EP2519732A1 - Elektromagnetisch betätigtes mengensteuerventil, insbesondere zur steuerung der fördermenge einer kraftstoff-hochdruckpumpe - Google Patents

Elektromagnetisch betätigtes mengensteuerventil, insbesondere zur steuerung der fördermenge einer kraftstoff-hochdruckpumpe

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EP2519732A1
EP2519732A1 EP10778969A EP10778969A EP2519732A1 EP 2519732 A1 EP2519732 A1 EP 2519732A1 EP 10778969 A EP10778969 A EP 10778969A EP 10778969 A EP10778969 A EP 10778969A EP 2519732 A1 EP2519732 A1 EP 2519732A1
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EP
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stop
armature
control valve
moving part
quantity control
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EP10778969A
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Winfried Eckart
Valentin Szermutzky
Ersin Dogan
Juergen Koreck
Matthias Maess
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication of EP2519732B1 publication Critical patent/EP2519732B1/de
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    • F02M59/36—Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
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    • F02M59/46—Valves
    • F02M59/466—Electrically operated valves, e.g. using electromagnetic or piezoelectric operating means
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0017—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using electromagnetic operating means

Definitions

  • Electromagnetically actuated quantity control valve in particular for controlling the delivery rate of a high-pressure fuel pump
  • the invention relates to an electromagnetically actuated quantity control valve according to the preamble of claim 1.
  • an armature of the electromagnet for example, with longitudinal bores in order to adjust the damping occurring during the movement of the armature can. Through such axial bores in the armature fluid, so fuel, transported from one axial side of the armature to the other side.
  • an axial bore in the armature it is also known to provide axial grooves on a peripheral wall of the armature, which also allow a fluid exchange between the two sides of the armature.
  • the invention provides an electromagnetically actuated quantity control valve according to claim 1.
  • Advantageous developments are in
  • the quantity control valve according to the invention has a in one
  • Movement direction is limited by a stop.
  • the housing section can be filled with fluid. If the anchor abuts against the stop, then there is one
  • An advantage of the invention is that during an attraction movement, i. a movement of the armature on the stop, in the area of the contact surface before the contact in connection with the fluid forms a pressure cushion, L5 which determines the speed of movement before the impact of the armature on the
  • Another advantage of the invention is evident in a peel, i. a movement of the armature away from the stop, starting from a contact 20 of the armature to the stop. In the area of the contact surface arises
  • NVH Noise, Vibration & Harshness
  • the impact delay reduces the pulsation of the pressure during the tightening movement. Also Preller, ie a multiple impact in the tightening movement by resilient properties of the components involved, 35 are minimized. A reduction of cavitation tendency is due to the time damped pressure curve and thus a slight tendency to locally suddenly occurring pressure differences achieved.
  • Venting volume which is connected to an axial channel within the armature, to the fact that during the peeling movement, a rapid refilling 20 of the volume arising in the region of the contact surface is achieved.
  • Venting volume is also advantageous in the tightening movement, since the fluid, which is located in the region of the contact surfaces, can flow off quickly.
  • a dead volume which is included in the abutment of the armature at the stop between the two contact partners and has no connection to an axial channel.
  • the dead volume shortly before the abutment of the armature against the stopper causes the fluid in the dead volume to be pinched off and thus also acts as a pressure cushion between the armature 30 and the stop.
  • venting of the two venting volumes can be guaranteed and no further axial channels with openings in both venting volumes are necessary.
  • a surface of the armature or of the stop is made non-magnetic.
  • a non-magnetic material may have a higher strength than the material of the armature or the abutment, which increases the wear resistance and thus the life of the quantity control valve.
  • Texture of a surface which is the contact surface associated, characterized by a profiling.
  • profiling can be the
  • Figure 1 is a simplified diagram of a fuel injection system of a
  • Figure 2a is a sectional view of a simplified schematic of a
  • FIG. 2b shows a sectional view of the electromagnet (without coil) of the FIGURE
  • FIG. 3a shows a sectional view according to FIG. 2a with an armature with a circular contact surface
  • Figure 3b is an axial plan view corresponding to a direction of purple on the
  • FIG. 4a shows a sectional view according to Figure 2a with a stop with a
  • Figure 4b is an axial plan view corresponding to a direction IIIb on the
  • FIG. 5a shows a sectional view according to FIG. 2a with an armature with an annular contact surface
  • Figure 5b is an axial plan view corresponding to a direction of purple on the
  • FIG. 6a shows a sectional view according to FIG. 2a with an armature with an annular contact surface
  • Figure 6b is an axial plan view corresponding to a direction of purple on the
  • FIG. 7a shows a sectional view according to FIG. 2a with an armature with an annular contact surface and a groove;
  • Figure 7b is an axial plan view corresponding to a direction of purple on the
  • FIG. 7a Anchor according to FIG. 7a;
  • Figure 8 is a sectional view of a stopper body
  • Figure 9 is a sectional view of a stop anchor
  • Figure 10a is a sectional view of a stop anchor
  • Figure 10b is an axial plan view of a stop body according to
  • FIG. 1 shows a fuel injection system 1 of an internal combustion engine in a much simplified representation.
  • a fuel tank 9 is connected via a suction line 4, a Vorforderpumpe 5 and a low-pressure line 7 with a (not explained in detail) high-pressure pump 3.
  • a high-pressure accumulator 13 (“common rail”) is connected via a high-pressure line 1 1.
  • a quantity control valve 14 with an electromagnetic actuator 15 - hereinafter referred to as an electromagnet 15 - is arranged hydraulically in the course of the low pressure line 7 between the Vorforderpumpe 5 and the high pressure pump 3.
  • Other elements, like are, like.
  • valves of the high-pressure pump 3 are not shown in the figure 1. It is understood that the quantity control valve 14 may be formed as a unit with the high-pressure pump 3. For example, an intake valve of the high-pressure pump 3 can be forcibly opened by the quantity control valve 14.
  • the pre-demand pump 5 delivers fuel from the fuel tank 9 into the low-pressure line 7.
  • the quantity control valve 14 determines the quantity of fuel supplied to the high-pressure pump 3.
  • Figure 2a shows a simplified representation of a section of
  • Quantity control valve 14, and the electromagnet 15 have a rotational symmetry about a central longitudinal axis of a housing portion 20 substantially. Shown is the substantially hollow cylindrical housing portion 20, and in this a generally markable as a moving part, displaceable in the direction of the longitudinal axis anchor 22 and fixed to the armature 22
  • the housing portion 20 is limited in the right part of the drawing by a stop 26. In one in the
  • Housing portion 20 formed and generally as a movement space
  • markable armature space 28 is located on both sides of the armature 22, a non-visible in the drawing fluid 30. Between an inner
  • the armature 22 has four axial channels 38, two of which are visible in the sectional view of FIG. 2a.
  • the channels 38 can either be designed as bores in the armature 22 or as a groove on the peripheral wall 34 of the armature 22, as shown.
  • the end face of the armature 22 is located on the stop 26 in the region of a contact surface directly.
  • the contact surface is defined in the apparatus of Figure 2a by the front surface of the armature 22 and interrupted only by the mouths of the channels 38.
  • the contact surface is generally composed of the overlapping surfaces of armature 22 and stop 26.
  • the individual surfaces can in the
  • the armature 22 is moved together with the valve element 24 in the drawing to the right, which corresponds to the tightening movement. This is symbolized by an arrow 42.
  • the tightening movement is characterized in that the moving part, here the armature 22, on a non-movable part, here the
  • Stop 26 too moved. After concern of the anchor 22 on the stop 26, the armature 22 is moved away from the stop 26 or pulled away. This is the stripping movement. An opening or closing of the valve is not meant with the tightening or Abziehdoch.
  • the total area of the armature 22 on the front side, that is to say on the side facing the stop 26, corresponds to the plan view surface from the direction IIIa.
  • the plan view surface takes neither the mouths of the axial channels 38 nor the annular gap 36.
  • the total area is thus defined by a plan view surface from the direction of the opposite contact partner, here the armature 22 or the stopper 26.
  • Anchor space 28 steadily reduced.
  • the existing in the section 44 fluid 30 is displaced.
  • the fluid 30 flows out of this section 44 in accordance with the arrows 46 drawn.
