EP2906814A1 - Magnetventil - Google Patents

Magnetventil

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Publication number
EP2906814A1
EP2906814A1 EP13788687.5A EP13788687A EP2906814A1 EP 2906814 A1 EP2906814 A1 EP 2906814A1 EP 13788687 A EP13788687 A EP 13788687A EP 2906814 A1 EP2906814 A1 EP 2906814A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
actuator
housing
face
guide surface
solenoid 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.)
Ceased
Application number
EP13788687.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Bleeck
Bernd Gugel
Thomas KRÜGER
Andreas Mühlbauer
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.)
Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies 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 Continental Automotive Technologies GmbH filed Critical Continental Automotive Technologies GmbH
Publication of EP2906814A1 publication Critical patent/EP2906814A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0675—Electromagnet aspects, e.g. electric supply therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • 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
    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0033—Lift valves, i.e. having a valve member that moves perpendicularly to the plane of the valve seat
    • F02M63/0036—Lift valves, i.e. having a valve member that moves perpendicularly to the plane of the valve seat with spherical or partly spherical shaped valve member ends
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/36—Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
    • F02M59/366—Valves being actuated electrically
    • F02M59/368—Pump inlet valves being closed when actuated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/007—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059
    • F02M63/0075—Stop members in valves, e.g. plates or disks limiting the movement of armature, valve or spring
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/206—Flow affected by fluid contact, energy field or coanda effect [e.g., pure fluid device or system]
    • Y10T137/2087—Means to cause rotational flow of fluid [e.g., vortex generator]

Definitions

  • the invention relates to a solenoid valve having a housing, a valve actuating device and a closing element, wherein the housing has an interior with a central axis, wherein the valve actuating device comprises an actuator, which is arranged displaceably in the interior space along the central axis, wherein the actuator with the Closing element is operatively connected to open or close the solenoid valve with a displacement of the actuator along the central axis, wherein the actuator with the housing in the interior of the housing delimits a leakage space which can be filled with a fluid, in particular a fuel.
  • solenoid valves for controlling a fuel flow comprising a housing having an interior in which an actuator is arranged, which is displaceable by means of a magnetic field in the interior.
  • the actuator is coupled to a valve body which is raised or lowered by the displacement of the actuator to open or close an outlet opening of the housing.
  • the actuator forms a leakage space in the interior of the housing, which is filled with fuel during operation. Due to the displacement of the actuator in the leakage space whose volume is increased or decreased. This results in an increase in the volume, a pressure drop in the leakage chamber, which causes cavitation or formation of fuel vapor bubbles occurs in the leakage chamber.
  • the cavitation causes in a contact with the surfaces of the housing or the actuator cavitation, which roughened the surface of the housing or the actuator or long term destroyed by the high mechanical Belas ⁇ tions of cavitation on the surface. It is an object of the invention to provide an improved solenoid valve, wherein the cavitation is prevented from destroying the surfaces of the housing or of the actuator. This object is achieved by means of the features of claim 1. Advantageous embodiments are specified in the dependent claims.
  • the solenoid valve comprises a housing, ⁇ a valve actuator and a closing element.
  • the housing comprises an interior with a central axis.
  • the valve actuating device has an actuator, which is arranged displaceably in the interior space along the central axis.
  • the actuator is in operative connection with the closing element in order to open or close the magnetic valve with a displacement of the actuator along the central axis.
  • the actuator with the housing in the interior of the housing delimits a leakage space, which can be filled with a fluid, in particular a fuel.
  • at least one vortex generator which is designed to generate a fluid vortex in the leakage space, is arranged in the leakage chamber on the housing and / or on the actuator.
  • the fluidic vortex has the advantage that, for a Volumenver ⁇ enlargement, thus with a lowering movement of the actuator, and a concomitant drop in pressure in the leakage space a resulting cavitation and a concomitant formation of
  • Fuel vapor bubbles are held by the fuel vortex in its vortex core and are enclosed by a circulation of the fuel vortex, so that contact of the vapor bubbles with the solenoid valve and so avoids cavitation in the solenoid valve is avoided. Further, the steam bubbles, should they come into contact with the surfaces of the solenoid valve, have only a very short residence time at one position, as they are further torn by the circulation of the fluid vortex.
  • the housing has a housing end face, which faces the actuator, and the actuator has an actuator end face, which faces the housing end face, wherein the leakage space through the actuator end face and the Housing end surface is limited, and wherein the vortex generator is arranged on the actuator end face and / or on the housing end face. In this way, the stroke required axially for the movement of the actuator can be kept low.
  • the leakage space is delimited by an inner peripheral surface disposed on the housing, the vortex generator comprising at least a first guide surface, the first guide surface being inclined relative to the actuator end surface or the housing end surface and spaced radially inward toward the central circumferential surface in the direction of the central axis is, wherein the first guide surface is formed to deflect the fluid in its flow direction. In this way it can be ensured that by means of the first guide surface, a fluid flow flowing into the leakage chamber is deflected such that the fluid vortex can be generated by means of the first guide surface.
  • the first guide surface to the housing end face or the Aktorstirn is particularly advantageous if the first guide surface to the housing end face or the Aktorstirn synthassembly.
  • a particularly large vortex core can be provided by enclosing a large volume of fuel or cavitation bubbles.
  • the vortex generator can be produced in a particularly simple manner if the first guide surface is arranged to be rotationally symmetrical with respect to the center axis of the inner space and peripherally arranged on the vortex generator.
  • the vortex generator has at least one bulge, which protrudes from the actuator end face and / or the housing end face.
  • the first guide surface is arranged on the circumferential side of the bulge. It is also particularly advantageous if the vortex generator has at least one recess, wherein the recess has a second guide surface, wherein the second guide surface is arranged inclined relative to the actuator end face or the housing end face and radially inward in the direction of the central axis to the inner peripheral surface.
  • the recess is arranged radially spaced from the central axis of the interior.
  • the recess can be introduced into the actuator, when the recess is groove-shaped and is rotationally symmetrical circumferentially formed about the central axis of the interior.
  • the recess can be inexpensively introduced into the actuator end face and / or the housing end face by means of a conventional turning or milling method or a casting method. It has proved to be particularly advantageous if the bulge and / or the recess substantially has a cross-section of an isosceles trapezium.
  • the second guide surface of the recess is arranged radially inwardly lying relative to the central axis to the first guide surface of the bulge. In this way, it is ensured that a fluid vortexing introduced through the first guide surface of the projection leads to a circulation of the fluid vortex being continued at the second guide surface of the recess and the fluid vortex formation is supported by the second guide surface.
  • a particularly strong fluid vortex then forms when between the actuator end face or the housing end face and at least one of the first to third guide surface
  • flow-favorable is provided if a rounding is provided between the actuator end face and / or the housing end face and at least one of the first to third guide surfaces.
  • the vortex formation can also be specifically supported by the fact that a gap is provided between the inner peripheral surface of the housing and the actuator, wherein between the closing element and the actuator in the interior of the housing, a control space is formed, which is filled with the fluid, wherein the
  • Leakage space is connected to a control chamber, wherein the vortex generator and the gap are in fluid dynamic operative connection.
  • fluid can be conveyed from the valve chamber into the leakage chamber and thereby the fluid vortex formation in the leakage chamber can be promoted.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view through a solenoid valve in a lifting movement
  • Figure 2 is a schematic plan view of an actuator of the solenoid valve
  • Figure 3 is a schematic sectional view through the solenoid valve shown in Figure 1 during a lowering movement
  • Figure 4 shows a schematic sectional view through alternative embodiments of the solenoid valve 10 shown in Figures 1 to 3 show.
