or circular-conical ring portion which rests on the stator, and a flat disc portion, the one can have a central recess in which a pin of the armature / rotor is added.
An der dem Ständer zugewandten Seite der Federanordnung kann ein konzentrisch gewelltes Blechformteil fluiddicht so angeordnet sein, dass durch das Blechformteil und die Schub-/Zugplatte eine unter Druck verformbare Druckkammer gebildet ist.On the side facing the stator of the spring arrangement, a concentrically corrugated sheet metal part can be arranged fluid-tight so that a pressure-deformable pressure chamber is formed by the sheet metal part and the push / pull plate.
Das konzentrisch gewellte Blechformteil kann an seinen Rändern fluiddicht mit der Schub-/Zugplatte bzw. dem Ringabschnitt verbunden sein und an mehreren Stellen, an denen das gewellte Blechformteil mit der Schub-/Zugplatte in Berührung steht, feste Verbindungen zwischen ihnen vorgesehen sind.The concentric corrugated sheet metal part may be fluid-tightly connected at its edges with the push / pull plate or the ring portion and at several points where the corrugated sheet metal part is in contact with the push / pull plate, fixed connections between them are provided.
Der Linearaktor kann mehrere Ausgestaltungen haben, zum Beispiel die eines Piezo- aktors; vorliegend ist er jedoch eine Elektromagnetanordnung mit einem Ständer und einem Läufer. Der Läufer kann mit dem Ventilglied getrieblich gekoppelt oder ein Teil des Ventilglieds sein. Alternativ dazu kann das Ventilglied auch ein einstückiges Teil des Läufers sein. An dem Läufer kann die Faltenbalg-Anordnung angelenkt sein.The linear actuator can have several configurations, for example that of a piezoactuator; in the present case, however, it is an electromagnet arrangement with a stator and a rotor. The rotor may be coupled to the valve member or be part of the valve member. Alternatively, the valve member may also be an integral part of the rotor. On the runner, the bellows arrangement may be articulated.
Dabei kann der Ständer als ein Multipolständer mit mehreren nebeneinander im Abstand angeordneten Ständerpolen ausgebildet sein, der mehrere, den jeweiligen Ständerpolen zugeordnete und zwischen jeweils zwei Ständerpolen angeordnete Erregerspulen aufweist. Unter Multipolständer im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung von zwei oder mehreren im Querschnitt zylindrischen (z.B. runden oder ovalen) oder mehreckigen (z.B. drei-, vier-, oder sechseckigen) Polstegen verstanden, die auf einer Fläche, z.B. einer Ebene angeordnet sind und von einer oder mehreren Spulenanordnungen umgeben sind. Dabei kann jedem Polsteg eine eigene Spulenanordnung zugeordnet sein, oder eine Spulenanordnung ist um mehrere Polstege gewunden. Dies erlaubt das Erzeugen einer hohen magnetischen Kraftdichte, die sich in einem sehr schnell auf- und abbauenden Magnetfeld und in einem Ventilschaltverhalten mit hoher Dynamik manifestiert.In this case, the stator can be formed as a multipole stator with a plurality of adjacently spaced stator poles, which has a plurality of exciting coils associated with the respective stator poles and arranged between each two stator poles. Multipole stands in the sense of the present invention are understood to mean an arrangement of two or more cross-sectionally cylindrical (for example round or oval) or polygonal (for example triangular, quadrangular or hexagonal) pole webs which are disposed on a surface, e.g. a level are arranged and are surrounded by one or more coil arrangements. In this case, each Polsteg be associated with its own coil arrangement, or a coil arrangement is wound around several Polstege. This allows the generation of a high magnetic force density, which manifests itself in a magnetic field which builds up and dissipates very rapidly and in a valve switching behavior with high dynamics.
Analog dazu kann der Anker als Multipolanker ausgebildet sein, dessen Ankerpole auf die jeweiligen Ständerpole ausgerichtet sind. Dabei können die Ankerpole durch Schwächungen bzw. Verdickungen der Ankerplatte gebildet sein, die ansonsten im Wesentlichen der Kontur der Stirnfläche der Gesamtheit aller Polstege folgt. Die Elektromagnet-Anordnung kann zwischen dem Ständer und dem Anker einen vorzugsweise quer zur Bewegungsrichtung des Ankers orientierten Arbeitsluftspalt haben. Je nach räumlicher Gegebenheit ist es jedoch auch möglich, den Arbeitsluftspalt anders zu orientieren.Similarly, the armature can be designed as a multipole anchor whose anchor poles are aligned with the respective stator poles. The anchor poles may be formed by weakening or thickening of the anchor plate, which otherwise follows substantially the contour of the end face of the totality of all pole webs. The electromagnet arrangement can have a working air gap oriented preferably transversely to the direction of movement of the armature between the upright and the armature. Depending on the spatial conditions, however, it is also possible to orient the working air gap differently.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind der Ständer und/oder der Anker des Linearaktors im Innern der Kammer angeordnet.In one embodiment of the invention, the stand and / or the armature of the linear actuator are arranged in the interior of the chamber.
Um einen möglichst ungehinderten Fluss des Brennstoffs zu ermöglichen, haben der Ständer und/oder der Anker wenigstens einen Fluid-Kanal für Fluid in Richtung zu der Ventilanordnung hin.In order to allow the flow of the fuel to be as unimpeded as possible, the stator and / or the armature have at least one fluid channel for fluid in the direction of the valve arrangement.
Um besonders schlanke oder lang gezogene Bauformen mit großen Halte- oder Schließkräften zu realisieren kann eine Kaskadierung von mehreren auf die Ventil- anordnung wirkenden Elektromagnet-Anordnungen erfolgen. Dabei können die auf die Ventilanordnungen wirkenden Elektromagnet-Anordnungen - entweder gleichsinnig oder gegensinnig orientiert sein.In order to realize particularly slender or elongated designs with large holding or closing forces, a cascading of several electromagnet arrangements acting on the valve arrangement can take place. In this case, the electromagnet arrangements acting on the valve arrangements can be oriented either in the same direction or in opposite directions.
In einer Ausführungsform ist der Linearaktor für die Ventileinrichtung vorgesehen, der auf ein bewegliches Ventilglied einwirkt, um dieses gegenüber einem mit dem Ventilglied zusammenwirkenden und stromabwärts zu dem Fluid-Einlass angeordneten ortsfesten Ventilsitz zwischen einer Offen-Stellung und einer Geschlossen-Stel- lung zu bewegen. Damit kann eine direkt schaltende Ventilanordnung realisiert werden.In one embodiment, the linear actuator is provided for the valve means which acts on a movable valve member to move it between an open position and a closed position relative to a stationary valve seat cooperating with the valve member and located downstream of the fluid inlet , Thus, a direct switching valve arrangement can be realized.
Das Fluid-Einspritzventil kann als Brennstoff-Einspritzventilanordnung ausgestaltet, eingerichtet und dimensioniert sein, um in den Brennraum einer fremd gezündeten Brennkraftmaschine, oder in den Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine zu ragen.The fluid injection valve can be configured, set up and dimensioned as a fuel injection valve arrangement in order to protrude into the combustion chamber of a foreign-fired internal combustion engine or into the combustion chamber of a self-igniting internal combustion engine.
Weitere Vorteile, Ausgestaltungen oder Variationsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren in denen die Erfindung im Detail erläutert ist. Kurzbeschreibuno der FigurenFurther advantages, embodiments or possible variations will become apparent from the following description of the figures in which the invention is explained in detail. Brief description of the figures
Hg. Ia zeigt eine schematische Darstellung im Längsschnitt durch ein Fluid-Ein- spritzventil gemäß einer Ausführungsform in geschlossener Stellung.Hg. Fig. Ia shows a schematic representation in longitudinal section through a fluid injection valve according to an embodiment in the closed position.
Fig. Ib zeigt das Fluid-Einspritzventil gemäß Fig. Ia in geöffneter Stellung.FIG. 1b shows the fluid injection valve according to FIG. 1a in the open position.
In den Fig. 2a, 2b ist eine Faltenbalg- / Federanordnung schematisch im Längsschnitt gemäß einer ersten Ausführungsform gezeigt.In FIGS. 2a, 2b a bellows / spring arrangement is shown schematically in longitudinal section according to a first embodiment.
In den Fig. 3a, 3b ist eine Faltenbalg- / Federanordnung schematisch im Längsschnitt gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt.In FIGS. 3a, 3b a bellows / spring arrangement is shown schematically in longitudinal section according to a second embodiment.