  • Quetsch free means a hindrance to the displacement of the fluid 30. This is indicated in Figure 2a by double arrows 48. With the squeezing effect, an impact damping of the armature 22 is made possible. That the armature 22 can fly at high speed on the stop 26 and the impact of the armature 22 on the stop 26 is damped by the crushing effect and a pressure pad resulting therefrom.
  • the crushing effect depends on the contact surface between anchor 22 and stop 26.
  • the pressure pad extends in the illustrated in Figure 2a quantity control valve 14 corresponding to the illustrated double arrows 48 between the overlapping surfaces of the armature 22 and the
  • Anchor 22 and the stopper 26 The volume is filled with the fluid 30 via the axial channels 38 corresponding to the arrows 47.
  • a so-called hydraulic bonding may occur, which is the
  • FIG. 3a shows a section of the quantity control valve L5 14 with an electromagnet 15 in a simplified representation, following the representation principle of Figure 2a.
  • the armature 22 in this case has a cylindrical projection 62 with a circular surface 60.
  • the circular surface 60 defines the contact surface.
  • the surface 60 is smaller than the total area of the armature 22.
  • the material of one of the contact surface forming surfaces of the armature 22 or the stopper 26 is made non-magnetic. This can be done for example by a chrome plating, which also represents a wear-resistant surface.
  • the surface 60 in contrast to Figure 3a also have a different shape, in which case the opposite stop 26 has a corresponding, the shape of the surface 60 receiving shape.
  • the surface 60 may have a concave shape and the stop in the corresponding area may have a convex shape.
  • the surface 60 may be configured such that when a gap between the armature 22 and the stop 26 is present. For example, if a radially outwardly increasing distance from the surface 35 60 and stop 26 is provided in the region of the contact surface, the gap is created radially outwards. This gap allows fluid from a radial outside the contact surface lying in the area of the volume
  • the surface 60 may be characterized by a profiling. This can be designed differently. For example, a profile in the form of concentric circles makes it difficult for the fluid 30 to flow in the radial direction during the application and removal movement. This means that compared to a smooth surface during the tightening movement
  • FIG. 3b shows the axial plan view of the armature 22 corresponding to the direction lilac in FIG. 3a. For graphic reasons, only the upper half of the armature 22 is shown. The lower half, not drawn, is mirror-symmetrical. In FIG. 3b, the axial channels 38 and the cylindrical projection 62 with the circular surface 60 can be seen. Furthermore, one half of the double arrow 48 can be seen, which is the
  • Pressure pad represents.
  • the peripheral wall 34 limits the anchor 22.
  • the operating situation in FIG. 3 a is as follows: According to the operating situation in FIG. 2 a, the tightening movement, the armature 22 is moved to the right with a valve element 24 corresponding to an arrow 42 in the drawing. The volume of the portion 44 of the armature space 28 is steadily reduced and the fluid flows in accordance with arrows 46 from the
  • the crushing effect arises between the circular surface 60 and the overlapping part of the surface of the stop 26.
  • the crushing effect creates a pressure pad according to the double arrow 48 and an impact damping of the armature 22 is ensured. Because the surface 60 is smaller than the total area of the armature 22, this results
  • Pressure pad not in the area of the total surface of the armature 22, but only in the area of the smaller contact surface.
  • FIG. 4a The sectional view of Figure 4a shows a section of the quantity control valve 14 in a simplified representation, following the representation principle of Figure 25 2a.
  • the stop 26 has a cylindrical projection 62 with a
  • the circular surface 60 is smaller than the total area of the abutment 26.
  • the contact area decreases in comparison to FIG. 2a.
  • Peripheral wall 32 of the housing portion 20 limits the plan view shown
  • FIG. 4a substantially corresponds to that of FIG. 3a.
  • a pull-off movement, not shown, essentially corresponds to the explanations regarding FIGS. 3a and 3b.
  • the cylindrical projection 62 and thus the circular contact surface 60 are formed on the armature 22 in FIGS. 3a and 3b, and on the stop 26 in FIGS. 4a and 4b.
  • the contact surface and thus the pressure pad can, according to the double arrows 48 of the corresponding figures 3a to 4b, that is also achieved by a correspondingly reversed profiling of the armature 22 and the stopper 26.
  • the following exemplary embodiments are therefore to be understood as meaning that an approximately equivalent function with respect to the contact surfaces and the pressure pad can also be achieved by a correspondingly inverted shape or profiling of the opposing contact partners. When profiling a desired ventilation through the axial channels 38 is also to be considered.
  • FIG. 5a shows in a simplified representation a detail of the quantity control valve 14 with an electromagnet 15.
  • the armature 22 has one
  • hollow cylindrical projection 64 with an annular surface 61, wherein axial channels 38 are radially outside of the hollow cylindrical projection 64.
  • the annular surface 61 is smaller than the total area of the armature 22.
  • the contact area of FIG. 5a is smaller in comparison to the contact area in FIG. 3a, assuming the same circular outside diameter of the cylindrical projection 62 in FIG. 3a and the hollow cylindrical projection 64 in FIG. 5a.
  • FIG. 5b shows the axial plan view of the armature 22 corresponding to a direction lilac according to FIG. 5a with the hollow-cylindrical projection 64, the annular surface 61 and the dead volume 66.
  • the armature 22 is bounded by the peripheral wall 34 and further includes the axial channels 38.
  • the arrows 48 represent the pressure pad.
  • the operating situation in FIG. 5a essentially corresponds to that of FIG. 2a.
  • the fluid 30, which is located in the dead volume 66 is closed by the venting volume 65 located radially outside 5.
  • the fluid 30 in the dead volume acts as a pressure pad, resulting in a similar effect, as in a circular surface 60 of Figure 3a and 3b. This means that in this case the effective pressure pad surface is greater than the contact surface.
  • a pull-off movement essentially corresponds to the
  • FIG. 6a shows, following the representation principle of Figure 2a, in a simplified representation of a section of the quantity control valve 14 with an electromagnet 15.
  • the armature 22 in this case has a hollow cylindrical projection 64 with an annular surface 61, wherein the axial channels 38th radially inside the hollow cylindrical projection
  • the annular surface 61 is smaller than the total area of the armature 22.
  • FIG. 6b the axial plan view of the armature 22 corresponding to a direction lil to the figure 6a with the hollow cylindrical projection 64 and the annular surface 61 can be seen.
  • the armature 22 is bounded by a peripheral wall 34 and further includes the axial channels 38 radially inwardly of the hollow cylindrical projection 64.
  • the arrows 48 represent the pressure pad.
  • FIG. 6a The operating situation in FIG. 6a is as follows: Due to the movement of the armature 22 in the direction of the arrow 42, a pressure cushion according to the double arrows 48 forms shortly before the abutment of the armature 22 against the stop 26. In the radially inside of the hollow cylindrical projection 64 lying mouths 35 of the axial channels 38 exists within the annular surface 61 a
  • Vent volume 65 The armature 22 has no dead volume 66 as in Figure 5a and 5b and the fluid 30 may be radially inside the hollow cylindrical
  • Projection 64 flow through the axial channels 38. Since the annular surface 61 is closed with the annular gap 36, the fluid 30 can flow when applying the armature 22 to the stop 26 substantially only in a direction 5 and that radially inwardly.
  • the design of the armature 22 means that a filling of the volume, which arises in the removal movement in the region of the annular surface 61, by the fluid 30 L0 occurs, which is radially within the hollow cylindrical projection 64, ie in the vent volume 65, is located.
  • the vent volume 65 is filled via the channels 38.
  • FIG. 7a shows a representation similar to that of L5 Figure 5a, but with additional grooves 68 in the hollow cylindrical projection
  • the annular surface 61 is thus interrupted by the radial grooves 68.
  • the armature 22 has only two axial channels 38 in this case.
  • the annular surface 61 is smaller than the
  • FIG. 7b shows the axial plan view of the armature 22 corresponding to the direction lil to that of FIG. 7a with the hollow cylindrical projection 64, the interrupted annular surface 61 and the radial groove 68.
  • the armature 22 is bounded by the peripheral wall 34 and further includes the axial channels 38 radially outwardly of the hollow cylindrical projection 64.
  • the double arrows 48 represent the pressure pad.