  • Figure 1 shows a schematic sectional view through a solenoid valve 10 in a lifting movement.
  • Figure 2 shows a schematic plan view of an actuator 15 of the solenoid valve 10 and
  • Figure 3 shows a schematic sectional view through the solenoid valve 10 shown in Figure 1 at a lowering movement.
  • the figures 1 to 3 will be explained in context. The same components are provided with the same reference numerals.
  • the solenoid valve 10 includes a housing 20 with an interior 25. In the interior 25 of the actuator 15 is arranged.
  • the actuator 15 can be moved by means of circumferentially arranged on the housing 20 coils 26 in the interior 25 along a central axis 30 of the interior up and down.
  • the coils 26 are connected to a control device, not shown, and can be acted upon by electric current.
  • the coils 26 provide a magnetic field upon application of electric current.
  • a pole piece 27 is disposed circumferentially supported on the housing 20. Between the pole piece 27 and the housing 20 grooves 28 are provided.
  • the actuator 15 is on the underside at a first longitudinal end with a
  • Closing element 35 which is seated in a valve seat 40 in a closed position and an inlet 45, which is arranged on the underside in Figure 1, separated from a left side arranged outlet 55.
  • a spring element 36 is arranged in a receptacle 37 of the pole piece 27.
  • the spring element 36 surrounds the closing element 35 on the circumferential side and is supported by a first longitudinal end of the spring element 36 at the first longitudinal end of the actuator 15 off. With a second longitudinal end of the spring element 36, the spring element 36 is supported on a shoulder 38 which limits the receptacle 37 of the pole piece 27.
  • the spring element 36 is designed as a helical compression spring and presses the actuator 15 by means of a spring force F F from the pole piece 27 in the longitudinal direction away or in Figures 1 and 3 upwards. Furthermore, the shoulder 38 is designed to encompass the closure element 35 on the circumference and to guide the closure element 35 during the up and down movement.
  • the spring member 36 By the spring member 36, the closure member 35 is raised, a passage 50 is released below the closure member 35 so that the inlet 45 is connected to the outlet 55 of the solenoid valve 10 and thus a fuel or another fluid from the inlet 45 to the outlet 55th can flow.
  • the coils 26 are supplied with electric current, so that they generate a magnetic field.
  • the magnetic field is introduced via the housing 20 into the pole piece 27, which attracts the actuator 15 and thus provides a counterforce F G to the spring force F F. If the counterforce F G is greater than the spring force F F , the actuator 15 moves in the direction of the pole piece 26 until the actuator 15 abuts the end face of the pole piece 27 or until the closure member 35 is seated on the valve seat 40 and the inlet 45 closes.
  • the actuator 15 forms in the interior 25 at the rear at a second longitudinal end on the side facing away from the closing element 35 side, together with the housing 20 a leakage chamber 65 in the interior 25 from.
  • the actuator 15 in this case has a diameter D A , which is smaller than an inner diameter D G of the housing 20, so that between the actuator 15 and the housing 20, a gap 70 is provided through which the leakage space 65 via the grooves 28 of the pole piece 27 with a control room 75 in which the
  • Closing element 35 is arranged, is connected.
  • the control chamber 75 is thereby limited by the housing 20 and the pole piece 27.
  • the control chamber 75 is, as well as the leakage chamber 65, filled with the flowing through the inlet 45 into the solenoid valve 10 fluid.
  • the control space 75 is connected to the leakage space 65 by means of the grooves 28 and the gap 70.
  • a further gap or grooves between the closing element 35 and the shoulder 38 would be conceivable.
  • the actuator 15 and an inner peripheral surface 80 of the housing 20 are formed in the embodiment rotationally symmetrical to the central axis 30.
  • the actuator 15 and the housing 20 also have other cross sections than a circular cross section, such as a polygon, an elliptical or a rectangular cross section.
  • the leakage space 65 is also provided in the longitudinal direction, that is to say the direction of the center axis 30, through a housing end face 85 which faces the actuator 15 and an actuator end face 90 which is the one
  • a vortex generator 95 is further provided in the leakage chamber 65.
  • the vortex generator 95 comprises a bulge 100 which is arranged on the housing end face 85.
  • the vortex generator 95 comprises a recess 105, which at the
  • Actuator end face 90 is arranged.
  • the recess 105 on the housing end face 85 and the bulge 100 can be arranged on the Aktorstirn Chemistry 90.
  • the recess 105 and the bulge 100 are arranged on the same end face, for example on the actuator end face 95 or on the housing end face 85.
  • one or more recesses 105 or alternatively one or more recesses 100 are provided on the housing end face 85 and / or the actuator end face 90.
  • the bulge 100 comprises a first guide surface 110, which is arranged obliquely to the central axis 30.
  • first guide surface 110 is inclined radially inwardly away from the housing end face 85 in the direction of the longitudinal axis 30, so that the projection 100 tapers in the longitudinal direction toward the actuator end face 90.
  • the first guide surface 110 is rotationssym ⁇ metric arranged circumferentially around the central axis 30 thereby, so that the protrusion 100 has a frusto-conical formation which protrudes into the leakage space 65th
  • rotationssymmet ⁇ generic configuration of the first guide surface 110 the bulge 100 in the cross-section of an isosceles trapezoid on.
  • the first guide surface 110 is aligned with respect to a cover surface 115 of the bulge 100 such that the cover surface 115 forms a first tear-off edge 120 together with the first guide surface 100.
  • the top surface 115 is aligned perpendicular to the central axis 30 of the interior 25 and thus parallel to the housing end face, so that the tear-off edge 120 is formed circumferentially around the central axis 30.
  • the bulge 100 is arranged transversely to the central axis 30 on the housing end face 85.
  • the protrusion 100 may have a non Rotati ⁇ onssymmetrische embodiment.
  • the recess 105 has a second guide surface 125 and a third guide surface 130.
  • the recess 105 is configured groove-shaped, so that the second guide surface 125 and the third guide surface 130 form the side surface of the groove.
  • the second guide surface 125 is connected to the third guide surface 130 via a recess base 135.
  • the second guide surface 125 is arranged radially inwardly to the first guide surface 110 of the bulge.
  • the third guide surface 130 is disposed radially outward both to the first guide surface 110 and to the second guide surface 125.
  • the second guide surface 125 and the third guide surface 130 are also aligned obliquely to the central axis 30, wherein the second guide surface 125 is arranged to the third guide surface 130 on the Ausappelungsground 135, that the recess 105 opens in the direction of the housing end face 85 and thus the recess 125 at a to
  • Housing end face 85 facing the end of the recess 105 is configured wider than the recessed base 135 and thus has an isosceles trapezoidal shape in cross section.
  • the recess base 135 is directed transversely to the central axis 30 from ⁇ and extends annularly rotationally symmetrical about the central axis 30 around.
  • a second tear-off edge 145 is formed radially inward on the second guide surface 25 in the transition to an actuator end face 90.
  • a first portion 140 of the actuator end face 90 is provided.
  • the second tear-off edge 145 which is arranged centrally on the central axis 30, circular,.
  • a third tear-off edge 155 is formed between the actuator end face 90 and the third guide face 130.
  • the third tear-off edge 155 is likewise of circular design and is arranged centrally relative to the central axis 30.