In den Fig. 4a, 4b ist eine weitere Ausführungsform eines Fluid-Einspritzventils schematisch im Längsschnitt in geschlossener (Fig. 4a) / offener (Fig. 4b) Ventilstellung gezeigt. In Fig. 4c ist eine schematische perspektivische Ansicht des Federelements von einer Unteransicht.A further embodiment of a fluid injection valve is shown schematically in longitudinal section in closed (FIG. 4a) / open (FIG. 4b) valve position in FIGS. 4a, 4b. In Fig. 4c is a schematic perspective view of the spring element from a bottom view.
Detaillierte Beschreibung derzeit bevorzugter AusführungsformenDetailed Description of Presently Preferred Embodiments
In Fig. Ia ist ein Fluid-Einspritzventil mit einem zu einer Mittellängsachse M im we- sentlichen rotationssymmetrischen Gehäuse 10 im schematischen Längsschnitt in einer geschlossenen Stellung gezeigt, während in Fig. Ib ein solches Fluid-Einspritzventil in einer geöffneten Stellung gezeigt ist. Ein derartiges Fluid-Einspritzventil kann dazu dienen, Fluid in Form von Brennstoff in den nicht weiter veranschaulichten Brennraum einer Brennkraftmaschine direkt einzuspritzen. Das Fluid-Einspritzventil 10 hat (in Fig. 1 oben) einen zentralen Fluid-Einlass 12, durch den Fluid aus einer - nicht weiter veranschaulichten - Fluid-Verteil-Leitung zu einer Kammer des Fluid- Einspritzventils 10 strömen kann.In FIG. 1 a, a fluid injection valve with a substantially rotationally symmetrical housing 10 to a central longitudinal axis M is shown in a schematic longitudinal section in a closed position, while in FIG. 1 b such a fluid injection valve is shown in an open position. Such a fluid injection valve can serve to inject fluid in the form of fuel directly into the combustion chamber, not further illustrated, of an internal combustion engine. The fluid injector 10 has (at the top of FIG. 1) a central fluid inlet 12 through which fluid from a fluid distribution conduit (not shown) may flow to a chamber of the fluid injector 10.
Die Kammer 14 des Fluid-Einspritzventils 10 hat eine im Querschnitt im Wesentlichen kreiszylindrische Gestalt und ist im dem Einlass nahen Bereich durch eine Querplatte 18 mit Perforationen 20 versteift. Im Abstand zu der Querplatte 18, dem Einlass fern, ist eine Elektromagnet-Anordnung 22 angeordnet. Die Elektromagnet-Anordnung 22 hat einen im Innern der Kammer 14 angeordneten, aus Weicheisen(-platten) geformten Ständer 24 mit im Querschnitt im Wesentlichen kreiszylindrischer Gestalt und einen ebenfalls im Innern der Kammer 14 angeordneten, im Wesentlichen kreiszylindrischen scheibenförmigen Anker als Läufer 26. Der Anker/Läufer 26 ist an seiner einen (in Fig. 1 oberen) Stirnfläche 26a über einen Zapfen mit einem Ende einer als metallischem Faltenbalg implementierten Federanordnung 30 starr verbunden. Der Faltenbalg / die Federanordnung 30 ist an ihrem entgegengesetzten (in Fig. 1 oberen) Ende mittels eines Querzapfens an der Querplatte 18 befestigt. Dabei ist der Ständer 24 als Multipolständer mit langgestreckten, nebeneinander oder konzentri- sehen, im Abstand angeordneten Ständerpolen 24a ausgebildet. Mehrere Erregerspulen 24b sind in dem Ständer 24 den jeweiligen Ständerpolen 24a diese umgebend zugeordnet. Gleichermaßen kann der scheibenförmige Anker 26 als Multipolanker ausgebildet sein, dessen Ankerpole auf die jeweiligen Ständerpole ausgerichtet sind. Damit kann sich der Anker 26 entlang der Mittellängsachse M bewegen, wobei auch der metallische Faltenbalg 30 dazu eingerichtet ist, längs dieser Mittellängsachse M zu expandieren/kontrahieren.The chamber 14 of the fluid injection valve 10 has a substantially circular cross-sectional shape and is in the inlet near area by a transverse plate 18 with perforations 20 stiffened. At a distance from the transverse plate 18, the inlet remote, an electromagnet assembly 22 is arranged. The electromagnet assembly 22 has arranged inside the chamber 14, made of soft iron (plates) shaped stand 24 with a substantially circular cylindrical cross section and a likewise arranged in the interior of the chamber 14, substantially circular cylindrical disc-shaped armature as a rotor 26. Der Anchor / rotor 26 is at its one (in Fig. 1 upper) end face 26 a via a pin with an end of a metallic bellows implemented spring assembly 30 rigidly connected. The bellows / spring assembly 30 is secured to the transverse plate 18 at its opposite (upper in FIG. 1) end by means of a cross pin. In this case, the stand 24 is designed as a multipole stand with elongate, side by side or concentric, arranged at a distance stator poles 24a. Several excitation coils 24b are associated in the stator 24 surrounding the respective stator poles 24a. Similarly, the disc-shaped armature 26 may be formed as a multipolar anchor, the anchor poles are aligned with the respective stator poles. Thus, the armature 26 can move along the central longitudinal axis M, wherein the metallic bellows 30 is adapted to expand / contract along this central longitudinal axis M.
Der Anker/Läufer 26 ist an seiner anderen (in Fig. 1 unteren) Stirnfläche 26b mit einer Ventilnadel 34 starr verbunden. Die Ventilnadel 34 reicht durch eine zentrale Öffnung 36 in dem Ständer 24 und trägt an ihrem freien Ende (in Fig. 1 unten) ein Ventilglied 46, das längs der Mittelachse M längsbeweglich ist. Das Ventilglied 46 ist Teil einer Ventilanordnung 46, 68 bestehend aus dem Ventilglied 46 und einem Ventilsitz 48, um das Fluid in gesteuerter Weise auszustoßen. Der Ventilsitz erweitert sich in Strömungsrichtung konisch; entsprechend ist das Ventilglied 46 geformt und wirkt mit dem Ventilsitz 48 zusammen. Das Ventilglied 46 wird durch die Ventilnadel 34 gegenüber dem mit dem Ventilglied 46 zusammenwirkenden und stromabwärts zu dem Fluid-Einlass 12 angeordneten ortsfesten Ventilsitz 48 zwischen einer Offen- Stellung und einer Geschlossen-Stellung (in Fig. 1 auf und ab) bewegt. Der Ventilsitz ist dazu in einer Buchse 36 eingearbeitet, die einen Rohrstutzen 50 abschließt, der an der Kammer 14 angeformt ist.The armature / rotor 26 is rigidly connected at its other (in Fig. 1 lower) end face 26 b with a valve needle 34. The valve needle 34 extends through a central opening 36 in the stator 24 and carries at its free end (in Fig. 1 below) a valve member 46 which is longitudinally movable along the central axis M. The valve member 46 is part of a valve assembly 46, 68 consisting of the valve member 46 and a valve seat 48 to eject the fluid in a controlled manner. The valve seat widens conically in the flow direction; Accordingly, the valve member 46 is shaped and cooperates with the valve seat 48. The valve member 46 is moved by the valve needle 34 opposite the stationary valve seat 48 cooperating with the valve member 46 and located downstream of the fluid inlet 12 between an open position and a closed position (up and down in FIG. 1). The valve seat is for this purpose incorporated in a sleeve 36 which closes a pipe socket 50 which is integrally formed on the chamber 14.
Dabei ist die Ankerscheibe 26 mit der Ventilnadel 34 durch die zur Mittelachse M koaxial angeordnete Faltenbalg- / Federanordnung 30 belastet, so dass das am Ende der Ventilnadel 34 befindliche Ventilglied 46 in dem Ventilsitz 48 fluiddicht sitzt, also in seine Geschlossen-Stellung gedrängt ist. Beim Bestromen der Erregerspulen 24b wird in den Ständerpolen 24a ein wirbelstromarmes Magnetfeld induziert, das die Ankerscheibe 26 mit der Ventilnadel 34 in Richtung des Ständer 24 zieht. Damit bewegt sich das Ventilglied 46 von dem Ventilsitz 48 weg in seine Offen-Stellung. Damit wird von dem Fluid-Einlass 12 kommendes Fluid von dem Fluid-Einspritzventil 10 in ge- steuerter Weise durch das Ventilglied 46 bzw. den Ventilsitz 48 zum Beispiel in den Brennraum einer Brennkraftmaschine ausgestoßen. Dabei kann es sich entweder um den Brennraum einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine oder um den Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine handeln.The armature disk 26 is loaded with the valve needle 34 through the bellows / spring arrangement 30 arranged coaxially with respect to the center axis M, so that the valve member 46 located at the end of the valve needle 34 is seated in the valve seat 48 in a fluid-tight manner, ie is forced into its closed position. When energizing the excitation coils 24b, a low-eddy magnetic field is induced in the stator poles 24a, which pulls the armature disk 26 with the valve needle 34 in the direction of the stator 24. Thus, the valve member 46 moves away from the valve seat 48 in its open position. In this way, fluid coming from the fluid inlet 12 is discharged from the fluid injection valve 10 in a controlled manner through the valve member 46 or the valve seat 48, for example, into the combustion chamber of an internal combustion engine. It can either be act the combustion chamber of a spark-ignition internal combustion engine or the combustion chamber of a self-igniting internal combustion engine.