  • the arrow 67 in FIG. 7b indicates how the fluid 30 moves out of the first vent volume 65 into the second vent volume 65 during the tightening movement of the armature 22 and drains off directly via the axial channel 38.
  • the resulting volume in the area of the annular contact surface 61 fills radially from two directions: on the one hand radially from the outside through the second
  • Figure 8 shows a simplified representation of a section of
  • Quantity control valve 14 Shown is the housing portion 20 and in this the armature 22, connected to the valve element 24 as in Figure 2a. Furthermore, a fixed to the housing portion 20 stop body 73 is shown with a stop 27. The contact area between the armature 22 and stop 27 according to the arrows 48 is smaller than the total area of the armature 22.
  • a pull-off movement of the valve element 24 with the armature 22 is characterized in that the armature 22 moves in the direction of the arrow 43 toward the stop 26. Between the armature 22 and the stopper body 73, the pressure pad according to the double arrows 48 builds up before an impact or concern of the armature 22. In this case, the fluid 30 can flow off via the vent volume 65 and the channels 38 in accordance with the arrows 46.
  • FIG. 9 shows a section of a quantity control valve 14 with two
  • Valve element 24 firmly connected stop anchor 72 serve.
  • Stop anchor 72 is movable in the housing portion 20 along the longitudinal axis.
  • the valve member 24 is connected in a manner not shown with the armature 22, wherein the armature 22 is located on the right side of FIG 9.
  • the annular contact surface between the stop anchor 72 and the stop 26 according to the arrows 48 is smaller by the venting volumes 65 in the stopper body 73 than the total area of the stop anchor
  • the operating situation in FIG. 9 shows the moment shortly before abutment of the stop anchor 72 against the stop 26, i. the dressing movement.
  • a pressure pad according to the double arrows 48 formed between the overlapping surfaces of the stop anchor 72 and the stopper 26 and the stopper body 73 and the fluid 30 is on the
  • Stop 26 opposite to the arrow 42 has the result that in the region of the contact surface resulting volume between stop anchor 72 and
  • Stop 26 is filled with the fluid 30 from the venting volumes 65.
  • 10a shows a simplified representation of a section of the quantity control valve 14, or the electromagnet 15. Shown is the housing portion 20, and in this a longitudinal axis along the slidable stop anchor 72 with a peripheral wall 74.
  • Stop anchor 72 is fixedly connected to the valve element 24.
  • Valve element 24 is guided radially in the stationary stop body 73.
  • An inner circumferential wall 78 of the stopper body 73 defines with an outer peripheral wall 80 of the valve element 24 a guide gap 79 for guiding the valve element 24.
  • the guide gap is shown exaggeratedly large.
  • the stopper body 73 is characterized in that it in a direction purple, ie in the direction of the stop armature 72, a conical
  • the conical diameter jump 82 corresponds to an enlargement of the inner diameter in the direction of purple starting from the peripheral wall 78 and continues until the stop 26. Furthermore, the stop body 73 on the stop armature 72 side facing a groove 68th
  • the groove 68 extends from the diameter jump 82 in radial
  • the groove 68 connects the vent volume 65 within the diameter jump 82 with the armature space 28.
  • Contact area is smaller than the total area of the armature 22.
  • valve element 24 to see.
  • the radial bearing of the valve element 24 is shown with the limited by the peripheral walls 78 and 79 guide gap 79. Radially starting from the peripheral wall 78 via the diameter jump 82 of the stop body 73 goes over into the stop 26. Double arrows 48 represent the pressure pad and show with the indicated peripheral wall
  • FIGS. 10a and 10b The operating situation in FIGS. 10a and 10b is as follows:
  • the stop anchor 72 moves in the form of a tightening movement with the
  • valve element 24 to the stop 26 and thus the valve body 73 to.
  • the fluid 30 is interrupted by the groove 68, annular pressure pad corresponding to the contact surface and the double arrows 48.
  • the broken, annular contact surface is reduced by the diameter jump 82 and
  • Guide gap 79 can flow substantially no fluid 30.
  • a resulting volume in the area of the interrupted, annular contact surface is filled radially from the inside and from the outside by the venting volumes 65 with the fluid 30.
  • the fluid 30 flows over the armature space 28 radially from the outside. Furthermore, the fluid 30 flows over the inside diameter jump 82 and the groove 68 to.

Abstract

Es wird ein elektromagnetisch betätigbares Mengensteuerventil, insbesondere zur Steuerung der Fördermenge einer Hochdruckpumpe, beschrieben. Das Mengensteuerventil umfasst einen mit einem Fluid (30) befüllbaren Bewegungsraum (28), ein in diesem angeordnetes Bewegungsteil (22) einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung, und einen Anschlag (26). Bei einem Anliegen des Bewegungsteils (22) an dem Anschlag (26) ist zwischen dem Bewegungsteil (22) und dem Anschlag (26) eine Kontaktfläche vorhanden. Die Kontaktfläche ist durch eine Oberfläche des Bewegungsteils (22) und eine Oberfläche des Anschlags (26) festgelegt. Die Kontaktfläche ist kleiner als die Gesamtfläche des Bewegungsteils (22) oder des Anschlags (26).

Description

Beschreibung
Titel
Elektromagnetisch betätigtes Mengensteuerventil, insbesondere zur Steuerung der Fördermenge einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigtes Mengensteuerventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Vom Markt her bekannt sind Mengensteuerventile, welche ein elektromagnetisch betätigtes Ventilelement aufweisen. Damit kann die einer Hochdruckpumpe zugeführte Kraftstoff menge im Kraftstoffeinspritzsystem einer
Brennkraftmaschine beeinflusst werden.
Ebenfalls bekannt ist es, einen Anker des Elektromagneten beispielsweise mit Längsbohrungen zu versehen, um die bei der Bewegung des Ankers auftretende Dämpfung einstellen zu können. Durch solche axialen Bohrungen im Anker wird Fluid, also Kraftstoff, von einer axialen Seite des Ankers zur anderen Seite befördert. Alternativ zu einer axialen Bohrung im Anker ist es ebenfalls bekannt, an einer Umfangswand des Ankers axiale Nuten anzubringen, welche ebenfalls einen Fluidaustausch zwischen den beiden Seiten des Ankers ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung wird ein elektromagnetisch betätigtes Mengensteuerventil nach Anspruch 1 geschaffen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in
Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit
hingewiesen wird.
Das erfindungsgemäße Mengensteuerventil besitzt einen in einem
5 Gehäuseabschnitt in zwei Richtungen bewegbaren Anker, wobei eine
Bewegungsrichtung durch einen Anschlag begrenzt ist. Der Gehäuseabschnitt ist mit Fluid befüllbar. Liegt der Anker an dem Anschlag an, so existiert eine
Kontaktfläche, die durch die Oberflächen der beiden Kontaktelemente, dem Anker und dem Anschlag, bestimmt ist und kleiner ist als die Gesamtfläche von L0 Anker oder Anschlag.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sich bei einer Anziehbewegung, d.h. einer Bewegung des Ankers auf den Anschlag zu, im Bereich der Kontaktfläche vor dem Anliegen in Verbindung mit dem Fluid ein Druckpolster ausbildet, L5 welches die Geschwindigkeit der Bewegung vor dem Aufprall des Ankers an dem
Anschlag verringert. Dieser Effekt wird Quetscheffekt genannt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung zeigt sich bei einer Abziehbewegung, d.h. einer Bewegung des Ankers von dem Anschlag weg, ausgehend von einem Anliegen 20 des Ankers an dem Anschlag. Im Bereich der Kontaktfläche entsteht ein
Volumen, welches nun mit dem Fluid wiederbefüllt wird. Die Verminderung der Kontaktfläche im Vergleich zur Gesamtfläche von Anker oder Anschlag ermöglicht es, ein so genanntes hydraulisches Kleben des Ankers am Anschlag zu verringern, und somit Schaltzeiten zu verringern.
25
Durch eine Aufprallverzögerung bei der Anziehbewegung und eine Minderung des hydraulischen Klebens bei der Abziehbewegung werden die NVH- Eigenschaften (NVH = Noise, Vibration & Harshness) des Mengensteuerventils, d.h. die Eigenschaften bezüglich Geräusch, Vibration und Rauhigkeit, in positiver 30 Weise beeinflusst.
