EP3346121B1 - Magnetventil für ein kraftstoffeinspritzsystem und kraftstoffhochdruckpumpe - Google Patents

Magnetventil für ein kraftstoffeinspritzsystem und kraftstoffhochdruckpumpe Download PDF

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EP3346121B1
EP3346121B1 EP17150743.7A EP17150743A EP3346121B1 EP 3346121 B1 EP3346121 B1 EP 3346121B1 EP 17150743 A EP17150743 A EP 17150743A EP 3346121 B1 EP3346121 B1 EP 3346121B1
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EP
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valve
solenoid
solenoid valve
plunger
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Thomas Fuchs
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Continental Automotive GmbH
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    • F02M2200/40Fuel-injection apparatus with fuel accumulators, e.g. a fuel injector having an integrated fuel accumulator

Definitions

  • the invention relates to a solenoid valve for a fuel injection system of an internal combustion engine, and a high-pressure fuel pump having such a solenoid valve.
  • a fuel In fuel injection systems in internal combustion engines, a fuel is usually subjected to a high pressure, wherein the pressure is for example in gasoline internal combustion engines in a range of 150 bar to 400 bar and in diesel engines in a range of 1500 bar to 2500 bar.
  • EP 2 574 768 A1 discloses a fuel injector for an internal combustion engine which opens and closes a fuel passage by means of an electromagnetically operable armature to achieve accurate fuel metering.
  • the armature has a special shape with a through hole having a larger diameter portion and a smaller diameter diameter portion so as to improve responsiveness to magnetic flux and avoid sticking of the armature to adjacent components.
  • valve arrangements can be made be provided, for example, as volume flow control valves, which are used for example in gasoline high-pressure pumps, which are designed as a reciprocating pump, and to vary the delivery rate of the fuel by the high-pressure fuel pump by selectively varying the closing or opening time relative to a position of the reciprocating piston of the high-pressure fuel pump ,
  • These flow control valves are often designed as solenoid valves and have a valve seat and a movably mounted closing element. The closing element is moved over an actuator region comprising a movable armature, which by means of electromagnetic forces can be moved relative to a pole piece. Due to the position of the armature at least one of the positions of the solenoid valve (open or closed) can be actively brought about or maintained for a certain period of time.
  • the armature In order for the armature to be moved by means of electromagnetic force, the armature comprises a ferromagnetic material or consists entirely of such a material, and has a mass that is subject to the inertial laws. Due to this fact, a switching of the valve takes place with a certain time offset relative to the beginning of the actuation of the solenoid valve. It is desirable to minimize this skew in order to achieve good controllability, especially at high strobe frequencies. Furthermore, the anchor often strikes in at least one end position in other components. Depending on the impulse, which is linked directly to the mass of the armature via the speed, mechanical vibrations are generated when the armature strikes, which on the one hand leads to material wear, but on the other hand also to unwanted emission of structure-borne noise. It is therefore desirable to keep the moving masses as small as possible by constructive measures.
  • the object of the invention is therefore to reduce an armature mass in a solenoid valve for a fuel injection system.
  • a high-pressure fuel pump in a fuel injection system having such a solenoid valve is the subject of the independent claim.
  • a solenoid valve for a fuel injection system includes a valve portion having a closure member and a valve seat which cooperate to close the solenoid valve. Further, the solenoid valve includes an actuator portion having a control pin for moving the shutter member along an axis of movement to an opening or closing position.
  • the actuator portion includes a fixed pole piece having a pole piece bore disposed in the pole piece and a plunger armature movable relative to the pole piece along the axis of travel that is non-contact with the pole piece having a pole piece end in the pole piece bore.
  • the plunger anchor forms the control pin.
  • the armature is formed as a movable block, which is connected to the control pin or otherwise coupled, wherein the control pin in turn acts on the closing element of the solenoid valve.
  • the block-shaped armature has a very large compared to the control pin mass, with very high magnetic forces are necessary to comply with the required switching times of the solenoid valve at this high mass.
  • this plunger also forms the control pin, which moves the closing element along the axis of movement.
  • the control pin is also the plunger anchor.
  • the valve region has a valve seat plate which forms the valve seat.
  • the plunger armature is designed as a cylindrical pin which penetrates the valve seat plate contactlessly with a valve seat plate end, so that it can advantageously push away the closing element, for example in the form of the plate, from the valve seat by simple contact and does not have to be fixedly connected to the closing element. This in turn reduces the mass of both the closing element and the plunger anchor, since the two elements have no fixed connection to each other.