Zwischen dem Ständer 24 und dem Anker 26 ist ein quer zur Bewegungsrichtung des Ankers 26 orientierter Arbeitsluftspalt 32 gebildet. Dabei stellt der Unterschied zwischen der minimalen und der maximalen Erstreckung des Arbeitsluftspalts in Richtung der Mittellängsachse M den Hub dar, um den das Ventilglied 46 vom Ventilsitz 48 abheben kann.Between the stator 24 and the armature 26, a transverse to the direction of movement of the armature 26 oriented working air gap 32 is formed. In this case, the difference between the minimum and the maximum extent of the working air gap in the direction of the central longitudinal axis M represents the stroke by which the valve member 46 can lift off the valve seat 48.
Der Multipolständer 24 hat eine Anordnung von mehreren im Querschnitt oder in der Draufsicht zylindrischen, mehreckigen Polstegen 28a die auf einer Fläche angeordnet sind. Diese im vorliegenden Beispiel rechteckigen Polstege können in der Draufsicht auch im Wesentlichen quadratisch oder trapezförmig geformt sein. Sie sind von einer oder mehreren Spulenanordnungen 24b umgeben. Dabei ist in der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung jedem Polsteg eine eigene Spulenanordnung zugeordnet, die ihn umgibt. Es ist jedoch auch möglich, dass eine Spulenanordnung um mehrere Polstege gewunden ist. Es versteht sich jedoch, dass die Spulenanordnungen sich den Raum zwischen zwei benachbarten Polstegen teilen können.The Multipolständer 24 has an array of a plurality of cross-sectional or plan view cylindrical, polygonal pole pieces 28 a which are arranged on a surface. These in the present example rectangular pole webs may be formed in the plan view also substantially square or trapezoidal. They are surrounded by one or more coil arrangements 24b. In the present embodiment of the invention, each pole web is assigned its own coil arrangement which surrounds it. However, it is also possible that a coil arrangement is wound around a plurality of pole webs. However, it should be understood that the coil assemblies can share the space between two adjacent pole lands.
Der Multipolständer 24 kann aus einstückigem Weicheisen gebildet sein, aus dem die Polstege bzw. die Zwischenräume ausgeformt sind. In ein derartiges einstückiges Weicheisen-Formteil können Ausnehmungen in Form von Schlitzen, in der Draufsicht längsverlaufenden Rillen, oder Langlöchern eingearbeitet sein. Es ist aber auch möglich, die Magnetjochanordnung als Formteil aus gesintertem Eisenpulver herzustellen oder aus einer Vielzahl von Blechlagen oder aus mehreren Teilstücken zu montieren und zu ggf. verkleben.The Multipolständer 24 may be formed of one-piece soft iron, from which the pole web or the interstices are formed. In such a one-piece soft iron molding recesses in the form of slots, in plan view longitudinal grooves, or slots may be incorporated. But it is also possible to produce the Magnetjochanordnung as a molded part made of sintered iron powder or to assemble from a variety of sheet metal layers or from several sections and to glue if necessary.
Der Anker 26 ist eine kreisrunde weicheisenhaltige Scheibe mit einer weiter unten im Detail beschriebenen Gestalt. Der Multipolständer 24 und der Anker 26 überlappen sich in radialer Richtung bezogen auf die Mittelachse M. Wie in der Fig. 1 gezeigt ist, hat der Multipolständer 24 etwa den gleichen Außendurchmesser wie der Anker 26, so dass der aus den Spulenanordnungen 24b hervorgerufene magnetische Fluss praktisch ohne nennenswerte Streu-Verluste in den Anker 26 eindringen kann. Damit wird ein besonders effizienter Magnetkreis realisiert, der sehr geringe Ventil- Öffnungs-/Schließ-Zeiten sowie hohe Haltekräfte erlaubt. Die Ankerscheibe 26 kann - unabhängig von der Gestaltung des Multipolständers 24 bzw. der Spulenanordnungen 24b - auch eine geschlossene Kreisscheibe aus Weicheisen sein, sofern die Ausgestaltung des Magnetjoches bzw. der Magnet-Spulenanordnung sicherstellt, dass die Streuverluste bzw. Wirbelstromverluste gering genug für den jeweiligen Einsatzzweck sind. Zur Verringerung des Gewichtes bei optimierter magnetischer Flußdichte ist der Anker als Multipolanker ausgebildet, dessen Ankerpole auf die jeweiligen Ständerpole hin ausgerichtet sind. Dazu sind die Ankerpole durch Schwächungen bzw. Verdickungen der ansonsten im Wesentlichen der Kontur der Stirnfläche der Gesamtheit aller Polstege folgenden Ankerplatte gebildet.The armature 26 is a circular soft iron-containing disc having a shape described in detail below. The multipole stator 24 and the armature 26 overlap in the radial direction with respect to the center axis M. As shown in Fig. 1, the multipole stator 24 has approximately the same outer diameter as the armature 26, so that the magnetic flux caused by the coil assemblies 24b can penetrate into the armature 26 practically without appreciable stray losses. This realizes a particularly efficient magnetic circuit that allows very low valve opening / closing times and high holding forces. Regardless of the design of the multipole stator 24 or of the coil arrangements 24b, the armature disk 26 can also be a closed disk made of soft iron, provided that the configuration of the magnetic yoke or magnet coil arrangement ensures that the leakage losses or eddy current losses are low enough for the respective one Are intended purpose. To reduce the weight at optimized magnetic flux density, the armature is designed as a multipole anchor whose anchor poles are aligned with the respective stator poles out. For this purpose, the anchor poles are formed by weakening or thickening of the otherwise substantially the contour of the end face of the totality of all pole webs following anchor plate.
Der Ständer 24 ist von einem Ringspalt 44 umgeben, durch den in der Kammer 16 befindliches Fluid durch den Rohrstutzen 50 zu der Ventilanordnung 46, 48 gelangen kann. Die Buchse 36 hat einen zentralen Fluid-Auslass 52, der in dem Ventilsitz 48 mündet und durch den die Ventilnadel 34 mit dem Ventilglied 46 ragt.The stator 24 is surrounded by an annular gap 44 through which fluid located in the chamber 16 can pass through the pipe socket 50 to the valve arrangement 46, 48. The sleeve 36 has a central fluid outlet 52 which opens into the valve seat 48 and through which the valve needle 34 projects with the valve member 46.
Die Ventilnadel 34 hat an ihrem freien Ende einen Ringbund 38, der zusammen mit der im Innern des Stutzens 50 liegenden Oberfläche der Buchse 36 als Anschlag und Hubbegrenzung für die Ventilanordnung 46, 48 dient.The valve needle 34 has at its free end an annular collar 38, which serves together with the inside of the nozzle 50 surface of the sleeve 36 as a stop and stroke limitation for the valve assembly 46, 48.