Die Aufprallverzögerung verringert die Pulsation des Drucks bei der Anziehbewegung. Auch Preller, d.h. ein mehrfaches Aufprallen bei der Anziehbewegung durch federnde Eigenschaften der beteiligten Bauteile, werden 35 minimiert. Eine Verringerung der Kavitationsneigung wird durch den zeitlich abgedämpften Druckverlauf und damit einer geringen Neigung zu örtlich plötzlich auftretenden Druckunterschieden erreicht.
Durch die Gestaltung der jeweiligen Oberflächen des Ankers und des Anschlags 5 vor allem hinsichtlich der Größe und Form der Kontaktflächen wird ein
Kompromiss zwischen der Aufpralldämpfung und dem verringerten hydraulischen Kleben erreicht.
Mit den vorgenannten Vorteilen wird außerdem erreicht, dass eine geringe L0 festigkeitskritische Belastung sowie eine geringe Erosion und damit erhöhte
Lebensdauer der beteiligten Bauteile wie beispielsweise auch Schweißnähte, Hülsen, o.ä. erreicht wird.
Damit wird auch ermöglicht, dass eine genaue Fördermenge über die gesamte L5 Lebensdauer wie auch über kurze Betriebszeiten garantiert werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Mengensteuerventils führt ein
Entlüftungsvolumen, welches mit einem axialen Kanal innerhalb des Ankers verbunden ist, dazu, dass bei der Abziehbewegung ein schnelles Wiederbefüllen 20 des im Bereich der Kontaktfläche enstehenden Volumens erreicht wird. Das
Entlüftungsvolumen ist ebenso bei der Anziehbewegung vorteilhaft, da das Fluid, welches sich im Bereich der Kontaktflächen befindet, schnell abfließen kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Mengensteuerventils 25 existiert ein Totvolumen, welches bei dem Anliegen des Ankers an dem Anschlag zwischen den beiden Kontaktpartnern eingeschlossen ist und keine Verbindung zu einem axialen Kanal besitzt. Bei der Anziehbewegung führt das Totvolumen kurz vor dem Anliegen des Ankers an dem Anschlag dazu, dass das Fluid in dem Totvolumen abgeschnürt wird und somit ebenso als Druckpolster zwischen Anker 30 und Anschlag wirksam wird. Somit wird mit einer kleinen Kontaktfläche eine
starke Endlagendämpfung mittels des als Druckpolster wirksamen Totvolumens erreicht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Mengensteuerventils existiert radial
35 innerhalb der Kontaktfläche ein erstes Entlüftungsvolumen und radial außerhalb der Kontaktfläche ein zweites Entlüftungsvolumen. Das heißt, dass bei der Anziehbewegung das Fluid zu beiden Seiten, also nach radial innen und radial außen, abfließen kann. Der Vorteil zeigt sich bei der Abziehbewegung. Das im Bereich der Kontaktfläche entstehende Volumen kann von zwei Seiten wiederbefüllt werden und der Effekt des hydraulischen Klebens wird weiter verringert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Mengensteuerventils ist die
Ausführungsform mit erstem und zweiten Entlüftungsvolumen derart
ausgestaltet, dass beide Entlüftungsvolumina über eine Verbindung verbunden sind und nur eines der Entlüftungsvolumina mit Mündungen der axialen Kanäle verbunden ist. Dadurch kann die Entlüftung der beiden Entlüftungsvolumina garantiert werden und es sind keine weiteren axialen Kanäle mit Mündungen in beide Entlüftungsvolumina notwendig.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Mengensteuerventils ist eine Oberfläche des Ankers oder des Anschlags nicht-magnetisch ausgeführt.
Dadurch wird eine magnetische Trennung erreicht und verhindert, dass bei einem Anliegen des Ankers an dem Anschlag eine Trennung der beiden
Kontaktpartner nur unter großem Kraftaufwand möglich ist. Ebenso kann ein nicht-magnetisches Material eine höhere Festigkeit als das Material des Ankers oder des Anschlags aufweisen, was die Verschleißfestigkeit und damit die Lebensdauer des Mengensteuerventils erhöht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Mengensteuerventils ist die
Beschaffenheit einer Oberfläche, welche der Kontaktfläche zugehörig ist, durch eine Profilierung gekennzeichnet. Durch die Profilierung lassen sich der
Quetscheffekt und das hydraulische Kleben, also das Verhalten bei der Anzieh- und Abziehbewegung im Bereich des Anliegens von Anker und Anschlag genau einstellen.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 ein vereinfachtes Schema eines Kraftstoffeinspritzsystems einer
Brennkraftmaschine; Figur 2a eine Schnittansicht eines vereinfachten Schemas eines
Elektromagneten (ohne Spule) eines Mengensteuerventils in einer Anziehbewegung;
5 Figur 2b eine Schnittansicht des Elektromagneten (ohne Spule) der Figur
2a in einer Abziehbewegung;
Figur 3a eine Schnittansicht gemäß Figur 2a mit einem Anker mit einer kreisförmigen Kontaktfläche;
L0
Figur 3b eine axiale Draufsicht entsprechend einer Richtung lila auf den
Anker nach der Figur 3a;
Figur 4a eine Schnittansicht gemäß Figur 2a mit einem Anschlag mit einer
L5 kreisförmigen Kontaktfläche;
Figur 4b eine axiale Draufsicht entsprechend einer Richtung lllb auf den
Anschlag nach der Figur 4a;
20 Figur 5a eine Schnittansicht gemäß Figur 2a mit einem Anker mit einer kreisringförmigen Kontaktfläche;
Figur 5b eine axiale Draufsicht entsprechend einer Richtung lila auf den
Anker nach der Figur 5a;
25
Figur 6a eine Schnittansicht gemäß Figur 2a mit einem Anker mit einer kreisringförmigen Kontaktfläche;
Figur 6b eine axiale Draufsicht entsprechend einer Richtung lila auf den
30 Anker nach der Figur 6a;
Figur 7a eine Schnittansicht gemäß Figur 2a mit einem Anker mit einer kreisringförmigen Kontaktfläche und einer Nut;
35 Figur 7b eine axiale Draufsicht entsprechend einer Richtung lila auf den
Anker nach der Figur 7a; Figur 8 eine Schnittansicht eines Anschlagkörpers;
Figur 9 eine Schnittansicht eines Anschlagankers;
Figur 10a eine Schnittansicht eines Anschlagankers; und
Figur 10b eine axiale Draufsicht auf einen Anschlagkörper gemäß
Richtung lllb der Figur 10a.
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Figur 1 zeigt ein Kraftstoffeinspritzsystem 1 einer Brennkraftmaschine in einer stark vereinfachten Darstellung. Ein Kraftstofftank 9 ist über eine Saugleitung 4, eine Vorforderpumpe 5 und eine Niederdruckleitung 7 mit einer (nicht näher erläuterten) Hochdruckpumpe 3 verbunden. An die Hochdruckpumpe 3 ist über eine Hochdruckleitung 1 1 ein Hochdruckspeicher 13 ("Common Rail") angeschlossen. Ein Mengensteuerventil 14 mit einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 15 - im Folgenden als ein Elektromagnet 15 bezeichnet - ist hydraulisch im Verlauf der Niederdruckleitung 7 zwischen der Vorforderpumpe 5 und der Hochdruckpumpe 3 angeordnet. Sonstige Elemente, wie
beispielsweise Ventile der Hochdruckpumpe 3, sind in der Figur 1 nicht gezeichnet. Es versteht sich, dass das Mengensteuerventil 14 als Baueinheit mit der Hochdruckpumpe 3 ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann durch das Mengensteuerventil 14 ein Einlassventil der Hochdruckpumpe 3 zwangsweise geöffnet werden.
Beim Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems 1 fördert die Vorforderpumpe 5 Kraftstoff vom Kraftstofftank 9 in die Niederdruckleitung 7. Dabei bestimmt das Mengensteuerventil 14 die der Hochdruckpumpe 3 zugeführte Kraftstoffmenge.