  • the closing element is preferably designed as a plate, which rests in the closed position of the solenoid valve on the valve seat plate.
  • the pole piece and the plate are arranged in particular on opposite sides of the valve seat plate.
  • Such an embodiment of the solenoid valve is particularly advantageous when the solenoid valve is to be operated as a normally open solenoid valve, in which the closing element in the de-energized state advantageously does not rest on the valve seat or the valve seat plate, but is kept away from it.
  • the closing element is additionally designed as a lightweight plate, the impulse for touching the plate with the valve seat can also be significantly reduced in this case compared to a closing element with a larger mass, such as a ball valve or a mushroom valve.
  • the closing element formed as a plate is firmly connected to the valve seat plate and designed to be flexible only in some areas, so that it releases valve openings when it comes from the Plunger armature is actuated. As a result, a displacement of the plate from its position can be prevented.
  • a stop for limiting the movement path of the plunger armature along the movement axis is formed on the plunger armature.
  • the movement of the plunger armature in one direction can advantageously be limited.
  • the stop is formed on a pole piece end of the plunger armature for cooperation with the pole piece. This means that the end of the plunger armature, which is arranged directed towards the pole piece, has the stop.
  • the stop may also be formed opposite to a valve seat plate end of the plunger armature and thus interact with the valve seat plate in order to limit the path of movement of the plunger anchor.
  • a return spring is provided to bias the plunger armature to an initial position.
  • the starting position is an opening position of the solenoid valve, in which the plunger anchor holds the closing element of the valve seat.
  • the magnetic forces of the actuator area then act just so strong to overpress the spring force of the return spring and, for example, to pull the plunger armature into a position in which the closing element returns to the valve seat.
  • the return spring is disposed within the pole piece bore.
  • the return spring is arranged outside of the pole piece bore and is supported, for example, on a stop on the plunger armature and on the pole piece.
  • the stop is not formed directly on the plunger armature, but as a stop pin within the pole piece bore, it is preferred if the return spring is arranged around the stop pin, so as to save space.
  • the stop can also be arranged on the plunger armature such that it is located neither at the pole piece end of the plunger anchor nor at the valve seat plate end of the plunger rod, but centrally therebetween.
  • the spring is supported on the pole piece and the stop in such a way that the stop does not come into contact with the pole piece during operation at any operating point.
  • the solenoid valve is designed as a flow control valve.
  • a high-pressure fuel pump for a fuel injection system of an internal combustion engine preferably has a solenoid valve described above.
  • such a solenoid valve may be formed as a volume flow control valve, in particular as an inlet valve of the high-pressure fuel pump.
  • Fig. 1 shows a schematic overview of a fuel injection system 10 of an internal combustion engine, which promotes a fuel 12 from a tank 14 via a prefeed pump 16, a high-pressure fuel pump 18 and a high-pressure fuel storage 20 to injectors 22, which then inject the fuel 12 into combustion chambers of the internal combustion engine.
  • the fuel 12 is introduced via an inlet valve 24 into the high-pressure fuel pump 18, pressurized via an outlet valve 26 out of the high-pressure fuel pump 18, and fed to the high-pressure fuel accumulator 20.
  • the inlet valve 24 is designed as a solenoid valve 28, in particular as a volume flow control valve 30, and thus can actively regulate the delivery rate of fuel 12 in the high-pressure fuel pump 18 by targeted variation of a closing or opening time.
  • the solenoid valve 28 is in greater detail in each case in a schematic sectional view in various embodiments in the Fig. 2 to Fig. 7 shown.
  • the solenoid valve 28 has a valve region 32 with a closing element 34 and a valve seat 36, and an actuator region 38, which ensures that the closing element 34 can be moved along a movement axis 40.
  • the actuator region 38 comprises a control pin 42, which is coupled to the closing element 34.
  • this coupling occurs without a fixed connection, so that the control pin 42 only touches the closure member 34 when the closure member 34 is to be moved.
  • the control pin 42 is moved along the movement axis 40 to interact with a fixed pole piece 44 as a coil 46 induces a magnetic field in the actuator region 38.
  • the control pin 42 is simultaneously formed as a plunger armature 48, and immersed in a centrally arranged in the pole piece 44 pole piece bore 50 a. By magnetic interaction of the plunger armature 48 and the pole piece 44, the plunger armature 48 then moves along the axis of movement 40th
  • the closing element 34 is formed as a plate 52 and is arranged opposite to the pole piece 44 with respect to a valve seat plate 54, on which the valve seat 36 is formed.