Während die oben beschriebene Ausführungsform ein nach außen öffnendes Ventil darstellt, ist es auch möglich, eine nach innen öffnende Variante der Ventilanordnung 46, 48 zu realisieren. Um - ebenso wie bei der nach außen öffnenden Ausführungsform die durch das unter Druck stehende Fluid hervorgerufene Kraft zu kompensieren, welche die Ventilanordnung 46, 48 im Sinne eines Schließens belastet, ist es besonders vorteilhaft, die im Querschnitt (kreis-)zylindrische Faltenbalg- / Federanordnung 30 im Ruhezustand mit einer Vorspannung zu montieren, die etwa auf etwa die Hälfte der Kraft einzustellen ist, die das in die Kammer hineingepumpte Fluid als (Schließ-)Kraft auf das Ventilglied ausübt. Dazu kann die Querplatte 18 mittels einer Schraube, die in eine dem Fluideinlass 12 zugewandte Schraubbuchse 60 der Quer- platte 18 gedreht ist, die axiale Längung bzw. die auf den Anker 26 und damit auf das Ventilglied 46 wirkende Kraft der Faltenbalg- / Federanordnung 30 einjustiert werden. In dieser axialen Position ist dann die Querplatte 18 in der Kammer 14 bei 62 zum Beispiel mittels eines Lasers zu verschweißen.While the embodiment described above represents an outwardly opening valve, it is also possible to realize an inwardly opening variant of the valve arrangement 46, 48. In order to compensate for the force produced by the pressurized fluid, as in the outward-opening embodiment, which forces the valve assembly 46, 48 in the sense of closing, it is particularly advantageous to use the bellows-type (circular) cylindrical bellows. Spring assembly 30 to be mounted in the resting state with a bias that is about to set to about half of the force that exerts the pumped into the chamber fluid as (closing) force on the valve member. For this purpose, the transverse plate 18 can by means of a screw which is rotated in a screw sleeve 60 of the transverse plate 18 facing the fluid inlet 12, the axial elongation or the force of the bellows / spring arrangement 30 acting on the armature 26 and thus on the valve member 46 be adjusted. In this axial position then the transverse plate 18 is to be welded in the chamber 14 at 62, for example by means of a laser.
Die Ausgestaltung der Faltenbalg- / Federanordnung 30 ist ebenfalls davon abhängig, ob eine Anordnung gewählt ist, die so gestaltet und dimensioniert ist, dass sie sich bei steigendem Fluiddruck längt oder bei steigendem Fluiddruck verkürzt, und dabei auf den Anker 26 und folglich auf das Ventilglied 46 eine zu dem Fluiddruck korrelierte Kraft ausübt.The configuration of the bellows / spring assembly 30 also depends on whether an arrangement is chosen that is designed and dimensioned to elongate with increasing fluid pressure or to shorten as the fluid pressure increases, and thereby on the armature 26 and consequently on the valve member 46, a force correlated to the fluid pressure exerts.
In Hg. 2a ist eine Faltenbalg- / Federanordnung 30 schematisch gezeigt, die sich bei gegenüber einem Druckniveau P im Innern und außerhalb der Faltenbalganordnung 30 erhöhtem Fluiddruck P++ verkürzt - siehe Fig. 2b.In Fig. 2a is a bellows / spring assembly 30 is shown schematically, which shortens with respect to a pressure level P in the interior and outside of the Faltenbalganordnung 30 increased fluid pressure P ++ - see Fig. 2b.
Demgegenüber ist in Fig. 3a ist eine Faltenbalg- / Federanordnung 30 schematisch gezeigt, die sich bei gegenüber einem Druckniveau P im Innern und außerhalb der Faltenbalganordnung 30 erhöhtem Fluiddruck P++ längt - siehe Fig. 3b.In contrast, in Fig. 3a, a bellows / spring assembly 30 is shown schematically extending at a relation to a pressure level P in the interior and outside of the Faltenbalganordnung 30 increased fluid pressure P ++ - see Fig. 3b.
In Fig. 4a ist ein Fluid-Einspritzventil mit einem zu einer Mittellängsachse M im wesentlichen rotationssymmetrischen Gehäuse 10 im schematischen Längsschnitt in einer geschlossenen Stellung gezeigt, während in Fig. 4b ein solches Fluid-Einspritz- ventil in einer geöffneten Stellung gezeigt ist. Das Fluid-Einspritzventil 10 hat (in Fig. 4a, 4b oben) einen zentralen Fluid-Einlass 12, durch den Fluid aus einer - nicht weiter veranschaulichten - Fluid-Verteil-Leitung zu einer Kammer des Fluid-Einspritz- ventils 10 strömen kann.FIG. 4 a shows a fluid injection valve with a housing 10 essentially rotationally symmetrical with respect to a central longitudinal axis M in a schematic longitudinal section in a closed position, while FIG. 4 b shows such a fluid injection valve in an open position. The fluid injection valve 10 has (in FIGS. 4a, 4b above) a central fluid inlet 12, through which fluid from a (not further illustrated) fluid distribution line can flow to a chamber of the fluid injection valve 10.
Die Kammer 14 des Fluid-Einspritzventils 10 hat eine im Querschnitt im Wesentlichen kreiszylindrische Gestalt. Dem Fluid-Einlass 12 fern ist eine Elektromagnet-Anordnung 22 angeordnet. Die Elektromagnet-Anordnung 22 hat einen im Innern der Kammer 14 angeordneten, aus Weicheisen(-platten) geformten Ständer 24 mit im Querschnitt im Wesentlichen kreiszylindrischer Gestalt und einen ebenfalls im Innern der Kammer 14 angeordneten, im Wesentlichen kreiszylindrischen scheibenförmigen Anker als Läufer 26. Der Anker/Läufer 26 hat an seiner einen (in Fig. 4 oberen) Stirnfläche 26a einen Zapfen 26b angeformt, der einen sich radial verbreiterten Ringbund 26c hat.The chamber 14 of the fluid injection valve 10 has a cross-sectionally substantially circular cylindrical shape. The fluid inlet 12 remote from an electromagnet arrangement 22 is arranged. The electromagnet assembly 22 has arranged inside the chamber 14, made of soft iron (plates) shaped stand 24 with a substantially circular cylindrical cross section and a likewise arranged in the interior of the chamber 14, substantially circular cylindrical disc-shaped armature as a rotor 26. Der Anchor / rotor 26 has on its one (in Fig. 4 upper) end face 26a a pin 26b integrally formed, which has a radially widened annular collar 26c.
Auf dem Ständer 24 stützt sich die Federanordnung 30 ab und wirkt gegen den Ring- bund 26c am Zapfen 26a des Ankers/Läufers 26, der an seiner anderen (in Fig. 4 unteren) Stirnfläche 26b mit einer Ventilnadel 34 starr verbunden ist.On the stand 24, the spring assembly 30 is supported and acts against the annular collar 26c on the pin 26a of the armature / rotor 26, which is rigidly connected at its other (in Fig. 4 lower) end face 26b with a valve needle 34.
Die Federanordnung 30 hat in dieser Ausgestaltung einen kreiszylindrischen oder kreiskonischen Ringabschnitt 30a, der mit seiner freien Kante auf dem Ständer 24 ruht. Auf der vom Ständer 24 abliegenden Seite geht die Federanordnung 30 über einen nach innen gekrümmten Wandabschnitt 30b in einen ebenen Scheibenabschnitt 30c über. Dieser Scheibenabschnitt 30c hat eine zentrische Ausnehmung 3Od und bildet eine im Wesentlichen tellerförmige Schub-/Zugplatte 30c, die im wesentlichen radial - bezogen auf die Bewegungsrichtung des Zapfens 26a des Ankers/Läufers 26 und der Ventilnadel 34 mit dem Ventilglied 46 - orientiert ist. In der zentrischen Ausnehmung 3Od ist der Zapfen 26a des Ankers/Läufers 26 aufgenommen und die Schub-/Zugplatte 30c liegt an dem Ringbund 26c des Zapfens 26a an.The spring assembly 30 has in this embodiment, a circular cylindrical or circular conical ring portion 30 a, which rests with its free edge on the stand 24. On the side remote from the stand 24, the spring arrangement 30 merges via an inwardly curved wall section 30b into a flat disk section 30c. This disk section 30c has a central recess 30d and forms a substantially plate-shaped push / pull plate 30c, which is substantially radially - with respect to the direction of movement of the pin 26a of the armature / rotor 26 and the valve needle 34 with the valve member 46 - oriented. In the central recess 3Od, the pin 26a of the armature / rotor 26 is received and the push / pull plate 30c abuts against the annular collar 26c of the pin 26a.