  • a second portion 150 of the Aktorstirn preparation 90 is arranged. The first portion 140 and the second portion 150 of
  • Actuator end face 90 are arranged in the same plane perpendicular to the central axis 30.
  • the first portion 140 is arranged axially in the direction of the central axis 30 at a distance from the second portion 150.
  • the vortex generator 95 or by the bulge 100 and the recess 105 the fuel flow (shown by arrows in the figures) is guided in the leakage chamber 65 such that a vortex 156 in the leakage chamber 65 with a circulation 160 and a lying within the circulation 160 Fuel swivel core 165 is caused.
  • the circulation 160 is shown symbolically in FIGS. 1 and 3 schematically by means of arrows.
  • Fuel swirl core 165 is marked by dashed lines.
  • the fuel lying on the housing end face 85 flows radially inward and is directed by the first guide surface 110 in the direction of the actuator end face 90.
  • the fuel flow strikes the second guide surface 125 and is directed radially outward by the latter.
  • the fuel flow is deflected by the third guide surface 130 towards the housing end face 85 and then flows through the gap 70 in the control chamber 75. Due to the continuous flow of fuel and the configuration of the vortex generator 95, the vortex 156 has a toroidal shape on, whose central axis lies on the central axis 30 of the inner space 25.
  • the circulation 160 of the vortex 156 in both a lifting and a lowering movement between the bulge 100 and the first portion 140 and the second guide surface 125 rotates from the bulge 100 in the direction of the recess 105.
  • the circulation 160 of the fuel vortex 156 causes that a negative pressure region is formed in the fuel ⁇ vortex core 165th
  • the actuator 15 is guided to close the solenoid valve 10 in a lowering movement, so that the closing element 35 moves in the direction of the valve seat 40, the volume of the leakage space 65 is increased. Because the movements of the solenoid valve 10 or of the actuator 15 take place very quickly and at a high cycle rate, vapor bubbles 170 or cavitation are formed in the leakage chamber 65 due to the vacuum forming in the leakage chamber 65 during a lowering movement. Upon contact with the material of the actuator 15 or the inner circumferential surface 80 or the housing front side 85, the vapor bubbles 170 lead to cavitation or roughening of the surface of the actuator 15 or the housing 20.
  • Housing end 85 is guided.
  • the first guide surface 110 deflects the fuel in the direction of the actuator end face 90, so that the fuel flows from the first guide surface 110 in the direction of the second guide surface 125.
  • the second guide surface 125 leads the fuel flow to the recess base 135, so that now the fuel flow flows essentially transversely to the central axis 30 radially outward.
  • the third guide surface 130 again redirects the fuel flow such that it flows in the direction of the housing end face 85 and unites with the inflowing fuel flowing through the gap 70.
  • a rotating vortex 156 with a toroidal shape is formed between the housing end face 85 and the actuator end face 90.
  • the torus shape of the vortex 156 offers the advantage that a particularly high and large trained
  • Fuel vortex core 165 is formed annularly around the central axis 30 in the leakage space 65, so that a particularly large number of vapor bubbles 170 can be trapped there. Furthermore, the torus vortex 156 has a particularly high stability. Furthermore, energy is supplied to the vortex 156 both during the lifting and during the lowering movement of the actuator 15 so that the vortex 156 rotates stably in the leakage space 65 and has a particularly high circulation 160 due to the configuration of the vortex generator.
  • a stable fuel vortex core 165 is formed only when the guide surface 110, 125, 130 is arranged in such a manner to the housing end face 85, or the anchor end face 90, that the Kraftstoffström at the respective between the Guide surface 110, 125, 130 and the top surface 115, 140, 150 arranged tear-off edge 120, 145, 155 breaks off.
  • Figure 4 shows a schematic sectional view through an alternative embodiment of the solenoid valve 10 shown in Figures 1 to 3.
  • the solenoid valve 10 is formed substantially identical to the solenoid valve 10 shown in Figures 1 to 3.
  • the guide surfaces 110, 125, 130 are arranged parallel to the central axis 30 or perpendicular to the housing end face 85 or the anchor end face 90.
  • a rounding 185 at the respective trailing edge 120, 145, 155 provided.
  • a further rounding 190 is provided between the second and the third guide surface 125, 130 and the recess base 135.
  • Fuel flow through the gap 70 by the fourth guide surface 180 is deflected in the direction of the bulge 100 and thus an increased circulation 160 can be achieved. It is also conceivable to design the bulge 100 or the recess 105 wider or narrower than shown in the figures. Of course, it is also conceivable to provide two or more recesses 105. Instead of arranging a bulge 100 opposite a recess 105, it would also be conceivable to arrange a bulge 100 or a respective recess 105 on the housing end face 85 or on the actuator end face 90.
  • the solenoid valve 10 is filled with fuel in FIGS.
  • other fluids for filling the solenoid valve 10 in particular water, fuels or oils, conceivable.
  • the vortex generator 95 is to be designed depending on the viscosity of the fluid.
  • the first baffle 110 includes a first angle to the housing face 85.
  • the second guide surface 125 or the third guide surface 130 includes a second or third angle ⁇ , ⁇ to the actuator end face 90.
  • the angles ⁇ , ⁇ preferably have 90 ° to 160 °, in particular 120 ° to 140 °, in particular from 132 ° to 138 °.
  • the angles, ⁇ , ⁇ are the same size in the embodiments shown.
  • the angles, ß, ⁇ are also chosen different from each other.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil (10) mit einem Gehäuse (20), einer Ventilbetätigungseinrichtung (15, 26) und einem Schließelement (35), wobei das Gehäuse (20) einen Innenraum (25) mit einer Mittelachse (30) umfasst, wobei die Ventilbetätigungseinrichtung einen Aktor (15) umfasst, der in dem Innenraum (25) entlang der Mittelachse (30) verschiebbar angeordneten ist, wobei der Aktor (15) mit dem Schließelement (35) in Wirkverbindung steht, um mit einer Verschiebung des Aktors (15) entlang der Mittelachse (30) das Magnetventil (10) zu Öffnen oder zu Schließen, wobei der Aktor (15) mit dem Gehäuse (20) im Innenraum (25) des Gehäuses (20) einen Leckageraum (65) begrenzt, der mit einem Fluid, insbesondere einem Kraftstoff, füllbar ist, wobei im Leckageraum (65) an dem (Gehäuse 20) und/oder an dem Aktor (15) wenigstens ein Wirbelgenerator (95) angeordnet ist, der ausgelegt ist, einen Fluidwirbel (156, 165) im Leckageraum (65) zu erzeugen.

Description

Beschreibung Magnetventil Die Erfindung betrifft ein Magnetventil mit einem Gehäuse, einer Ventilbetätigungseinrichtung und einem Schließelement, wobei das Gehäuse einen Innenraum mit einer Mittelachse umfasst, wobei die Ventilbetätigungseinrichtung einen Aktor umfasst, der in dem Innenraum entlang der Mittelachse verschiebbar angeordnet ist, wobei der Aktor mit dem Schließelement in Wirkverbindung steht, um mit einer Verschiebung des Aktors entlang der Mittelachse das Magnetventil zu öffnen oder zu schließen, wobei der Aktor mit dem Gehäuse im Innenraum des Gehäuses einen Leckageraum begrenzt, der mit einem Fluid, insbesondere einem Kraftstoff, füllbar ist.