Figur 2a zeigt in einer vereinfachten Darstellung einen Ausschnitt des
Mengensteuerventils 14, beziehungsweise des Elektromagneten 15. Die in der Figur 2a dargestellten Elemente weisen im Wesentlichen eine Drehsymmetrie um eine zentrale Längsachse eines Gehäuseabschnitts 20 auf. Dargestellt ist der im Wesentlichen hohlzylindrische Gehäuseabschnitt 20, und in diesem ein allgemein als Bewegungsteil bezeichenbarer, in Richtung der Längsachse verschiebbarer Anker 22 und ein mit dem Anker 22 fest
verbundenes Ventilelement 24. Der Gehäuseabschnitt 20 ist im in der Zeichnung rechten Teil begrenzt durch einen Anschlag 26. In einem in dem
Gehäuseabschnitt 20 gebildeten und allgemein als Bewegungsraum
bezeichenbaren Ankerraum 28 befindet sich zu beiden Seiten des Ankers 22 ein in der Zeichnung nicht sichtbares Fluid 30. Zwischen einer inneren
Umfangswand 32 des Gehäuseabschnitts 20 und einer äußeren Umfangswand
34 des Ankers 22 befindet sich ein umlaufender Ringspalt 36, der übertrieben groß dargestellt ist.
Der Anker 22 weist vorliegend vier axiale Kanäle 38 auf, von denen zwei in der Schnittdarstellung der Figur 2a sichtbar sind. Die Kanäle 38 können entweder, wie dargestellt, als Bohrungen in dem Anker 22 oder auch als Nut an der Umfangswand 34 des Ankers 22 ausgeführt sein.
In einer Endlage in Richtung des Pfeils 42 liegt die Stirnseite des Ankers 22 auf dem Anschlag 26 im Bereich einer Kontaktfläche direkt auf. Die Kontaktfläche ist bei der Vorrichtung nach Figur 2a durch die stirnseitige Oberfläche des Ankers 22 definiert und nur durch die Mündungen der Kanäle 38 unterbrochen.
Die Kontaktfläche setzt sich allgemein aus den überlappenden Oberflächen von Anker 22 und Anschlag 26 zusammen. Die einzelnen Oberflächen können im
Gegensatz zu den in Figur 2a dargestellten in etwa planparallelen Flächen auch eine andere Oberflächenform, beispielsweise eine konvexe, konkave oder wellenartige Oberflächenform, besitzen, so dass sie bei Kontakt durch ein Ineinanderpassen die Kontaktfläche bilden.
In der in Figur 2a dargestellten Betriebssituation des Elektromagneten 15 wird der Anker 22 zusammen mit dem Ventilelement 24 in der Zeichnung nach rechts bewegt, was der Anziehbewegung entspricht. Dies wird durch einen Pfeil 42 symbolisiert. Die Anziehbewegung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsteil, hier der Anker 22, sich auf ein nicht bewegliches Teil, hier den
Anschlag 26, zu bewegt. Nach dem Anliegen des Ankers 22 auf dem Anschlag 26 wird der Anker 22 von dem Anschlag 26 ab- bzw. weggezogen. Dies ist die Abziehbewegung. Ein Öffnen oder Schließen des Ventils ist mit der Anzieh- oder Abziehbewegung nicht gemeint.
Die Gesamtfläche des Ankers 22 an der Stirnseite, also an der dem Anschlag 26 zugewandten Seite, entspricht der Draufsichtfläche aus der Richtung lila. Die Draufsichtfläche berücksichtigt weder die Mündungen der axialen Kanäle 38 noch den Ringspalt 36. Für den Anschlag 26existiert eine weitere
Draufsichtfläche aus der Richtung lllb und damit auch eine weitere
Gesamtfläche. Die Gesamtfläche ist somit durch eine Draufsichtfläche aus der Richtung des entgegengesetzten Kontaktpartners, hier dem Anker 22 oder dem Anschlag 26, definiert.
Bei der Anziehbewegung wird das Volumen eines Teilabschnitts 44 des
Ankerraums 28 stetig verkleinert. Damit wird das in dem Teilabschnitt 44 vorhandene Fluid 30 verdrängt. Das Fluid 30 fließt hierbei entsprechend den gezeichneten Pfeilen 46 aus diesem Teilabschnitt 44 heraus.
Durch eine Viskosität des Fluids 30 sowie die Bewegung des Ankers 22 in Richtung des Anschlags 26 erfolgt ein so genannter Quetscheffekt. Der
Quetscheffekt bedeutet eine Behinderung der Verdrängung des Fluids 30. Dies ist in der Figur 2a durch Doppelpfeile 48 angedeutet. Mit dem Quetscheffekt wird eine Aufpralldämpfung des Ankers 22 ermöglicht. D.h. der Anker 22 kann mit hoher Geschwindigkeit auf den Anschlag 26 zufliegen und der Aufprall des Ankers 22 auf den Anschlag 26 wird durch den Quetscheffekt und einem daraus resultierenden Druckpolster gedämpft.
Der Quetscheffekt hängt ab von der Kontaktfläche zwischen Anker 22 und Anschlag 26. Das Druckpolster verläuft bei dem in Figur 2a dargestellten Mengensteuerventil 14 entsprechend den dargestellten Doppelpfeilen 48 zwischen den sich überlappenden Oberflächen des Ankers 22 und des
Anschlags 26. Wie dargestellt, überlappen sich die Oberflächen des Ankers 22 und des Anschlags 26 in Figur 2a, abgesehen von dem Ringspalt 36 und den Mündungen der axialen Kanäle 38, vollständig. Die Betriebssituation in Figur 2b entspricht der Abziehbewegung entsprechend dem Pfeil 43 entgegen der Anziehbewegung in Figur 2a. Zwischen den Betriebssituationen in Figur 2a und 2b geschieht ein Aufprall des Anker 22 auf den Anschlag 26. Entsprechend der Betriebssituation in Figur 2b entsteht nach
5 dem Aufprall wieder ein Volumen im Bereich der Kontaktfläche zwischen dem
Anker 22 und dem Anschlag 26. Das Volumen wird mit dem Fluid 30 über die axialen Kanäle 38 entsprechend den Pfeilen 47 befüllt. Abhängig von der Viskosität des Fluids 30 sowie des Profils des Ankers 22 und des Anschlags 26 kann ein sogenanntes hydraulisches Kleben auftreten, welches die
L0 Abziehbewegung erschwert.
In den folgenden Figuren ist meist lediglich die Anziehbewegung dargestellt.
Die Schnittansicht der Figur 3a zeigt einen Ausschnitt des Mengensteuerventils L5 14 mit einem Elektromagneten 15 in einer vereinfachten Darstellung, folgend dem Darstellungsprinzip der Figur 2a. Der Anker 22 weist hierbei einen zylindrischen Vorsprung 62 mit einer kreisförmigen Oberfläche 60 auf. Die kreisförmige Oberfläche 60 definiert die Kontaktfläche. Die Oberfläche 60 ist kleiner als die Gesamtfläche des Ankers 22.
20
Das Material einer der die Kontaktfläche bildenden Oberflächen des Ankers 22 oder des Anschlags 26 ist nicht-magnetisch ausgeführt. Dies kann beispielsweise durch eine Verchromung geschehen, die ebenso eine verschleißfeste Oberfläche darstellt.
25
Die Oberfläche 60 kann im Gegensatz zur Figur 3a auch eine andere Form besitzen, wobei dann der gegenüberliegende Anschlag 26 eine entsprechende, die Form der Oberfläche 60 aufnehmende Form besitzt. Beispielsweise kann die Oberfläche 60 eine konkave Form und der Anschlag in dem entsprechenden 30 Bereich eine konvexe Form besitzen.
Ebenso kann die Oberfläche 60 derart ausgestaltet sein, dass beim Anliegen ein Spalt zwischen dem Anker 22 und dem Anschlag 26 vorhanden ist. Ist beispielsweise ein radial nach außen größer werdender Abstand von Oberfläche 35 60 und Anschlag 26 im Bereich der Kontaktfläche vorgesehen, so entsteht radial nach außen der Spalt. Dieser Spalt ermöglicht es, dass Fluid aus einem radial außerhalb der Kontaktfläche liegenden Volumen in den Bereich der
Kontaktfläche fließen kann und ein hydraulisches Kleben verhindert bzw.
verringert wird. Trotz des Spaltes kann bei der Anziehbewegung der
Quetscheffekt genutzt werden.