An der dem Ständer 24 zugewandten Seite der Federanordnung 30 ist ein konzentrisch gewelltes Blechformteil 3Oe fluiddicht so angeordnet, dass durch das Blechformteil 3Oe und die Schub-/Zugplatte 30c eine unter Druck verformbare Druckkam- mer 3Of gebildet ist. Dabei ist das konzentrisch gewelltes Blechformteil 3Oe an seinen Rändern fluiddicht mit der Schub-/Zugplatte 30c bzw. dem Ringabschnitt 30a zum Beispiel verschweißt. Außerdem sind an mehreren Stellen 30g, an denen das gewelltes Blechformteil 3Oe mit der Schub-/Zugplatte 30c in Berührung steht, feste Verbindungen, zum Beispiel Schweißstellen, zwischen ihnen vorgesehen. Damit wird be- wirkt, dass unter Einwirkung von in der Kammer 14 herrschendem Fluiddruck die Schub-/Zugplatte 30c so elastisch verformt wird, dass deren auf das Ventilglied 46 (über den Ringbund 26c, den Zapfen 26a des Ankers/Läufers 26 und die Ventilnadel 34) ausgeübte Kraft mit dem in der Kammer 14 herrschenden Druck des Fluids variiert. Diese Kraft wirkt bei steigendem in der Kammer 14 herrschendem Fluiddruck so auf die Ventilnadel 34, dass sie bestrebt ist, das Ventilglied 46 aus dem Ventilsitz 48 zu heben. Der Hubweg, bei dem die Schub-/Zugplatte 30c auf die Ventilnadel 34 einwirkt, ist nur ein Teil des Gesamthubes der Ventilnadel 34 und ist so groß, dass die aus dem Fluiddruck im Innern der Kammer 14 resultierende Schließkraft wegfällt, wenn das Ventilglied 46 aus dem Ventilsitz 48 herausgehoben ist.On the side of the spring arrangement 30 facing the stand 24, a concentrically corrugated sheet metal part 3Oe is arranged in a fluid-tight manner such that a pressure-deformable pressure chamber 30F is formed by the sheet metal part 3Oe and the push / pull plate 30c. Here, the concentrically corrugated sheet metal part 3Oe is fluid-tight welded at its edges with the push / pull plate 30c and the ring portion 30a, for example. In addition, at several points 30g, where the corrugated sheet metal part 3Oe is in contact with the push / pull plate 30c, fixed connections, for example welds, are provided between them. This has the effect that, under the influence of fluid pressure prevailing in the chamber 14, the push / pull plate 30c is elastically deformed such that the pressure on the valve member 46 (via the annular collar 26c, the pin 26a of the armature / rotor 26 and the valve needle 34) applied force varies with the pressure prevailing in the chamber 14 of the fluid. As the fluid pressure in the chamber 14 increases, this force acts on the valve needle 34 in such a way that it tends to lift the valve member 46 out of the valve seat 48. The stroke, in which the push / pull plate 30c acts on the valve needle 34, is only part of the total stroke of the valve needle 34 and is so large that the resulting from the fluid pressure inside the chamber 14 closing force is eliminated when the valve member 46 from the valve seat 48 is lifted out.
Im vorliegenden Beispiel hat das gewellte Blechformteil 3Oe zwei ringförmige Wellen. Es können jedoch auch mehr oder weniger sein. Die kreisringförmigen Wellen bilden zusammen mit der Schub-/Zugplatte 30c die Druckkammer 3Of. Anstatt die Druckkammer 3Of als ein kreisförmiges Gebilde zu gestalten, ist es auch möglich, über die Fläche der Schub-/Zugplatte 30c mehrere von einander getrennte Kammern zu verteilen.In the present example, the corrugated sheet metal part 3Oe has two annular shafts. However, it can also be more or less. The annular waves, together with the push / pull plate 30c, form the pressure chamber 30f. Instead of making the pressure chamber 30f as a circular structure, it is also possible to disperse a plurality of separate chambers over the surface of the push / pull plate 30c.
Die Federanordnung 30 mit dem Ringabschnitt 30a, dem nach innen gekrümmten Wandabschnitt 30b und dem ebenen Scheibenabschnitt 30c ist aus einem biegewei- chen, zugfesten Material als Pressteil hergestellt. Auch das konzentrisch gewellte Blechformteil 3Oe ist ein Pressteil. Dabei ist der Ständer 24 als Multipolständer mit langgestreckten, nebeneinander oder konzentrischen, im Abstand angeordneten Ständerpolen 24a ausgebildet. Mehrere Erregerspulen 24b sind in dem Ständer 24 den jeweiligen Ständerpolen 24a diese umgebend zugeordnet. Gleichermaßen kann der scheibenförmige Anker 26 als Multi- polanker ausgebildet sein, dessen Ankerpole auf die jeweiligen Ständerpole ausgerichtet sind. Damit kann sich der Anker 26 entlang der Mittellängsachse M bewegen, wobei auch der metallische Faltenbalg 30 dazu eingerichtet ist, längs dieser Mittellängsachse M zu expandieren/kontrahieren. Die Ventilnadel 34 reicht durch eine zentrale Öffnung 36 in dem Ständer 24 und trägt an ihrem freien Ende (in Fig. 4 unten) ein Ventilglied 46, das längs der Mittelachse M längsbeweglich ist.The spring assembly 30 with the ring portion 30a, the inwardly curved wall portion 30b and the flat disc portion 30c is made of a bendable, tensile material as a pressed part. Also the concentric corrugated sheet metal part 3Oe is a pressed part. In this case, the stand 24 is designed as a multipole stand with elongated, side by side or concentric, spaced stator poles 24a. Several excitation coils 24b are associated in the stator 24 surrounding the respective stator poles 24a. Similarly, the disk-shaped armature 26 may be formed as a multi-pole anchor whose anchor poles are aligned with the respective stator poles. Thus, the armature 26 can move along the central longitudinal axis M, wherein the metallic bellows 30 is adapted to expand / contract along this central longitudinal axis M. The valve needle 34 extends through a central opening 36 in the stator 24 and carries at its free end (in Fig. 4 below), a valve member 46 which is longitudinally movable along the central axis M.
Das Ventilglied 46 ist Teil einer Ventilanordnung 46, 48 bestehend aus dem Ventilglied 46 und einem Ventilsitz 48, um das Fluid in gesteuerter Weise auszustoßen. Der Ventilsitz 48 ist als sich nach innen öffnendes Ventil gestaltet, bei dem das Ventilglied 46 in eine Mulde 48a mit mehreren Austrittskanälen 52 eintaucht um das Ventil zu schließen bzw. aus diesem austaucht um die Austrittskanäle 52 freizugeben. Das Ventilglied 46 wird durch die Ventilnadel 34 gegenüber dem mit dem Ventilglied 46 zusammenwirkenden und stromabwärts zu dem Fluid-Einlass 12 angeordneten ortsfesten Ventilsitz 48 zwischen einer Offen-Stellung und einer Geschlossen-Stellung (in Fig. 4 auf und ab) bewegt. Der Ventilsitz 48 ist dazu in einer Buchse 36 eingearbeitet, die einen Rohrstutzen 50 abschließt, der an der Kammer 14 angeformt ist.The valve member 46 is part of a valve assembly 46, 48 consisting of the valve member 46 and a valve seat 48 to eject the fluid in a controlled manner. The valve seat 48 is configured as an inwardly-opening valve in which the valve member 46 dips into a trough 48a having a plurality of exit passages 52 to close and exit the valve, respectively, to release the exit passages 52. The valve member 46 is moved by the valve needle 34 opposite the stationary valve seat 48 cooperating with the valve member 46 and located downstream of the fluid inlet 12 between an open position and a closed position (up and down in FIG. 4). The valve seat 48 is for this purpose incorporated in a bushing 36 which closes a pipe socket 50 which is integrally formed on the chamber 14.
Dabei wird die Ventilnadel 34 mit dem Ventilglied 46 durch Federanordnung 30 im Sinne eines Öffnens belastet, wenn der Fluiddruck im Innern der Kammer 14 steigt. Beim Bestromen der Erregerspulen 24b wird in den Ständerpolen 24a ein wirbel- stromarmes Magnetfeld induziert, das die Ankerscheibe 26 mit der Ventilnadel 34 in Richtung des Ständer 24 zieht. Durch Federanordnung 30 kann die für das Abheben des Ventilgliedes 46 aus dem Ventilsitz 48 erforderliche Magnetkraft - und damit der dafür erforderliche elektrische Strom - auch bei steigendem oder schwankendem Fluiddruck im Innern der Kammer 14 zumindest nahezu konstant gehalten werden.In this case, the valve needle 34 is loaded with the valve member 46 by spring arrangement 30 in the sense of opening when the fluid pressure in the interior of the chamber 14 rises. When energizing the excitation coils 24 b, a vortex-current-poor magnetic field is induced in the stator poles 24 a, which pulls the armature disk 26 with the valve needle 34 in the direction of the stator 24. By spring assembly 30 for the lifting of the valve member 46 from the valve seat 48 required magnetic force - and thus the required electrical current - even with increasing or fluctuating fluid pressure in the interior of the chamber 14 are kept at least almost constant.