Es sind Magnetventile zum Steuern eines Kraftstoffflusses bekannt, die ein Gehäuse umfassen, das einen Innenraum aufweist, in dem ein Aktor angeordnet ist, der mittels eines magnetischen Feldes in den Innenraum verschiebbar ist. Der Aktor ist dabei mit einem Ventilkörper gekoppelt, der durch die Verschiebung des Aktors gehoben oder gesenkt wird, um eine Auslassöffnung des Gehäuses zu öffnen oder zu schließen. Dabei bildet der Aktor in dem Innenraum des Gehäuses einen Leckageraum aus, der mit Kraftstoff im Betrieb gefüllt ist. Durch die Verschiebung des Aktors in dem Leckageraum wird dessen Volumen vergrößert oder verkleinert. Dabei entsteht bei einer Vergrößerung des Volumens ein Druckabfall im Leckageraum, der dazu führt, dass eine Kavitation bzw. eine Bildung von Kraftstoffdampfblasen im Leckageraum auftritt. Die Kavitation bewirkt bei einem Kontakt mit den Oberflächen des Gehäuses bzw. des Aktors einen Kavitationsfraß, der die Oberfläche des Gehäuses bzw. des Aktors aufraut bzw. langfristig durch die hohen mechanischen Belas¬ tungen der Kavitation an der Oberfläche diese zerstört. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Magnetventil bereitzustellen, bei dem die Kavitation von der Zerstörung der Oberflächen des Gehäuses bzw. des Aktors abgehalten wird. Diese Aufgabe wird mittels der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben .
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine Zerstörung von Kom¬ ponenten des Magnetventils durch Kavitation dadurch vermieden werden kann, dass das Magnetventil ein Gehäuse, eine Ventil¬ betätigungseinrichtung und ein Schließelement umfasst. Das Gehäuse umfasst einen Innenraum mit einer Mittelachse. Die Ventilbetätigungseinrichtung weist einen Aktor auf, der in dem Innenraum entlang der Mittelachse verschiebbar angeordnet ist. Der Aktor steht mit dem Schließelement in Wirkverbindung, um mit einer Verschiebung des Aktors entlang der Mittelachse das Magnetventil zu öffnen oder zu schließen. Des Weiteren begrenzt der Aktor mit dem Gehäuse im Innenraum des Gehäuses einen Leckageraum, der mit einem Fluid, insbesondere einem Kraftstoff, füllbar ist. Ferner ist im Leckageraum an dem Gehäuse und/oder an dem Aktor wenigstens ein Wirbelgenerator angeordnet, der ausgelegt ist, einen Fluidwirbel im Leckageraum zu erzeugen.
Der Fluidwirbel hat den Vorteil, dass bei einer Volumenver¬ größerung, also bei einer Senkbewegung des Aktors, und einem damit einhergehenden Druckabfall im Leckageraum eine entstehende Kavitation bzw. eine damit einhergehende Entstehung von
Kraftstoffdampfbläschen durch den Kraftstoffwirbel in seinem Wirbelkern gehalten werden und durch eine Zirkulation des Kraftstoffwirbels umschlossen werden, so dass ein Kontakt der Dampfbläschen mit dem Magnetventil und so ein Kavitationsfraß im Magnetventil vermieden wird. Ferner haben die Dampfbläschen, sollten sie in Kontakt mit den Oberflächen des Magnetventils treten, an einer Position nur eine sehr kurze Verweildauer, da sie durch die Zirkulation des Fluidwirbels weitergerissen werden .
In einer weiteren Ausführungsform weist das Gehäuse eine Gehäusestirnfläche, die dem Aktor zugewandt ist, und der Aktor eine Aktorstirnfläche, die der Gehäusestirnfläche zugewandt ist, auf, wobei der Leckageraum durch die Aktorstirnfläche und die Gehäusestirnfläche begrenzt ist, und wobei der Wirbelgenerator an der Aktorstirnfläche und/oder an der Gehäusestirnfläche angeordnet ist. Auf diese Weise kann der axial für die Bewegung des Aktors benötigte Hub gering gehalten werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Leckageraum durch eine am Gehäuse angeordnete innere Umfangsfläche begrenzt, wobei der Wirbelgenerator wenigstens eine erste Leitfläche umfasst, wobei die erste Leitfläche geneigt gegenüber der Aktorstirnfläche oder der Gehäusestirnfläche und radial nach innen in Richtung der Mittelachse beabstandet zu der inneren Umfangsfläche angeordnet ist, wobei die erste Leitfläche ausgebildet ist, das Fluid in seiner Strömungsrichtung abzulenken. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass mittels der ersten Leitfläche eine in den Leckageraum einströmende Fluidströmung derart umgelenkt wird, dass der Fluidwirbel mittels der ersten Leitfläche erzeugt werden kann.
Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn die erste Leitfläche zu der Gehäusestirnfläche oder der Aktorstirnfläche einen Winkel von vorzugweise 90° bis 160° insbesondere 120° bis 140°, insbesondere von 132° bis 138°, aufweist. Dadurch kann ein besonders großer Wirbelkern bereitgestellt werden, indem ein großes Volumen von Kraftstoff bzw. Kavitationsbläschen ein- geschlossen werden kann.
Besonders einfach ist der Wirbelgenerator herstellbar, wenn die erste Leitfläche rotationssymmetrisch zu der Mittelachse des Innenraums umlaufend an dem Wirbelgenerator angeordnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Wirbelgenerator wenigstens eine Ausbuchtung auf, die aus der Aktorstirnfläche und/oder der Gehäusestirnfläche herausragt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Aktor in axialer Richtung kompakt ausgebildet ist.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die erste Leitfläche um- fangsseitig an der Ausbuchtung angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist auch, wenn der Wirbelgenerator wenigstens eine Ausnehmung aufweist, wobei die Ausnehmung eine zweite Leitfläche aufweist, wobei die zweite Leitfläche geneigt gegenüber der Aktorstirnfläche oder der Gehäusestirnfläche und radial nach innen in Richtung der Mittelachse beabstandet zu der inneren Umfangsfläche angeordnet ist.
Ferner ist von Vorteil, wenn die Ausnehmung radial beabstandet zu der Mittelachse des Innenraums angeordnet ist.
Besonders einfach kann die Ausnehmung in den Aktor eingebracht werden, wenn die Ausnehmung nutförmig ausgebildet ist und rotationssymmetrisch umlaufend um die Mittelachse des Innenraums ausgebildet ist. Dadurch kann die Ausnehmung mittels eines konventionellen Dreh- oder Fräßverfahrens oder eines Gießverfahrens kostengünstig in die Aktorstirnfläche und/oder die Gehäusestirnfläche eingebracht werden. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Ausbuchtung und/oder die Ausnehmung im Wesentlichen einen Querschnitt eines gleichschenkligen Trapezes aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Leitfläche der Ausnehmung radial innen liegend bezogen auf die Mittelachse zu der ersten Leitfläche der Ausbuchtung angeordnet. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass eine durch die erste Leitfläche der Ausbuchtung eingeleitete Fluidwirbelbildung dazu führt, dass eine Zirkulation des Fluidwirbels an der zweiten Leitfläche der Ausnehmung weitergeführt wird und die Fluidwirbelbildung durch die zweite Leitfläche unterstützt wird.
Besonders günstig für die Fluidwirbelausbildung ist, wenn die Ausnehmung eine zur zweiten Leitfläche gegenüberliegende dritte Leitfläche aufweist, wobei die dritte Leitfläche radial au¬ ßenliegend bezogen auf die Mittelachse beabstandet zu der zweiten Leitfläche angeordnet ist, wobei die dritte Leitfläche radial nach außen hin zur inneren Umfangsflache des Leckageraums geneigt angeordnet ist.