Die Oberfläche 60 kann durch eine Profilierung gekennzeichnet sein. Diese kann unterschiedlich ausgeführt sein. Beispielsweise führt eine Profilierung in Form von konzentrischen Kreisen dazu, dass es dem Fluid 30 bei der Anzieh- und Abziehbewegung erschwert wird, in radialer Richtung zu fließen. Das heißt, dass im Vergleich zu einer glatten Oberfläche bei der Anziehbewegung das
Druckpolster und bei der Abziehbewegung das hydraulische Kleben stärker ausgeprägt sind.
Im Gegensatz dazu führt eine strahlenförmig von einem Mittelpunkt der
Oberfläche ausgehende Profilierung dazu, dass es dem Fluid 30 bei der Anzieh- und Abziehbewegung erleichtert wird, in radialer Richtung zu fließen. Das heißt, dass im Vergleich zu einer glatten Oberfläche bei der Anziehbewegung das Druckpolster und bei der Abziehbewegung das hydraulische Kleben schwächer ausgeprägt sind.
In Figur 3b ist die axiale Draufsicht auf den Anker 22 entsprechend der Richtung lila nach der Figur 3a zu sehen. Aus zeichnerischen Gründen ist nur die obere Hälfte des Ankers 22 dargestellt. Die untere, nicht gezeichnete Hälfte ist dazu spiegelsymmetrisch angelegt. In der Figur 3b sind die axialen Kanäle 38 sowie der zylindrische Vorsprung 62 mit der kreisförmigen Oberfläche 60 zu sehen. Des Weiteren ist die eine Hälfte des Doppelpfeils 48 zu sehen, der das
Druckpolster repräsentiert. Die Umfangswand 34 begrenzt den Anker 22.
Die Betriebssituation in der Figur 3a stellt sich wie folgt dar: Entsprechend der Betriebssituation in Figur 2a, der Anziehbewegung, wird der Anker 22 mit einem Ventilelement 24 entsprechend einem Pfeil 42 in der Zeichnung nach rechts bewegt. Das Volumen des Teilabschnitts 44 des Ankerraums 28 wird stetig verkleinert und das Fluid fließt dabei entsprechend Pfeilen 46 aus dem
Teilabschnitt 44 heraus. Der Quetscheffekt entsteht zwischen der kreisförmigen Oberfläche 60 und dem überlappenden Teil der Oberfläche des Anschlags 26. Durch den Quetscheffekt entsteht ein Druckpolster entsprechend dem Doppelpfeil 48 und eine Aufpralldämpfung des Ankers 22 ist dadurch gewährleistet. Dadurch, dass die 5 Oberfläche 60 kleiner als die Gesamtfläche des Ankers 22 ist, entsteht das
Druckpolster nicht im Bereich der Gesamtfläche des Ankers 22, sondern nur im Bereich der kleineren Kontaktfläche.
Bei einer nicht dargestellten Abziehbewegung des Ankers 22 entsteht ein L0 Volumen im Bereich der Kontaktfläche, welche über die kreisförmigen Oberfläche
60 definiert ist. Dieses Volumen füllt sich über ein Entlüftungsvolumen 65 radial von außen, wobei sich das Entlüftungsvolumen 65 wiederum über die axialen Kanäle 38 füllt. Dadurch, dass die Oberfläche 60 kleiner als die Gesamtfläche des Ankers 22 ist, wird das hydraulische Kleben im Vergleich zur Figur 2a und 2b L5 verringert.
Die im Vergleich zur Figur 2a verkleinerte Kontaktfläche in Figur 3a erlaubt somit eine Verringerung der Aufprallgeschwindigkeit bei der Anziehbewegung des Ankers 22 durch den Quetscheffekt sowie eine Verringerung des hydraulischen 20 Klebens bei der Abziehbewegung des Ankers 22 durch eine Belüftung der
Kontaktfläche.
Die Schnittansicht der Figur 4a zeigt einen Ausschnitt des Mengensteuerventils 14 in einer vereinfachten Darstellung, folgend dem Darstellungsprinzip der Figur 25 2a. Der Anschlag 26 weist einen zylindrischen Vorsprung 62 mit einer
kreisförmigen Oberfläche 60 auf. Die kreisförmige Oberfläche 60 ist kleiner als die Gesamtfläche des Anschlags 26. Damit verringert sich, wie in Figur 3a und 3b, die Kontaktfläche im Vergleich zur Figur 2a.
30 In der Figur 4b ist die axiale Draufsicht auf den Anschlag 26 entsprechend einer
Richtung lllb der Figur 4a mit dem zylindrischen Vorsprung 62 und der kreisförmigen Oberfläche 60 zu sehen. Des Weiteren ist eine Hälfte des Doppelpfeils 48 zu sehen, der das Druckpolster repräsentiert. Die innere
Umfangswand 32 des Gehäuseabschnitts 20 begrenzt die gezeigte Draufsicht
35 des Anschlags 26. Die Betriebssituation in der Figur 4a entspricht im Wesentlichen derjenigen der Figur 3a. Eine nicht dargestellte Abziehbewegung entspricht im Wesentlichen den Erläuterungen zu Figur 3a und 3b.
Der zylindrische Vorsprung 62 und damit die kreisförmige Kontaktfläche 60 sind in den Figuren 3a und 3b an dem Anker 22, in den Figuren 4a und 4b dagegen an dem Anschlag 26 ausgebildet. Die Kontaktfläche und damit das Druckpolster kann, entsprechend den Doppelpfeilen 48 der entsprechenden Figuren 3a bis 4b, also auch durch eine entsprechend umgekehrte Profilierung des Ankers 22 und des Anschlags 26 erreicht werden. Die folgenden Ausführungsbeispiele sind daher so zu verstehen, dass sich eine in etwa äquivalente Funktion hinsichtlich der Kontaktflächen und des Druckpolsters auch durch eine entsprechend umgekehrte Form oder Profilierung der sich gegenüberliegenden Kontaktpartner erreichen lässt. Bei der Profilierung ist zusätzlich eine gewünschte Belüftung durch die axialen Kanäle 38 zu berücksichtigen.
Die Schnittansicht der Figur 5a zeigt, folgend dem Darstellungsprinzip der Figur 2a, in einer vereinfachten Darstellung einen Ausschnitt des Mengensteuerventils 14 mit einem Elektromagneten 15. Der Anker 22 weist hierbei einen
hohlzylindrischen Vorsprung 64 mit einer kreisringförmigen Oberfläche 61 auf, wobei axiale Kanäle 38 radial außerhalb des hohlzylindrischen Vorsprungs 64 liegen. Die kreisringförmige Oberfläche 61 ist kleiner als die Gesamtfläche des Ankers 22.
Die Kontaktfläche der Figur 5a ist im Vergleich zur Kontaktfläche in Figur 3a kleiner, nimmt man einen gleichen Kreisaußendurchmesser von zylindrischem Vorsprung 62 in Figur 3a und hohlzylindrischem Vorsprung 64 in Figur 5a an.
Des Weiteren existiert ein Totvolumen 66, welches durch den hohlzylindrischen Vorsprung 64 begrenzt ist.
In der Figur 5b ist die axiale Draufsicht auf den Anker 22 entsprechend einer Richtung lila nach der Figur 5a mit dem hohlzylindrischen Vorsprung 64, der kreisringförmigen Oberfläche 61 und dem Totvolumen 66 zu sehen. Der Anker 22 ist durch die Umfangswand 34 begrenzt und weist weiterhin die axialen Kanäle 38 auf. Die Pfeile 48 repräsentieren das Druckpolster. Die Betriebssituation in der Figur 5a entspricht im Wesentlichen derjenigen der Figur 2a. Kurz vor dem Anliegen des Ankers 22 an dem Anschlag 26 wird das Fluid 30, welches sich in dem Totvolumen 66 befindet, von dem radial außerhalb 5 liegenden Entlüftungsvolumen 65 abgeschlossen. Dadurch wird zusätzlich auch das Fluid 30 in dem Totvolumen als Druckpolster wirksam, wodurch sich eine ähnliche Wirkung, wie bei einer kreisförmigen Oberfläche 60 nach Figur 3a und 3b ergibt. Das bedeutet, dass in diesem Fall die als Druckpolster wirksame Fläche größer ist als die Kontaktfläche.