Zwischen dem Ständer 24 und dem Anker 26 ist ein quer zur Bewegungsrichtung des Ankers 26 orientierter Arbeitsluftspalt 32 gebildet. Dabei stellt der Unterschied zwischen der minimalen und der maximalen Erstreckung des Arbeitsluftspalts in Rich- tung der Mittellängsachse M den Hub dar, um den das Ventilglied 46 vom Ventilsitz 48 abheben kann. Der Multipolständer 24 hat eine Anordnung von mehreren im Querschnitt oder in der Draufsicht zylindrischen, mehreckigen Polstegen 28a die auf einer Fläche angeordnet sind. Diese im vorliegenden Beispiel rechteckigen Polstege können in der Draufsicht auch im Wesentlichen quadratisch oder trapezförmig geformt sein. Sie sind von einer oder mehreren Spulenanordnungen 24b umgeben. Dabei ist in der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung jedem Polsteg eine eigene Spulenanordnung zugeordnet, die ihn umgibt. Es ist jedoch auch möglich, dass eine Spulenanordnung um mehrere Polstege gewunden ist. Es versteht sich jedoch, dass die Spulenanordnungen sich den Raum zwischen zwei benachbarten Polstegen teilen können.Between the stator 24 and the armature 26, a transverse to the direction of movement of the armature 26 oriented working air gap 32 is formed. In this case, the difference between the minimum and the maximum extent of the working air gap in the direction of the central longitudinal axis M represents the stroke by which the valve member 46 can lift off the valve seat 48. The Multipolständer 24 has an array of a plurality of cross-sectional or plan view cylindrical, polygonal pole pieces 28 a which are arranged on a surface. These in the present example rectangular pole webs may be formed in the plan view also substantially square or trapezoidal. They are surrounded by one or more coil arrangements 24b. In the present embodiment of the invention, each pole web is assigned its own coil arrangement which surrounds it. However, it is also possible that a coil arrangement is wound around a plurality of pole webs. However, it should be understood that the coil assemblies can share the space between two adjacent pole lands.
Der Multipolständer 24 kann aus einstückigem Weicheisen gebildet sein, aus dem die Polstege bzw. die Zwischenräume ausgeformt sind. In ein derartiges einstückiges Weicheisen-Formteil können Ausnehmungen in Form von Schlitzen, in der Draufsicht längsverlaufenden Rillen, oder Langlöchern eingearbeitet sein. Es ist aber auch mög- lieh, die Magnetjochanordnung als Formteil aus gesintertem Eisenpulver herzustellen oder aus einer Vielzahl von Blechlagen oder aus mehreren Teilstücken zu montieren und zu ggf. verkleben.The Multipolständer 24 may be formed of one-piece soft iron, from which the pole web or the interstices are formed. In such a one-piece soft iron molding recesses in the form of slots, in plan view longitudinal grooves, or slots may be incorporated. However, it is also possible borrowed to produce the Magnetjochanordnung as a molded part made of sintered iron powder or to assemble from a variety of sheet metal layers or from several sections and to glue if necessary.
Der Anker 26 ist eine kreisrunde weicheisenhaltige Scheibe mit einer weiter unten im Detail beschriebenen Gestalt. Der Multipolständer 24 und der Anker 26 überlappen sich in radialer Richtung bezogen auf die Mittelachse M. Wie in der Fig. 1 gezeigt ist, hat der Multipolständer 24 etwa den gleichen Außendurchmesser wie der Anker 26, so dass der aus den Spulenanordnungen 24b hervorgerufene magnetische Fluss praktisch ohne nennenswerte Streu-Verluste in den Anker 26 eindringen kann. Damit wird ein besonders effizienter Magnetkreis realisiert, der sehr geringe Ventil- Öffnungs-/Schließ-Zeiten sowie hohe Haltekräfte erlaubt.The armature 26 is a circular soft iron-containing disc having a shape described in detail below. The multipole stator 24 and the armature 26 overlap in the radial direction with respect to the center axis M. As shown in Fig. 1, the multipole stator 24 has approximately the same outer diameter as the armature 26, so that the magnetic flux caused by the coil assemblies 24b can penetrate into the armature 26 practically without appreciable stray losses. This realizes a particularly efficient magnetic circuit that allows very low valve opening / closing times and high holding forces.
Die Ankerscheibe 26 kann - unabhängig von der Gestaltung des Multipolständers 24 bzw. der Spulenanordnungen 24b - auch eine geschlossene Kreisscheibe aus Weich- eisen sein, sofern die Ausgestaltung des Magnetjoches bzw. der Magnet-Spulenanordnung sicherstellt, dass die Streuverluste bzw. Wirbelstromverluste gering genug für den jeweiligen Einsatzzweck sind. Zur Verringerung des Gewichtes bei optimierter magnetischer Flußdichte ist der Anker als Multipolanker ausgebildet, dessen Ankerpole auf die jeweiligen Ständerpole hin ausgerichtet sind. Dazu sind die Ankerpole durch Schwächungen bzw. Verdickungen der ansonsten im Wesentlichen der Kontur der Stirnfläche der Gesamtheit aller Polstege folgenden Ankerplatte gebildet. Der Ständer 24 ist von einem Ringspalt 44 umgeben, durch den in der Kammer 14 befindliches Fluid durch den Rohrstutzen 50 zu der Ventilanordnung 46, 48 gelangen kann. In dem freien Ende (in Fig. 4 unten) ist eine Buchse 36 mit der Ventilanordnung 46, 48 angeordnet. Die Buchse 36 hat mehrere Fluid-Auslässe 52, die von dem Ventilsitz 48 nach außen reichen und die durch das an der Ventilnadel 34 angeordnete Ventilglied 46 zu verschließen/ freizugeben sind.Regardless of the design of the multipole stator 24 or the coil arrangements 24b, the armature disk 26 can also be a closed circular disk made of soft iron, provided that the design of the magnet yoke or magnet coil arrangement ensures that the leakage losses or eddy current losses are low enough are the respective purpose. To reduce the weight at optimized magnetic flux density, the armature is designed as a multipole anchor whose anchor poles are aligned with the respective stator poles out. For this purpose, the anchor poles are formed by weakening or thickening of the otherwise substantially the contour of the end face of the totality of all pole webs following anchor plate. The stator 24 is surrounded by an annular gap 44 through which fluid in the chamber 14 can pass through the pipe socket 50 to the valve arrangement 46, 48. In the free end (in Fig. 4 below), a sleeve 36 with the valve assembly 46, 48 is arranged. The bushing 36 has a plurality of fluid outlets 52 which extend outwardly from the valve seat 48 and which are to be closed / released by the valve member 46 disposed on the valve needle 34.
Während die Ausführungsform von Fig. 4 ein nach innen öffnendes Ventil darstellt, ist es auch möglich, eine nach außen öffnende Variante der Ventilanordnung 46, 48 zu realisieren. Um - ebenso wie bei der nach innen öffnenden Ausführungsform die durch das unter Druck stehende Fluid hervorgerufene Kraft zu kompensieren, welche die Ventilanordnung 46, 48 im Sinne eines Öffnens belastet, kann die Federanordnung 30 im Ruhezustand mit einer Vorspannung montiert sein, die etwa auf etwa die Hälfte der Kraft einzustellen ist, die das in die Kammer hineingepumpte Fluid als (Seh ließ-) Kraft auf das Ventilglied ausübt.While the embodiment of FIG. 4 illustrates an inwardly opening valve, it is also possible to realize an outwardly opening variant of the valve arrangement 46, 48. In order to compensate, as in the inwardly opening embodiment, the force caused by the pressurized fluid, which forces the valve assembly 46, 48 to open, the spring assembly 30 may be mounted at rest with a preload that is approximately at approximately zero half of the force exerted by the fluid pumped into the chamber as a (visual leave) force on the valve member.
Die Ausgestaltung der Federanordnung 30 ist ebenfalls davon abhängig, ob eine Anordnung gewählt ist, die so gestaltet und dimensioniert ist, dass sie sich bei steigendem Fluiddruck längt oder bei steigendem Fluiddruck verkürzt, und dabei auf den Anker 26 und folglich auf das Ventilglied 46 eine zu dem Fluiddruck korrelierte Kraft ausübt.The design of the spring assembly 30 is also dependent on whether an arrangement is chosen that is designed and dimensioned so that it lengthens with increasing fluid pressure or shortened with increasing fluid pressure, and thereby on the armature 26 and thus on the valve member 46 a to force correlated to the fluid pressure exerts.