Ein besonders starker Fluidwirbel bildet sich dann aus, wenn zwischen der Aktorstirnfläche oder der Gehäusestirnfläche und wenigstens einer der ersten bis dritten Leitfläche eine
Verrundung vorgesehen ist.
Besonders strömungsgünstig ist ferner, wenn zwischen der Aktorstirnfläche und/oder der Gehäusestirnfläche und wenigstens einer der ersten bis dritten Leitfläche ein Verrundung vorgesehen ist .
Die Wirbelbildung kann auch gezielt dadurch unterstützt werden, dass zwischen der inneren Umfangsfläche des Gehäuses und dem Aktor ein Spalt vorgesehen ist, wobei zwischen dem Schließelement und dem Aktor im Innenraum des Gehäuses ein Steuerraum ausgebildet wird, der mit dem Fluid füllbar ist, wobei der
Leckageraum mit einem Steuerraum verbunden ist, wobei der Wirbelgenerator und der Spalt in fluiddynamischer Wirkverbindung stehen. Auf diese Weise kann Fluid aus dem Ventilraum in den Leckageraum gefördert werden und dabei die Fluidwirbelbildung im Leckageraum gefördert werden. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
Figur 1 eine schematische Schnittansicht durch ein Magnetventil in einer Hubbewegung, Figur 2 eine schematische Draufsicht auf einen Aktor des Magnetventils , Figur 3 eine schematische Schnittansicht durch das in Figur 1 gezeigte Magnetventil bei einer Senkbewegung , und
Figur 4 eine schematische Schnittansicht durch alternative Ausführungsformen des in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Magnetventils 10 zeigen . Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht durch ein Magnetventil 10 in einer Hubbewegung. Figur 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Aktor 15 des Magnetventils 10 und Figur 3 zeigt eine schematische Schnittansicht durch das in Figur 1 gezeigte Magnetventil 10 bei einer Senkbewegung. Im Folgenden sollen die Figuren 1 bis 3 im Zusammenhang erläutert werden. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichem Bezugszeichen versehen .
Das Magnetventil 10 umfasst ein Gehäuse 20 mit einem Innenraum 25. In dem Innenraum 25 ist der Aktor 15 angeordnet. Der Aktor 15 kann mittels umfangsseitig am Gehäuse 20 angeordneter Spulen 26 in dem Innenraum 25 entlang einer Mittelachse 30 des Innenraums auf und ab bewegt werden. Dazu sind die Spulen 26 mit einer nicht dargestellten Steuereinrichtung verbunden und können mit elektrischem Strom beaufschlagt werden . Die Spulen 26 stellen bei einer Beaufschlagung mit elektrischem Strom ein Magnetfeld bereit. Unterhalb des Aktors 15 ist ein Polstück 27 angeordnet das sich umfangsseitig am Gehäuse 20 abstützt. Zwischen dem Polstück 27 und dem Gehäuse 20 sind Nuten 28 vorgesehen. Der Aktor 15 ist unterseitig an einem ersten Längsende mit einem
Schließelement 35 verbunden, das in einem Ventilsitz 40 in einer geschlossenen Stellung aufsitzt und einen Einlass 45, der unterseitig in Figur 1 angeordnet ist, von einem linksseitig angeordneten Auslass 55 trennt. Zwischen dem Schließelement 35 und dem Polstück 27 ist ein Federelement 36 in einer Aufnahme 37 des Polstücks 27 angeordnet. Das Federelement 36 umgreift das Schließelement 35 umfangsseitig und stützt sich mit einem ersten Längsende des Federelements 36 an dem ersten Längsende des Aktors 15 ab. Mit einem zweiten Längsende des Federelements 36 stützt sich das Federelement 36 an einem Absatz 38 ab, der die Aufnahme 37 des Polstücks 27 begrenzt. Das Federelement 36 ist als Spiraldruckfeder ausgebildet und drückt den Aktor 15 mittels einer Federkraft FF vom Polstück 27 in Längsrichtung weg bzw. in den Figuren 1 und 3 nach oben. Ferner ist der Absatz 38 ausgelegt, das Schließelement 35 umfangsseitig zu umgreifen und das Schließelement 35 bei der Auf- und Abbewegung zu führen. Durch das Federelement 36 wird das Schließelement 35 angehoben, so wird ein Durchlass 50 unterhalb des Schließelements 35 freigegeben, so dass der Einlass 45 mit dem Auslass 55 des Magnetventils 10 verbunden ist und somit ein Kraftstoff oder ein anders Fluid von dem Einlass 45 zum Auslass 55 strömen kann. Um den Einlass 45 zu schließen, werden die Spulen 26 mit elektrischen Strom be- aufschlagt, so dass diese ein magnetisches Feld erzeugen. Das magnetische Feld wird über das Gehäuse 20 in das Polstück 27 eingeleitet, das den Aktor 15 anzieht und damit eine Gegenkraft FG zu der Federkraft FF bereitstellt. Ist die Gegenkraft FG größer als die Federkraft FF, bewegt sich der Aktor 15 in Richtung dem Polstück 26 bis der Aktor 15 stirnseitig an dem Polstück 27 anschlägt oder bis das Schließelement 35 auf dem Ventilsitz 40 aufsitzt und den Einlass 45 verschließt.
Der Aktor 15 bildet dabei im Innenraum 25 rückseitig an einem zweiten Längsende auf der zum Schließelement 35 abgewandten Seite, zusammen mit dem Gehäuse 20 einen Leckageraum 65 im Innenraum 25 aus. Der Aktor 15 weist dabei einen Durchmesser DA auf, der kleiner ist als ein Innendurchmesser DG des Gehäuses 20, so dass zwischen dem Aktor 15 und dem Gehäuse 20 ein Spalt 70 vorgesehen ist, durch den der Leckageraum 65 über die Nuten 28 des Polstücks 27 mit einem Steuerraum 75, in dem das
Schließelement 35 angeordnet ist, verbunden ist. Der Steuerraum 75 wird dabei durch das Gehäuse 20 und dem Polstück 27begrenzt. Der Steuerraum 75 ist dabei, wie auch der Leckageraum 65, mit dem über den Einlass 45 in das Magnetventil 10 strömenden Fluid befüllt . In der Ausführungsform ist der Steuerraum 75 mittels der Nuten 28 und dem Spalt 70 mit dem Leckageraum 65 verbunden. Alternativ wäre auch ein weitere Spalt oder Nuten zwischen dem Schließelement 35 und dem Absatz 38 denkbar.