  • the control pin 42 which simultaneously forms the plunger armature 48, is formed as a cylindrical pin and immersed in the pole piece bore 50 with a pole piece end 56 which is arranged directed to the pole piece 44. It passes through a through-opening 60 in the valve seat plate 54 at the same time as a valve seat plate end 58 so as to be able to come into contact with the closing element 34.
  • the actuator portion 38 further includes a return spring 62 biasing the control pin 42 to an initial position, wherein in all of the illustrated embodiments, the home position is an opening position of the solenoid valve 28.
  • the solenoid valve 28 is formed in the present embodiments as a normally open solenoid valve 28.
  • valve region 32 that is, instead of the plate 52, a ball valve or other forms, and that the closing element 34 is not disposed opposite to the pole piece 44 with respect to the valve seat plate 54, but on the same side.
  • Fig. 3 to Fig. 7 show variations of with respect to Fig. 2 described solenoid valve 28 in the first embodiment, wherein in the following only the differences are to be described.
  • Fig. 3 shows a schematic sectional view of a second embodiment of the solenoid valve 28, wherein in contrast to the first embodiment, a stop 64 is now provided which is formed on the plunger armature 48 and is located in particular on the valve seat plate end 58 of the plunger armature 48. This stop 64 limits the path of movement of the plunger armature 48 in the direction of the opening position, in which the plate 52 is pushed away from the valve seat 36.
  • Fig. 4 shows a schematic sectional view of a third embodiment of the solenoid valve 28, in which the stopper 64 is not formed on the plunger 48 itself, but is arranged separately from the plunger 48 in the Pol Glabohrung 50, within the return spring 62, located in the Pol Glabohrung 50 is located.
  • the stopper 64 is formed here as a stop pin 66.
  • Fig. 5 shows a schematic sectional view of a fourth embodiment of the solenoid valve 28, the second embodiment in Fig. 3 corresponds only to the stop 64, as in Fig. 3 shown at the valve seat plate end 58, but at the pole piece end 56 of the plunger armature 48 is formed. This means that here the movement path of the plunger armature 48 is limited in the direction of the closing position of the solenoid valve 28, by an interaction between pole piece 44 and stop 64 takes place.
  • Fig. 6 shows a schematic sectional view of a fifth embodiment of the solenoid valve 28, wherein not, as in the first four embodiments, the return spring 62 is disposed within the pole piece bore 50, but outside of the pole piece bore 50, and on the one hand on the stopper 64 and on the other hand on the pole piece 44 supported.
  • Fig. 7 shows a schematic sectional view of a sixth embodiment of the embodiment in Fig. 6 corresponds, wherein only the stopper 64 is not at one end, namely the valve seat plate end 58 of the plunger 48, but centrally, so that the stopper 64 comes into contact with the valve seat plate 54 and the pole piece 44, but only via the return spring 62nd is coupled to Wegbegrenzung with the pole piece 44.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Magnetventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, sowie eine Kraftstoffhochdruckpumpe, die ein solches Magnetventil aufweist.
  • In Kraftstoffeinspritzsystemen in Brennkraftmaschinen wird ein Kraftstoff gewöhnlich mit einem hohen Druck beaufschlagt, wobei der Druck beispielsweise bei Benzin-Brennkraftmaschinen in einem Bereich von 150 bar bis 400 bar und bei Diesel-Brennkraft- maschinen in einem Bereich von 1500 bar bis 2500 bar liegt. Je höher der Druck, der in dem jeweiligen Kraftstoff erzeugt werden kann, desto geringer sind Emissionen, die während der Verbrennung des Kraftstoffes in einer Brennkammer entstehen, was insbesondere vor dem Hintergrund vorteilhaft ist, dass eine Verringerung von Emissionen immer stärker gewünscht wird.
  • Die Druckschrift EP 2 574 768 A1 offenbart ein Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine, welches einen Kraftstoffkanal mittels eines elektromagnetisch betreibbaren Ankers öffnet und verschließt, um eine genaue Kraftstoffdosierung zu erreichen. Zu diesem Zweck weist der Anker eine spezielle Form mit einem Durchgangsloch auf, das einen Abschnitt mit größerem und einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser aufweist, um somit eine Ansprechempfindlichkeit auf einen Magnetfluss zu verbessern und eine Anhaften des Ankers an benachbarten Komponenten zu vermeiden.