L0
Eine nicht dargestellte Abziehbewegung entspricht im Wesentlichen den
Erläuterungen zu Figur 3b, wobei ein Befüllen im Bereich der Kontaktfläche und dem eingeschlossenen Totvolumen 66 ähnlich der Figur 3b radial von außen über das Entlüftungsvolumen 65 geschieht.
L5
Die Schnittansicht der Figur 6a zeigt, folgend dem Darstellungsprinzip der Figur 2a, in einer vereinfachten Darstellung einen Ausschnitt des Mengensteuerventils 14 mit einem Elektromagneten 15. Der Anker 22 weist hierbei einen hohlzylindrischen Vorsprung 64 mit einer kreisringförmigen Oberfläche 61 auf, 20 wobei die axialen Kanäle 38 radial innerhalb des hohlzylindrischen Vorsprungs
64 liegen. Die kreisringförmige Oberfläche 61 ist kleiner als die Gesamtfläche des Ankers 22.
In der Figur 6b ist die axiale Draufsicht auf den Anker 22 entsprechend einer 25 Richtung lila nach der Figur 6a mit dem hohlzylindrischen Vorsprung 64 und der kreisringförmigen Oberfläche 61 zu sehen. Der Anker 22 ist durch eine Umfangswand 34 begrenzt und weist weiterhin die axialen Kanäle 38 radial innerhalb des hohlzylindrischen Vorsprungs 64 auf. Die Pfeile 48 repräsentieren das Druckpolster.
30
Die Betriebssituation in Figur 6a stellt sich wie folgt dar: Durch die Bewegung des Ankers 22 in Richtung des Pfeils 42 bildet sich kurz vor dem Anliegen des Ankers 22 an dem Anschlag 26 ein Druckpolster gemäß den Doppelpfeilen 48 aus. Bei den radial innerhalb des hohlzylindrischen Vorsprungs 64 liegende Mündungen 35 der axialen Kanäle 38 existiert innerhalb der kreisringförmigen Oberfläche 61 ein
Entlüftungsvolumen 65. Der Anker 22 weist kein Totvolumen 66 wie in Figur 5a und 5b auf und das Fluid 30 kann radial innerhalb des hohlzylindrischen
Vorsprungs 64 durch die axialen Kanäle 38 abfließen. Da die kreisringförmige Oberfläche 61 mit dem Ringspalt 36 abgeschlossen ist, kann das Fluid 30 beim Anliegen des Ankers 22 an dem Anschlag 26 im Wesentlichen nur in eine 5 Richtung und zwar radial nach innen abfließen.
Für die nicht dargestellte Abziehbewegung bedeutet die Ausgestaltung des Ankers 22, dass ein Befüllen des Volumens, welches bei der Abziehbewegung im Bereich der kreisringförmigen Oberfläche 61 entsteht, durch das Fluid 30 L0 geschieht, welches sich radial innerhalb des hohlzylindrischen Vorsprungs 64, also in dem Entlüftungsvolumen 65, befindet. Das Entlüftungsvolumen 65 wird über die Kanäle 38 befüllt.
Die Schnittansicht der Figur 7a zeigt eine Darstellung ähnlich derjenigen der L5 Figur 5a, jedoch mit zusätzlichen Nuten 68 in dem hohlzylindrischen Vorsprung
64 des Ankers 22. Die kreisringförmige Oberfläche 61 wird so durch die radialen Nuten 68 unterbrochen. Der Anker 22 weist in diesem Fall lediglich zwei axiale Kanäle 38 auf. Die kreisringförmige Oberfläche 61 ist kleiner als die
Gesamtfläche des Ankers 22.
20
In der Figur 7b ist die axiale Draufsicht auf den Anker 22 entsprechend der Richtung lila nach der Figur 7a mit dem hohlzylindrischen Vorsprung 64, der unterbrochenen, kreisringförmigen Oberfläche 61 und der radialen Nut 68 zu sehen. Der Anker 22 ist durch die Umfangswand 34 begrenzt und weist weiterhin 25 die axialen Kanäle 38 radial außerhalb des hohlzylindrischen Vorsprungs 64 auf.
Die Doppelpfeile 48 repräsentieren das Druckpolster.
Die Betriebssituation in der Figur 7a folgt im Wesentlichen der Beschreibung zu Figur 5a. Im Vergleich mit der Figur 5a und 5b verringert sich die als Druckpolster
30 wirksame Fläche durch das Ersetzen des Totvolumens 66 aus Figur 5a und 5b in
Form eines zentralen ersten Entlüftungsvolumens 65 innerhalb des
hohlzylindrischen Vorsprungs 64. Damit kann das Fluid 30, welches sich innerhalb des hohlzylindrischen Vorsprungs 64 befindet, über das radial außerhalb des hohlzylindrischen Vorsprungs 64 liegende zweite
35 Entlüftungsvolumen 65 in die Kanäle 38 abfließen. Die als Druckpolster wirksame
Fläche ist somit gleich der Kontaktfläche. Durch den Pfeil 67 in Figur 7b ist gekennzeichnet, wie das Fluid 30 sich bei der Anziehbewegung des Ankers 22 aus dem ersten Entlüftungsvolumen 65 heraus in das zweite Belüftungsvolumen 65 bewegt und direkt über den axialen Kanal 38 abfließt.
Bei einer nicht dargestellten Abziehbewegung des Ankers 22 befüllt sich das entstehende Volumen im Bereich der kreisringförmigen Kontaktfläche 61 radial aus zwei Richtungen: Zum einen radial von außen durch das zweite
Entlüftungsvolumen 65 und über die axialen Kanäle 38 nachgeführtes Fluid 30, zum anderen radial von innen durch das erste Entlüftungsvolumens 65 bzw. das über die axialen Kanäle 38 und die Nuten 68 nachgeführte Fluid 30.
Figur 8 zeigt in einer vereinfachten Darstellung einen Ausschnitt des
Mengensteuerventils 14. Dargestellt ist der Gehäuseabschnitt 20 und in diesem der Anker 22, verbunden mit dem Ventilelement 24 wie in Figur 2a. Des Weiteren ist ein mit dem Gehäuseabschnitt 20 fest verbundener Anschlagkörper 73 mit einem Anschlag 27 gezeigt. Die Kontaktfläche zwischen dem Anker 22 und Anschlag 27 gemäß den Pfeilen 48 ist kleiner als die Gesamtfläche des Ankers 22.
Eine Abziehbewegung des Ventilelements 24 mit dem Anker 22 ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der Anker 22 in die Richtung des Pfeils 43 auf den Anschlag 26 zu bewegt. Zwischen dem Anker 22 und dem Anschlagkörper 73 baut sich vor einem Aufprall bzw. Anliegen des Ankers 22 das Druckpolster gemäß der Doppelpfeile 48 auf. Das Fluid 30 kann in diesem Fall über das Entlüftungsvolumen 65 und die Kanäle 38 entsprechend den Pfeilen 46 abfließen.
Bei einer nicht dargestellten Anziehbewegung des Ankers 22, d.h. einer
Bewegung des Ankers 22 von dem Anschlag 27 weg, muss das Volumen zwischen der Kontaktfläche zwischen Anker 22 und Anschlag 27 wieder mit dem Fluid 30 befüllt werden. Hierzu fließt das Fluid 30 aus dem Entlüftungsvolumen 65 und den Kanälen 38 nach. Figur 9 zeigt einen Ausschnitt eines Mengensteuerventils 14 mit zwei
feststehenden Anschlagkörpern 73 mit den Anschlägen 26 und 27, die zur Begrenzung der Bewegung des Ventilelements 24 durch einen mit dem
Ventilelement 24 fest verbundenen Anschlaganker 72 dienen. Der
Anschlaganker 72 ist in dem Gehäuseabschnitt 20 entlang der Längsachse bewegbar. Das Ventilelement 24 ist in nicht dargestellter Weise mit dem Anker 22 verbunden, wobei sich der Anker 22 auf der rechten Seite gemäß der Figur 9 befindet. Die kreisringförmige Kontaktfläche zwischen dem Anschlaganker 72 und dem Anschlag 26 gemäß den Pfeilen 48 ist durch die Entlüftungsvolumina 65 in dem Anschlagkörper 73 kleiner als die Gesamtfläche des Anschlagankers
72.