Der Aktor 15 sowie eine innere Umfangsfläche 80 des Gehäuses 20 sind in der Ausführungsform rotationssymmetrisch zu der Mittelachse 30 ausgebildet. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der Aktor 15 bzw. das Gehäuse 20 auch andere Querschnitte als einen Kreisquerschnitt aufweisen, wie etwa einen poly- gonförmigen, ein elliptischen oder einen rechteckförmigen Querschnitt. Der Leckageraum 65 wird neben der inneren Um- fangsfläche 80 auch in Längsrichtung, also der Richtung der Mittelachse 30, durch eine Gehäusestirnfläche 85, die dem Aktor 15 zugewandt ist, und eine Aktorstirnfläche 90, die der
Gehäusestirnfläche 85 zugewandt und an dem zweiten Längsende des Aktors 15 angeordet ist, begrenzt. Die Gehäusestirnfläche 85 und die Aktorstirnfläche 85 sind jeweils plan ausgebildet und senkrecht zu der Mittelachse 30 ausgerichtet. Selbstverständlich ist auch eine gebogene Ausgestaltung der Gehäusestirnfläche 85 bzw. der Ankerstirnfläche 90 denkbar. Auch wäre denkbar, dass die Gehäusestirnfläche 85 bzw. die Ankerstirnfläche 90 schräg zur Mittelachse 30 angeordnet sind. Im Leckageraum 65 ist ferner ein Wirbelgenerator 95 vorgesehen. Der Wirbelgenerator 95 umfasst eine Ausbuchtung 100, die an der Gehäusestirnfläche 85 angeordnet ist. Ferner umfasst der Wirbelgenerator 95 eine Ausnehmung 105, die an der
Aktorstirnfläche 90 angeordnet ist. Selbstverständlich können auch die Ausnehmung 105 an der Gehäusestirnfläche 85 und die Ausbuchtung 100 an der Aktorstirnfläche 90 angeordnet werden. Außerdem ist auch denkbar, dass die Ausnehmung 105 und die Ausbuchtung 100 an der gleichen Stirnfläche beispielsweise an der Aktorstirnfläche 95 oder an der Gehäusestirnfläche 85 angeordnet sind. Auch ist denkbar, dass an der Gehäusestirnfläche 85 und/oder der Aktorstirnfläche 90 jeweils eine oder mehrere Ausnehmungen 105 oder alternativ eine oder mehrere Ausbuchtungen 100 vorgesehen sind. Die Ausbuchtung 100 umfasst eine erste Leitfläche 110, die schräg zu der Mittelachse 30 angeordnet ist. Ferner ist die erste Leitfläche 110 radial von der Gehäusestirnfläche 85 weg nach innen in Richtung der Längsachse 30 geneigt, so dass sich die Ausbuchtung 100 in Längsrichtung hin zur Aktorstirnfläche 90 verjüngt. Die erste Leitfläche 110 ist dabei rotationssym¬ metrisch umlaufend um die Mittelachse 30 angeordnet, so dass die Ausbuchtung 100 eine kegelstumpfartige Ausbildung aufweist, die in den Leckageraum 65 hineinragt. Durch die rotationssymmet¬ rische Ausgestaltung der ersten Leitfläche 110 weist die Ausbuchtung 100 im Querschnitt ein gleichschenkliges Trapez auf. Dabei ist die erste Leitfläche 110 derart gegenüber einer Deckfläche 115 der Ausbuchtung 100 ausgerichtet, dass die Deckfläche 115 zusammen mit der ersten Leitfläche 100 eine erste Abrisskante 120 ausbilden. Die Deckfläche 115 ist dabei senkrecht zu der Mittelachse 30 des Innenraums 25 und somit parallel zur Gehäusestirnfläche ausgerichtet, so dass die Abrisskante 120 kreisförmig umlaufend um die Mittelachse 30 ausgebildet ist.
Selbstverständlich ist auch denkbar, dass die Ausbuchtung 100 quer zur Mittelachse 30 an der Gehäusestirnfläche 85 angeordnet ist. Dabei kann auch die Ausbuchtung 100 eine nicht rotati¬ onssymmetrische Ausgestaltung aufweisen.
Die Ausnehmung 105 weist eine zweite Leitfläche 125 und eine dritte Leitfläche 130 auf. Die Ausnehmung 105 ist dabei nutförmig ausgestaltet, so dass die zweite Leitfläche 125 und die dritte Leitfläche 130 die Seitenfläche der Nut ausbilden. Die zweite Leitfläche 125 ist über einen Ausnehmungsgrund 135 mit der dritten Leitfläche 130 verbunden. Die zweite Leitfläche 125 ist dabei radial innen liegend zu der ersten Leitfläche 110 der Ausbuchtung angeordnet. Die dritte Leitfläche 130 ist sowohl zur ersten Leitfläche 110 als auch zur zweiten Leitfläche 125 radial außen liegend angeordnet. Die zweite Leitfläche 125 und die dritte Leitfläche 130 sind ebenso schräg zur Mittelachse 30 ausgerichtet, wobei die zweite Leitfläche 125 zu der dritten Leitfläche 130 derart am Ausnehmungsgrund 135 angeordnet ist, dass die Ausnehmung 105 sich in Richtung der Gehäusestirnfläche 85 hin öffnet und somit die Ausnehmung 125 an einem zur
Gehäusestirnfläche 85 zugewandtem Ende der Ausnehmung 105 breiter ausgestaltet ist als am Ausnehmungsgrund 135 und somit im Querschnitt eine gleichschenklige Trapezform aufweist. Der Ausnehmungsgrund 135 ist dabei quer zur Mittelachse 30 aus¬ gerichtet und verläuft ringförmig rotationssymmetrisch um die Mittelachse 30 herum. Durch die Ausnehmung 105 wird radial innen liegend an der zweiten Leitfläche 25 im Übergang zu einer Aktorstirnfläche 90 eine zweite Abrisskante 145 ausgebildet. Radial innen liegend zur zweiten Abrisskante 145 ist ein erster Abschnitt 140 der Aktorstirnfläche 90 vorgesehen. Aufgrund der senkrechten An- Ordnung der Aktorstirnfläche 90 zur Mittelachse 30, ist die zweite Abrisskante 145, die mittig auf der Mittelachse 30 angeordnet ist, kreisförmig ausgebildet, . Radial außen liegend wird zwischen der Aktorstirnfläche 90 und der dritten Leitfläche 130 eine dritte Abrisskante 155 ausgebildet. Die dritte Ab- risskante 155 ist ebenso kreisförmig ausgebildet und mittig zur Mittelachse 30 angeordnet. Radial außenseitig zwischen der dritten Abrisskante 155 und der inneren Umfangsfläche 80 ist ein zweiter Abschnitt 150 der Aktorstirnfläche 90 angeordnet. Der erste Abschnitt 140 und der zweite Abschnitt 150 der
Aktorstirnfläche 90 sind in der gleichen Ebene senkrecht zur Mittelachse 30 angeordnet. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der erste Abschnitt 140 axial in Richtung der Mittelachse 30 beabstandet zu dem zweiten Abschnitt 150 angeordnet ist. Beim Hinauspressen des Kraftstoffs bei einer Hubbewegung des Aktors 15 in dem Innenraum 25 des Gehäuses 20 wird aus dem Leckageraum 65 durch den Spalt 70 und die Nuten 28 Kraftstoff aus dem Leckageraum 65 in den Steuerraum 75 gedrückt . Dabei wird durch den Wirbelgenerator 95 bzw. durch die Ausbuchtung 100 und die Ausnehmung 105 die KraftstoffStrömung (mittels Pfeilen in den Figuren dargestellt) derartig im Leckageraum 65 geführt , dass ein Wirbel 156 im Leckageraum 65 mit einer Zirkulation 160 und einem innerhalb der Zirkulation 160 liegenden Kraftstoffwirbelkern 165 hervorgerufen wird. Die Zirkulation 160 ist in Figur 1 und 3 schematisch mittels Pfeilen symbolisch dargestellt. Der
Kraftstoffwirbelkern 165 ist mittels strichlierter Linien markiert. Dabei strömt der an der Gehäusestirnfläche 85 liegende Kraftstoff radial nach innen und wird durch die erste Leitfläche 110 in Richtung der Aktorstirnfläche 90 gelenkt. Nach axialer Durchquerung des Leckageraums 65, trifft die KraftstoffStrömung auf die zweite Leitfläche 125 und wird durch diese radial nach außen gelenkt. Nach einem Vorbeiströmen des Ausnehmungsgrunds 135 wird die KraftstoffStrömung durch die dritte Leitfläche 130 in Richtung der Gehäusestirnfläche 85 abgelenkt und strömt danach durch den Spalt 70 in den Steuerraum 75. Durch das kontinuierliche Nachströmen von Kraftstoff und der Ausgestaltung des Wirbelgenerators 95 weist der Wirbel 156 eine Torusform auf, dessen Mittelachse auf der Mittelachse 30 des Innenraums 25 liegt. Die Zirkulation 160 des Wirbels 156 dreht sowohl bei einer Hub- als auch bei einer Senkbewegung zwischen der Ausbuchtung 100 und dem ersten Abschnitt 140 bzw. der zweiten Leitfläche 125 von der Ausbuchtung 100 in Richtung der Ausnehmung 105. Die Zirkulation 160 des Kraftstoffwirbels 156 bewirkt, dass im Kraftstoff¬ wirbelkern 165 ein Unterdruckgebiet ausgebildet wird.