Die in der obigen Beschreibung der Erfindung erläuterten Ausführungsformen und deren einzelne Aspekte sind selbstverständlich untereinander kombinierbar, auch wenn derartige Kombinationen nicht im Einzelnen vorstehend erläutert sind. Die gezeigten räumlichen und konstruktiven Details und Beziehungen der einzelnen Komponenten zueinander können tatsächlichen Anforderungen anzupassen sein. Im Übrigen sind einzelne Abmessungen und Proportionen in den Fig. so gewählt, dass die erläuterten Prinzipien und Konzepte besser darstellbar sind. Bei konkreten Aus- gestaltungen können davon abweichende Dimensionen zu wählen sein ohne dabei von dem Offenbarten und in den Ansprüchen Definierten abzuweichen. The embodiments explained in the above description of the invention and their individual aspects are of course combinable with each other, even if such combinations are not explained in detail above. The shown spatial and constructive details and relationships of the individual components to one another can be adapted to actual requirements. Incidentally, individual dimensions and proportions in the figures are selected such that the explained principles and concepts can be better represented. In the case of concrete designs, deviating dimensions may be chosen without deviating from what has been disclosed and defined in the claims.

Claims

Patentansprüche claims
1. Ein Fluid-Einspritzventil (10) mit1. A fluid injection valve (10) with
- einem Einlass (12), deran inlet (12) which
5 o dazu eingerichtet ist, Fluid aus einer Zufuhr-Leitung aufzunehmen, und o mit einer Kammer (14) verbunden ist,5 o is adapted to receive fluid from a supply line, and o is connected to a chamber (14),
- einem Fluid-Auslass (52), der o mit der Kammer (14) verbunden ist, und lo o der dazu eingerichtet ist, Fluid aus dem Fluid-Einspritzventil (10) ausströmen zu lassen, und o eine Ventilanordnung (46, 48) aufweist, mita fluid outlet (52) connected to the chamber (14) and adapted to discharge fluid from the fluid injection valve (10) and a valve assembly (46, 48) having, with
einem Ventilsitz (48) und a valve seat (48) and
einem Ventilglied (46), wobei i5 • das Ventilglied (46) dazu eingerichtet ist, relativ zu dem a valve member (46), wherein the valve member (46) is arranged relative to the valve member (46)
Ventilsitz (48) Öffnungs- und Schließbewegungen auszuführen,Valve seat (48) to perform opening and closing movements,
- einem Linearaktor, der dazu eingerichtet ist, das Ventilglied (46) relativ zu dem Ventilsitz (48) zu bewegen, und mita linear actuator adapted to move the valve member (46) relative to the valve seat (48), and with
20 - einer Federanordnung (30), die auf das Ventilglied (46) eine Kraft ausübt, die vom in der Kammer (14) herrschenden Fluiddruck abhängig ist.20 - a spring arrangement (30) which exerts on the valve member (46) a force which is dependent on the pressure prevailing in the chamber (14) fluid pressure.
2. Das Fluid-Einspritzventil (10) nach Anspruch 1, wobei die Federanordnung (30) eine zum in der Kammer (14) herrschenden Fluiddruck umgekehrt 5 proportionale Kraft auf das Ventilglied (46) ausübt.2. The fluid injection valve (10) according to claim 1, wherein the spring assembly (30) exerts a proportional to the prevailing in the chamber (14) fluid pressure 5 proportional force on the valve member (46).
3. Das Fluid-Einspritzventil (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Federanordnung (30) eine Kraft ausübt, die a. auf das Ventilglied (46) in Richtung eines Schließens der Ventilanord- 0 nung (46, 48) wirkt, sofern das Ventilglied (46) sich beim Öffnen - bezogen auf die Kammer (14) - nach außen bewegt, oder b. auf das Ventilglied (46) in Richtung eines Öffnens der Ventilanordnung (46, 48) wirkt, sofern das Ventilglied (46) sich beim Öffnen - bezogen auf die Kammer (14) - nach innen bewegt. 53. The fluid injection valve (10) according to claim 1 or 2, wherein the spring assembly (30) exerts a force which a. acting on the valve member (46) in the direction of closing the Ventilanord- voltage (46, 48), provided that the valve member (46) when opening - relative to the chamber (14) - moves outward, or b. on the valve member (46) in the direction of opening the valve assembly (46, 48) acts, provided that the valve member (46) during opening - relative to the chamber (14) - moves inwards. 5
4. Das Fluid-Einspritzventil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Federanordnung (30) einen Ruhezustand mit einer Vorspannung hat, wobei die Vorspannung etwa ein Viertel bis drei Viertel der Kraft auf das Ventilglied (46) ausübt, die das in die Kammer (14) hineingepumpte Fluid ausübt.4. The fluid injection valve (10) according to one of the preceding claims, wherein the spring arrangement (30) has a rest state with a bias, wherein the biasing force exerts about a quarter to three quarters of the force on the valve member (46) exerting the fluid pumped into the chamber (14).
5 5. Das Fluid-Einspritzventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Federanordnung durch eine Faltenbalg-Anordnung (30) gebildet ist, deren auf das Ventilglied (46) ausgeübte Kraft mit dem in der Kammer (14) herrschenden Druck des Fluids variiert.5 5. The fluid injection valve (10) according to any one of the preceding claims, wherein the spring assembly is formed by a bellows arrangement (30) whose force exerted on the valve member (46) with the pressure prevailing in the chamber (14) Fluids varies.
lo 6. Das Fluid-Einspritzventil (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Faltenbalg-Anordnung (30) eine im Wesentlichen zylindrische oder kegelige Gestalt hat.The fluid injection valve (10) according to the preceding claim, wherein the bellows assembly (30) has a substantially cylindrical or conical shape.
7. Das Fluid-Einspritzventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, i5 wobei die Federanordnung (30) so gestaltet und dimensioniert ist, dass sie sich bei steigendem Fluiddruck längt.7. The fluid injection valve (10) according to any one of the preceding claims, i5 wherein the spring assembly (30) is designed and dimensioned so that it elongates with increasing fluid pressure.
8. Das Fluid-Einspritzventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Federanordnung (30) so gestaltet und dimensioniert ist, dass sie8. The fluid injection valve (10) according to any one of the preceding claims, wherein the spring assembly (30) is designed and dimensioned so that they
20 sich bei steigendem Fluiddruck verkürzt.20 shortens with increasing fluid pressure.
9. Das Fluid-Einspritzventil (10) nach Anspruch 5, wobei die Federanordnung a. eine im Wesentlichen tellerförmige Schub-/Zugplatte () hat, die in radialer Richtung - bezogen auf die Bewegungsrichtung des Ventilglieds (46) 5 - orientiert ist, und b. wenigstens eine unter Druck verformbare Kammer (), die an der tellerförmigen Schub-/Zugplatte () fluiddicht so angeordnet ist, dass sie unter Einwirkung von in der Kammer (14) herrschendem Druck die Schub- /Zugplatte () elastisch verformt, so dass deren auf das Ventilglied (46)0 ausgeübte Kraft mit dem in der Kammer (14) herrschenden Druck des9. The fluid injection valve (10) according to claim 5, wherein the spring arrangement a. a substantially plate-shaped push / pull plate (12) radially oriented with respect to the direction of movement of the valve member (46), and b. at least one pressure deformable chamber (12) fluidly sealed to the plate-shaped push / pull plate (12) so as to elastically deform the push / pull plate (12) under the pressure prevailing in the chamber (14) on the valve member (46) 0 exerted force with the in the chamber (14) prevailing pressure of
Fluids variiert.Fluids varies.
10. Das Fluid-Einspritzventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Federanordnung (30) einen kreiszylindrischen oder kreiskoni-5 sehen Ringabschnitt (30a) hat, der auf dem Ständer (24) ruht, und einen ebenen Scheibenabschnitt (30c) hat, der eine zentrische Ausnehmung (3Od) hat, in der ein Zapfen (26a) des Ankers/Läufers (26) aufgenommen ist.10. The fluid injection valve (10) according to any one of the preceding claims, wherein the spring assembly (30) has a circular cylindrical or kreiskoni- see 5 see ring portion (30 a) resting on the stand (24), and a flat disc portion (30 c) has a central recess (3Od), in which a pin (26a) of the armature / rotor (26) is received.