Beispielhaft zeigt die Betriebssituation in Figur 9 den Moment kurz vor dem Anliegen des Anschlagankers 72 an dem Anschlag 26, d.h. die Anziehbewegung. Hierbei bildet sich ein Druckpolster gemäß den Doppelpfeilen 48 zwischen den sich überlappenden Oberflächen des Anschlagankers 72 und des Anschlags 26 bzw. des Anschlagkörpers 73 aus und das Fluid 30 wird über die
Entlüftungsvolumina 65 in den Ankerraum 28 entsprechend den Pfeilen 46 verdrängt. Analog bildet sich bei einer dem Pfeil 42 entgegengesetzten
Bewegung des Ventilelements 24 ein Druckpolster am Anschlag 27 aus.
Eine nicht dargestellte Abziehbewegung des Anschlagankers 72 von dem
Anschlag 26 entgegengesetzt zu dem Pfeil 42 hat zur Folge, dass das im Bereich der Kontaktfläche entstehende Volumen zwischen Anschlaganker 72 und
Anschlag 26 mit dem Fluid 30 aus den Entlüftungsvolumina 65 befüllt wird.
Die Figur 10a zeigt in einer vereinfachten Darstellung einen Ausschnitt des Mengensteuerventils 14, beziehungsweise des Elektromagneten 15. Dargestellt ist der Gehäuseabschnitt 20, und in diesem ein entlang der Längsachse verschiebbarer Anschlaganker 72 mit einer Umfangswand 74. Der verschiebbare
Anschlaganker 72 ist fest mit dem Ventilelement 24 verbunden. Das
Ventilelement 24 wird radial in dem feststehenden Anschlagkörper 73 geführt. Eine innere Umfangswand 78 des Anschlagkörpers 73 begrenzt mit einer äußeren Umfangswand 80 des Ventilelements 24 einen Führungsspalt 79 zur Führung des Ventilelements 24. Der Führungsspalt ist übertrieben groß dargestellt. Der Anschlagkörper 73 ist dadurch gekennzeichnet, dass er in einer Richtung lila, d.h. in Richtung des Anschlagankers 72, einen konischen
Durchmessersprung 82 aufweist. Der konische Durchmessersprung 82 entspricht 5 einer Vergrößerung des inneren Durchmessers in die Richtung lila ausgehend von der Umfangswand 78 und setzt sich bis zum Anschlag 26 fort. Des Weiteren besitzt der Anschlagkörper 73 auf der dem Anschlaganker 72 zugewandten Seite eine Nut 68.
L0 Die Nut 68 verläuft ausgehend von dem Durchmessersprung 82 in radialer
Richtung über den Durchmesser der Umfangswand 74 des Anschlagankers 72 hinaus bis zur Umfangswand 32 des Ankerraums 28. Die Nut 68 verbindet das Entlüftungsvolumen 65 innerhalb des Durchmessersprungs 82 mit dem Ankerraum 28. Durch den Durchmessersprung 82 sowie die Nut 68 ergibt sich
L5 eine durch die Nut 68 unterbrochene, kreisringförmige Kontaktfläche. Die
Kontaktfläche ist kleiner als die Gesamtfläche des Ankers 22.
In der Figur 10b ist die axiale Draufsicht auf den Anschlagkörper 73
entsprechend der Richtung lllb nach der Figur 10a sowie ein Querschnitt des
20 Ventilelements 24 zu sehen. Die radiale Lagerung des Ventilelements 24 ist mit dem durch die Umfangswände 78 und 79 begrenzten Führungsspalt 79 gezeigt. Radial ausgehend von der Umfangswand 78 über den Durchmessersprung 82 geht der Anschlagkörper 73 über in den Anschlag 26. Doppelpfeile 48 repräsentieren das Druckpolster und zeigen mit der angedeuteten Umfangswand
25 74 des Anschlagankers 72 die durch die Nut 68 unterbrochene, kreisringförmige
Kontaktfläche an.
Die Betriebssituation in Figur 10a und 10b stellt sich wie folgt dar: Der Anschlaganker 72 bewegt sich, in Form einer Anziehbewegung, mit dem
30 Ventilelement 24 auf den Anschlag 26 und damit den Ventilkörper 73 zu. Kurz vor dem Anliegen des Anschlagankers 72 auf dem Anschlag 26 entsteht durch das Fluid 30 ein durch die Nut 68 unterbrochenes, kreisringförmiges Druckpolster entsprechend der Kontaktfläche und den Doppelpfeilen 48. Die unterbrochene, kreisringförmige Kontaktfläche ist um den Durchmessersprung 82 verringert und
35 betrifft die sich überlappenden Oberflächen von Anschlag 26 und Anschlaganker
72. Das Fluid 30, welches sich beim Anliegen des Anschlagankers 72 an dem Anschlag 26 im Bereich des Durchmessersprungs 82 befindet, kann über die Nut 68 entlang des Pfeils 76 über Entlüftungsvolumina 65 in den Ankerraum 28 abfließen. Dadurch wird das Fluid 30 innerhalb des Durchmessersprungs 82 sowie innerhalb der Nut 68 nicht als Druckpolster wirksam. Durch den
Führungsspalt 79 kann im Wesentlichen kein Fluid 30 abfließen.
Bei einer nicht dargestellten Abzieh bewegung wird ein entstehendes Volumen im Bereich der unterbrochenen, kreisringförmigen Kontaktfläche radial von innen und von außen durch die Entlüftungsvolumina 65 mit dem Fluid 30 befüllt. Das Fluid 30 fließt über den Ankerraum 28 radial von außen zu. Des Weiteren fließt das Fluid 30 über den innen liegenden Durchmessersprung 82 und die Nut 68 zu.

Claims

Ansprüche
1 . Elektromagnetisch betätigtes Mengensteuerventil (14), insbesondere zur Steuerung der Fördermenge einer Hochdruckpumpe (3), mit einem mit einem Fluid (30) befüllbaren Bewegungsraum (28), einem in diesem angeordneten Bewegungsteil (22, 72) einer elektromagnetischen
Betätigungseinrichtung (15), und einem Anschlag (26, 27), dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Anliegen des Bewegungsteils (22, 72) an dem Anschlag (26, 27) zwischen dem Bewegungsteil (22, 72) und dem Anschlag (26, 27) eine Kontaktfläche vorhanden ist, dass die Kontaktfläche durch eine Oberfläche des Bewegungsteils (22, 72) und eine Oberfläche des Anschlags (26, 27) festgelegt ist, und dass die Kontaktfläche kleiner ist als die Gesamtfläche des Bewegungsteils (22, 72) oder des Anschlags (26, 27).
2. Elektromagnetisch betätigbares Mengensteuerventil (14) nach Anspruch 1 mit einem Kanal (38) in dem Bewegungsteil, der die zu beiden Seiten des Bewegungsteils (22) liegenden Bereiche des Bewegungsraums (28) miteinander verbindet, wobei bei dem Anliegen des Bewegungsteils (22) an dem Anschlag (26, 27) ein über den Kanal (38) befüllbares
Entlüftungsvolumen (65) vorhanden ist.
3. Elektromagnetisch betätigbares Mengensteuerventil (14) nach Anspruch 1 , wobei ein Totvolumen (66) bei dem Anliegen des Bewegungsteils (22) an dem Anschlag (26, 27) nicht befüllbar ist.
4. Elektromagnetisch betätigbares Mengensteuerventil (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei radial außerhalb und radial innerhalb der
Kontaktfläche Entlüftungsvolumina (65, 67) vorhanden sind.
5. Elektromagnetisch betätigbares Mengensteuerventil (14) nach Anspruch 4, wobei ein erstes Entlüftungsvolumen (67) bei dem Anliegen aus dem Bewegungsraum (28) mit dem Fluid (30) über eine Verbindung (38, 68) aus einem zweiten Entlüftungsvolumen (65) befüllbar ist.
Elektromagnetisch betätigbares Mengensteuerventil (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine der Oberflächen der Kontaktfläche aus nicht-magnetischem Material besteht.
Elektromagnetisch betätigbares Mengensteuerventil (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Beschaffenheit einer Oberfläche, die zur Kontaktfläche zugehörig ist, durch eine Profilierung gekennzeichnet ist.
8. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (3) umfassend ein Mengensteuerventil (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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