Wird, wie in Figur 3 gezeigt, der Aktor 15 zum Schließen des Magnetventils 10 in einer Senkbewegung geführt, so dass sich das Schließelement 35 in Richtung des Ventilsitzes 40 bewegt, so wird das Volumen des Leckageraums 65 vergrößert. Dadurch, dass die Bewegungen des Magnetventils 10 bzw. des Aktors 15 sehr schnell und mit hoher Taktrate erfolgen, bilden sich im Leckageraum 65 aufgrund des sich bei einer Senkbewegung ausbildenden Unter- drucks in dem Leckageraum 65 Dampfbläschen 170 bzw. eine Kavitation aus. Die Dampfbläschen 170 führen bei Kontakt mit dem Material des Aktors 15 bzw. der inneren Umfangsfläche 80 bzw. der Gehäusestirnseite 85 zu Kavitationsfraß bzw. zu einer Aufrauung der Oberfläche des Aktors 15 bzw. des Gehäuses 20.
Bei einer Senkbewegung wird durch den Spalt 70 und die Nuten 28 Kraftstoff aus dem Steuerraum 75 angesaugt und in den Leckageraum 65 gefördert. Dabei strömt der Kraftstoff entlang der inneren Umfangsflache 80 parallel zur Mittelachse 30 des Innenraums 25 in Richtung der Gehäusestirnfläche 85. Im Folgenden wird der in Figur 3 rechtsseitig dargestellte Kraftstofffluss erläutert. Von der Gehäusestirnfläche 85 wird der parallel zur Mittelachse 30 einströmende Kraftstoff radial nach innen in Richtung der Ausbuchtung 100 abgelenkt, so dass er parallel zur
Gehäusestirnseite 85 geführt wird. Die erste Leitfläche 110 lenkt den Kraftstoff in Richtung der Aktorstirnfläche 90 um, so dass der Kraftstoff von der ersten Leitfläche 110 in Richtung der zweiten Leitfläche 125 strömt. Die zweite Leitfläche 125 führt den Kraftstoffström zum Ausnehmungsgrund 135, so dass nun der Kraftstoffström im Wesentlichen quer zur Mittelachse 30 radial nach außen hin strömt. Die dritte Leitfläche 130 lenkt den Kraftstoffström wieder derart um, dass dieser in Richtung der Gehäusestirnfläche 85 strömt und sich mit dem nachströmenden Kraftstoff, der durch den Spalt 70 strömt, vereint. Dadurch bildet sich ein rotierender Wirbel 156 mit Torusform zwischen der Gehäusestirnfläche 85 und der Aktorstirnfläche 90 aus. Sich durch die Druckreduzierung in Leckageraum 65 ausbildende Dampfbläschen 170 bzw. Kavitation wird durch das Unterdruckgebiet im
Kraftstoffwirbelkern 165 eingefangen und durch die Zirkulation 160 davon abgehalten, dass die Dampfbläschen 170 in Kontakt mit dem Material des Magnetventils 10 treten und dieses dadurch beschädigen könnten. Die Torusform des Wirbels 156 bietet den Vorteil, dass ein besonders hoher und groß ausgebildeter
Kraftstoffwirbelkern 165 ringförmig um die Mittelachse 30 herum im Leckageraum 65 ausgebildet wird, so dass besonders viele Dampfbläschen 170 dort eingefangen werden können. Ferner weist der Toruswirbel 156 eine besonders hohe Stabilität auf. Ferner wird durch die Ausgestaltung des Wirbelgenerators dem Wirbel 156 sowohl bei der Hub- als auch bei der Senkbewegung des Aktors 15 Energie zugeführt, so dass der Wirbel 156 stabil im Leckageraum 65 rotiert und eine besonders hohe Zirkulation 160 aufweist. Dabei wird ein stabiler Kraftstoffwirbelkern 165 nur dann ausgebildet, wenn die Leitfläche 110, 125, 130 derartig zu der Gehäusestirnfläche 85, bzw. der Ankerstirnfläche 90 angeordnet ist, dass der Kraftstoffström an der jeweiligen zwischen der Leitfläche 110, 125, 130 und der Deckfläche 115, 140, 150 angeordneten Abrisskante 120, 145, 155 abreißt.
Figur 4 zeigt eine schematische Schnittansicht durch eine alternative Ausführungsform des in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Magnetventils 10. Das Magnetventil 10 ist im Wesentlichen identisch zu dem in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Magnetventil 10 ausgebildet. Abweichend dazu sind die Leitflächen 110, 125, 130 parallel zu der Mittelachse 30 bzw. senkrecht zu der Gehäusestirnfläche 85 bzw. der Ankerstirnfläche 90 angeordnet. Um die Zirkulation 160 des Kraftstoffwirbels 156 zu verbessern, ist, wie in Figur beispielhaft rechtsseitig der Mittelachse 30 dargestellt, zwischen den Leitflächen 110, 125, 130 und der korrespondierenden Gehäusestirnfläche 85 bzw. Ankerfläche 90 eine Verrundung 185 an der jeweiligen Abrisskante 120, 145, 155 vorgesehen. Ebenso ist zwischen der zweiten bzw. der dritten Leitfläche 125, 130 und dem Ausnehmungsgrund 135 eine weitere Verrundung 190 vorgesehen. Alternativ ist auch denkbar, die Abrisskanten 185, 190 scharfkantig wie in den Figuren 1 bis 3 und in Figur 4 linksseitig der Mittelachse 30 gezeigt auszugestalten. Dadurch wird ein zuverlässiges Ablösen der Strömung des
Kraftstoffs an der Abrisskante 185, 190 gewährleistet.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. So ist es durchaus denkbar, dass in einem Eckbereich, also dem Übergangsbereich zwischen der Gehäusestirnfläche 85 und der inneren Umfangsfläche 80 des Gehäuses 20, ebenso eine vierte Leitfläche 180 angeordnet ist (in Figur 4 strichliert darge¬ stellt) . Auf diese Weise kann bereits der einströmende
Kraftstoffström durch den Spalt 70 durch die vierte Leitfläche 180 in Richtung der Ausbuchtung 100 umgelenkt und so eine erhöhte Zirkulation 160 erreicht werden. Auch ist denkbar, die Ausbuchtung 100 bzw. die Ausnehmung 105 breiter oder schmaler als in den Figuren gezeigt auszugestalten. Selbstverständlich ist auch denkbar, zwei oder mehr Ausnehmungen 105 vorzusehen. Statt der Anordnung einer Ausbuchtung 100 gegenüberliegend zu einer Ausnehmung 105 wäre auch denkbar, an der Gehäusestirnfläche 85 bzw. an der Aktorstirnfläche 90 jeweils eine Ausbuchtung 100 oder jeweils eine Ausnehmung 105 anzuordnen.