11. Das Fluid-Einspritzventil (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei 5 an der dem Ständer (24) zugewandten Seite der Federanordnung (30) ein konzentrisch gewelltes Blechformteil (3Oe) fluiddicht so angeordnet ist, dass durch das Blechformteil (3Oe) und die Schub-/Zugplatte (30c) eine unter Druck verformbare Druckkammer (3Of) gebildet ist. o11. The fluid injection valve (10) according to the preceding claim, wherein 5 on the stator (24) facing side of the spring assembly (30) a concentrically corrugated sheet metal part (3Oe) is fluid-tight so arranged that through the sheet metal part (3Oe) and the push / pull plate (30c) is a pressure deformable pressure chamber (3Of) is formed. O
12. Das Fluid-Einspritzventil (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das konzentrisch gewellte Blechformteil (3Oe) an seinen Rändern fluiddicht mit der Schub-/Zugplatte (30c) bzw. dem Ringabschnitt (30a) verbunden ist und an mehreren Stellen (30g), an denen das gewellte Blechformteil (3Oe) mit der Schub-/Zugplatte (30c) in Berührung steht, feste Verbindun-5 gen zwischen ihnen vorgesehen sind.12. The fluid injection valve (10) according to the preceding claim, wherein the concentric corrugated sheet metal part (3Oe) at its edges fluid-tight with the push / pull plate (30c) and the ring portion (30a) is connected and at several points (30g ), where the corrugated sheet metal part (30e) is in contact with the push / pull plate (30c), fixed connections are provided between them.
13. Das Fluid-Einspritzventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Linearaktor eine Elektromagnetanordnung (24, 26) mit einem Ständer (24) und einem Läufer (26) ist, deren Läufer (26) mit dem Ventil-o glied (46) getrieblich gekoppelt oder ein Teil des Ventilglieds (46) ist.13. The fluid injection valve (10) according to any one of the preceding claims, wherein the linear actuator is a solenoid assembly (24, 26) having a stator (24) and a rotor (26) whose rotor (26) member with the valve-o (46) is ganged or part of the valve member (46).
14. Das Fluid-Einspritzventil (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Ständer ein Multipolständer (24) mit mehreren nebeneinander im Abstand angeordneten Ständerpolen ausgebildet ist, der mehrere, den jewei-5 ligen Ständerpolen (24a) zugeordnete und zwischen jeweils zwei Ständerpolen angeordnete Erregerspulen (24b) aufweist.14. The fluid injection valve (10) according to the preceding claim, wherein the stator is a Multipolständer (24) having a plurality of juxtaposed spaced stator poles, the multiple, the respective 5-legged stator poles (24a) associated and between each two stator poles arranged excitation coils (24b) has.
15. Das Fluid-Einspritzventil (10) nach den beiden vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Anker (26) als Multipolanker ausgebildet ist, dessen Anker- pole auf die jeweiligen Ständerpole (24a) ausgerichtet sind.15. The fluid injection valve (10) according to the two preceding claims, wherein the armature (26) is designed as a multipole anchor whose armature poles are aligned with the respective stator poles (24a).
16. Das Fluid-Einspritzventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektromagnet-Anordnung zwischen dem Ständer (28) und dem Anker (30) einen vorzugsweise quer zur Bewegungsrichtung des Ankers (30) orientierten Arbeitsluftspalt (34) aufweist. 16. The fluid injection valve (10) according to any one of the preceding claims, wherein the electromagnet arrangement between the stator (28) and the armature (30) has a preferably transverse to the direction of movement of the armature (30) oriented working air gap (34).
17. Das Fl uid- Ei nspritzventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Linearaktor zumindest teilweise im Innern der Kammer (16) angeordnet ist.17. The fluid injection valve (10) according to any one of the preceding claims, wherein the linear actuator is at least partially disposed in the interior of the chamber (16).
5 18. Das Fluid-Einspritzventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ständer (24) und/oder der Anker (26) wenigstens einen Fluidka- nal (44) für Fluid in Richtung zu der Ventilanordnung (46, 48) hin aufweisen.18. The fluid injection valve of claim 1, wherein the stator and / or the armature have at least one fluid channel for fluid in the direction of the valve arrangement. towards.
lo 19. Das Fluid-Einspritzventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektromagnetanordnung (24, 26) auf ein bewegliches Ventilglied (46) der Ventilanordnung (46, 48) einwirkt, um dieses gegenüber einem mit dem Ventilglied (46) zusammenwirkenden und stromabwärts zu dem Fluid-Einlass (12) angeordneten ortsfesten Ventilsitz (48) zwischen ei- i5 ner Offen-Stellung und einer Geschlossen-Stellung zu bewegen.19. The fluid injector (10) of any one of the preceding claims, wherein the solenoid assembly (24, 26) acts on a moveable valve member (46) of the valve assembly (46, 48) to engage with the valve member (46). co-operating stationary valve seat (48) disposed downstream of the fluid inlet (12) between an open position and a closed position.
20. Das Fluid-Einspritzventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere auf die Ventilanordnung (46, 48) wirkende Elektromagnet- Anordnungen (28, 30, 32) vorgesehen sind.20. The fluid injection valve (10) according to any one of the preceding claims, wherein a plurality of the valve assembly (46, 48) acting electromagnet assemblies (28, 30, 32) are provided.
2020
21. Das Fluid-Einspritzventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das als Brennstoff-Einspritzventil eingerichtet und dimensioniert ist, um in den Brennraum einer fremdgezündeten oder einer selbstzündenden Brennkraftmaschine zu ragen.21. The fluid injection valve (10) according to any one of the preceding claims, which is designed and dimensioned as a fuel injection valve to protrude into the combustion chamber of a spark-ignited or a self-igniting internal combustion engine.
25 25
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DE (1) DE102007008901B4 (en)
WO (1) WO2008101535A1 (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100185049A1 (en) * 2008-10-22 2010-07-22 Allergan, Inc. Dome and screw valves for remotely adjustable gastric banding systems
EP2366888A1 (en) * 2010-03-17 2011-09-21 Continental Automotive GmbH Valve assembly for an injection valve, injection valve and method for assembling a valve assembly of an injection valve
DE102010031643A1 (en) * 2010-07-22 2012-01-26 Robert Bosch Gmbh Fuel injector with dry solenoid actuator
DE102013212681A1 (en) * 2013-06-28 2014-12-31 Robert Bosch Gmbh Solenoid valve and method of manufacturing solenoid valves
EP2837812A1 (en) * 2013-08-14 2015-02-18 Continental Automotive GmbH Actuator assembly for a fluid injection valve and fluid injection valve
EP2846032B1 (en) * 2013-09-09 2016-04-27 Continental Automotive GmbH Fluid injection valve
EP2857670B1 (en) 2013-10-04 2018-12-12 Continental Automotive GmbH Fuel injector
EP3252302B1 (en) * 2015-01-30 2019-10-30 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Fuel injection valve
DE102016206473A1 (en) * 2016-04-18 2017-10-19 Robert Bosch Gmbh Control valve for controlling a medium, in particular a fuel
JP2018119402A (en) * 2017-01-23 2018-08-02 日立オートモティブシステムズ株式会社 Fuel injection valve

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR983969A (en) * 1943-09-14 1951-06-29 Method and device for injecting liquid fuels into engines
US4269361A (en) 1978-12-09 1981-05-26 Lucas Industries Limited Fuel injection nozzles
DE4005455A1 (en) * 1989-02-28 1990-08-30 Volkswagen Ag Dosing valve for vehicle IC engine fuel injection - has piezoelectric actuator and spring membrane seal for closing force
DE19912666A1 (en) * 1999-03-20 2000-09-21 Bosch Gmbh Robert Fuel injector
DE50010902D1 (en) * 1999-04-20 2005-09-15 Siemens Ag fluid metering
DE10044922B4 (en) * 2000-09-12 2004-09-16 Hengst Gmbh & Co.Kg Device for regulating the pressure in the crankcase of an internal combustion engine
DE10136807A1 (en) 2001-07-27 2003-02-13 Bosch Gmbh Robert Fuel injection valve for IC engine uses piezoelectric or magnetostrictive actuator for operation of valve closure via valve needle
DE50312340D1 (en) * 2002-04-22 2010-03-04 Continental Automotive Gmbh DOSING DEVICE FOR FLUIDS, ESPECIALLY MOTOR VEHICLE INJECTION VALVE
DE10310297A1 (en) * 2003-03-10 2004-09-23 Robert Bosch Gmbh Fuel injector

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2008101535A1 *

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Publication number Publication date
DE102007008901B4 (en) 2008-10-16
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DE102007008901A1 (en) 2008-08-28

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