Das Magnetventil 10 wird in den Figuren 1 bis 4 mit Kraftstoff befüllt. Selbstverständlich sind auch andere Fluide zur Füllung des Magnetventils 10, insbesondere Wasser, Brennstoffe oder Öle, denkbar. Jedoch ist der Wirbelgenerator 95 in Abhängigkeit der Viskosität des Fluids auszugestalten. Die erste Leitfläche 110 schließt zu der Gehäusestirnfläche 85 einen ersten Winkel ein. Die zweite Leitfläche 125 bzw. die dritte Leitfläche 130 schließt zu der Aktorstirnfläche 90 einen zweiten bzw. dritten Winkel ß, δ ein. Die Winkel , ß, δ weisen vorzugweise 90° bis 160° insbesondere 120° bis 140°, insbesondere von 132° bis 138°, auf. Die Winkel , ß, δ sind in den gezeigten Ausführungsformen gleich groß gewählt. Selbstverständlich können die Winkel , ß, δ auch unterschiedlich zueinander gewählt sind .

Claims

Patentansprüche
1. Magnetventil (10) mit einem Gehäuse (20), einer Ven¬ tilbetätigungseinrichtung (15, 26) und einem Schließ- element (35) ,
- wobei das Gehäuse (20) einen Innenraum (25) mit einer Mittelachse (30) umfasst,
- wobei die Ventilbetätigungseinrichtung einen Aktor (15) umfasst, der in dem Innenraum (25) entlang der Mit- telachse (30) verschiebbar angeordnet ist,
- wobei der Aktor (15) mit dem Schließelement (35) in Wirkverbindung steht, um mit einer Verschiebung des Aktors (15) entlang der Mittelachse (30) das Magnetventil (10) zu öffnen oder zu schließen,
- wobei der Aktor (15) mit dem Gehäuse (20) im Innenraum
(25) des Gehäuses (20) einen Leckageraum (65) begrenzt, der mit einem Fluid, insbesondere einem Kraftstoff, füllbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- im Leckageraum (65) an dem Gehäuse (20) und/oder an dem
Aktor (15) wenigstens ein Wirbelgenerator (95) ange¬ ordnet ist, der ausgelegt ist, einen Fluidwirbel (156, 165) im Leckageraum (65) zu erzeugen. 2. Magnetventil (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) eine Gehäusestirnfläche (85) , die dem Aktor (15) zugewandt ist, und der Aktor (15) eine
Aktorstirnfläche (90), die der Gehäusestirnfläche (85) zugewandt ist, umfasst, wobei der Leckageraum (65) durch die Aktorstirnfläche (90) und die Gehäusestirnfläche (85) begrenzt ist, wobei der Wirbelgenerator (95) an der Aktorstirnfläche (90) und/oder an der Gehäusestirnfläche (85) angeordnet ist. 3. Magnetventil (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckageraum (65) durch eine am Gehäuse (20) angeordnete innere Umfangsfläche (80) be¬ grenzt ist, wobei der Wirbelgenerator (95) wenigstens eine erste Leitfläche (110, 125, 135, 180) umfasst, wobei die erste Leitfläche (110, 125, 135, 180) geneigt gegenüber der Aktorstirnfläche (90) oder der Gehäusestirnfläche (85) und radial nach innen in Richtung der Mittelachse (30) beabstandet zu der inneren Umfangsfläche (80) angeordnet ist, wobei die erste Leitfläche (110, 125, 135, 180) ausgebildet ist, das Fluid in seiner Strömungsrichtung abzulenken .
Magnetventil (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitfläche (110, 125, 135, 180) zu der Gehäusestirnfläche (85) oder der
Aktorstirnfläche (90) einen Winkel von vorzugweise 90° bis 160° insbesondere 120° bis 140°, insbesondere von 132° bis 138°, aufweist.
Magnetventil (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitfläche (110, 125, 135, 180) rotationssymmetrisch zu der Mittelachse (30) des Innenraums (25) umlaufend an dem Wirbelgenerator (95) angeordnet ist.
Magnetventil (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelgenerator (95) wenigstens eine Ausbuchtung (100) aufweist, die aus der
Aktorstirnfläche (90) und/oder der Gehäusestirnfläche (85) herausragt.
Magnetventil (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitfläche (110) umfangsseitig an der Ausbuchtung (100) angeordnet ist.
Magnetventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelgenerator (95) wenigstens eine Ausnehmung (105) aufweist, wobei die Ausnehmung (105) eine zweite Leitfläche (125) aufweist, wobei die zweite Leitfläche geneigt gegenüber der Aktorstirnfläche (90) oder der Gehäusestirnfläche (85) und radial nach innen in Richtung der Mittelachse (30) beabstandet zu der inneren Umfangsflache (80) angeordnet ist.
9. Magnetventil (10) nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (105) radial beabstandet zu der
Mittelachse (30) des Innenraums (25) angeordnet ist.
10. Magnetventil (10) nach Anspruch 8 oder9, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Ausnehmung (105) nutförmig aus- gebildet ist und rotationssymmetrisch umlaufend um die
Mittelachse (30) des Innenraums (25) ausgebildet ist.
11. Magnetventil (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbuchtung (100) und/oder die Ausnehmung (105) im Wesentlichen einen
Querschnitt eines gleichschenkligen Trapezes aufweist.
12. Magnetventil (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitfläche (125) der Ausnehmung (105) radial innen liegend bezogen auf die
Mittelachse (30) zu der ersten Leitfläche (110) der Ausbuchtung (100) angeordnet sind.
13. Magnetventil (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (105) eine zur zweiten Leitfläche (125) gegenüberliegende dritte
Leitfläche (130) aufweist, wobei die dritte Leitfläche (130) radial außen liegend bezogen auf die Mittelachse (30) beabstandet zu der zweiten Leitfläche (125) angeordnet ist, wobei die dritte Leitfläche radial nach außen hin zur inneren Umfangsfläche (80) des Leckageraums (65) geneigt angeordnet ist.
14. Magnetventil (10) nach Anspruch 13, dadurch gekenn- zeichnet, dass zwischen der Aktorstirnfläche (90) oder der
Gehäusestirnfläche (85) und wenigstens einer der ersten bis dritten Leitfläche (110, 125, 130, 180) eine Verrundung (185, 190) vorgesehen ist.
15. Magnetventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der inneren Um- fangsfläche des Gehäuses und dem Aktor (15) ein Spalt vorgesehen ist, wobei zwischen dem Schließelement (35) und dem Aktor (15) im Innenraum (25) des Gehäuses (20) ein Steuerraum (75) ausgebildet wird, der mit dem Fluid füllbar ist, wobei der Leckageraum (65) mit einem Steuerraum (75) über den Spalt verbunden ist, wobei der Wirbelgenerator (95) und der Spalt in fluiddynamischer Wirkverbindung stehen .
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