  • Aus der DE102010061810 A1 ist außerdem eine Ventileinrichtung einer Kraftstoffpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
  • In dem Kraftstoffeinspritzsystem können an verschiedenen Positionen des Weges, den der Kraftstoff von einem Tank zu der jeweiligen Brennkammer der Brennkraftmaschine nimmt, Ventilanordnungen vorgesehen sein, beispielsweise als Volumenstromregelventile, die beispielsweise bei Benzinkraftstoffhochdruckpumpen, welche als Hubkolbenpumpe ausgeführt sind, verwendet werden, und den Fördergrad des Kraftstoffs durch die Kraftstoff- hochdruckpumpe durch gezielte Variation des Schließ- bzw. Öffnungszeitpunktes relativ zu einer Position des Hubkolbens der Kraftstoffhochdruckpumpe zu variieren. Diese Volumenstromregelventile sind häufig als Magnetventile ausgebildet und weisen einen Ventilsitz und ein beweglich gelagertes Schließelement auf. Das Schließelement wird dabei über einen Aktuatorbereich bewegt, der einen beweglichen Anker umfasst, welcher mittels elektromagnetischer Kräfte relativ zu einem Polstück bewegt werden kann. Durch die Position des Ankers kann mindestens eine der Stellungen des Magnetventiles (geöffnet oder geschlossen) für einen gewissen Zeitraum aktiv herbeigeführt bzw. aufrechterhalten werden.
  • Damit der Anker mittels elektromagnetischer Kraft bewegt werden kann, umfasst der Anker einen ferromagnetischen Werkstoff bzw. besteht vollständig aus einem solchen Werkstoff, und besitzt eine Masse, welche den Trägheitsgesetzen unterliegt. Aufgrund dieser Tatsache erfolgt ein Schalten des Ventils mit einem gewissen Zeitversatz bezogen auf den Beginn der Ansteuerung des Magnetventils. Es ist wünschenswert, diesen Zeitversatz auf ein Minimum zu reduzieren, um eine gute Regelbarkeit, insbesondere bei hohen Hubfrequenzen, zu erzielen. Des Weiteren schlägt der Anker oft in mindestens einer Endlage in andere Bauteile ein. Abhängig vom Impuls, der über die Geschwindigkeit direkt mit der Masse des Ankers verknüpft ist, werden beim Auftreffen des Ankers mechanische Schwingungen erzeugt, welche einerseits zu Materialverschleiß, aber andererseits auch zu ungewünschter Abstrahlung von Körperschall führen. Es ist daher erstrebenswert, die bewegten Massen durch konstruktive Maßnahmen möglichst gering zu halten.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Ankermasse in einem Magnetventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem zu reduzieren.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Magnetventil mit der Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.
  • Eine Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, die ein solches Magnetventil aufweist, ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruches.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Ein Magnetventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem weist einen Ventilbereich mit einem Schließelement und einem Ventilsitz auf, die zum Schließen des Magnetventils zusammenwirken. Weiter umfasst das Magnetventil einen Aktuatorbereich mit einem Steuerstift zum Bewegen des Schließelementes entlang einer Bewegungsachse in eine Öffnungs- oder Schließposition. Der Aktuatorbereich weist ein feststehendes Polstück mit einer in dem Polstück angeordneten Polstückbohrung und einen relativ zu dem Polstück entlang der Bewegungsachse beweglichen Tauchanker auf, der berührungslos zu dem Polstück mit einem Polstückende in der Polstückbohrung angeordnet ist. Der Tauchanker bildet dabei den Steuerstift.
  • Bislang war es bekannt, dass der Anker als beweglicher Block ausgebildet ist, der mit dem Steuerstift verbunden oder anderweitig gekoppelt ist, wobei der Steuerstift wiederum auf das Schließelement des Magnetventiles wirkt. Der blockförmige Anker hat dabei eine im Vergleich zu dem Steuerstift sehr große Masse, wobei sehr hohe Magnetkräfte nötig sind, um bei dieser hohen Masse die geforderten Schaltzeiten des Magnetventils einzuhalten.
  • Daher wird nun vorgeschlagen, den Anker nicht als blockförmiges Element auszuführen, sondern als einen Tauchanker. Um weiter Masse einzusparen, bildet dieser Tauchanker gleichzeitig den Steuerstift, der das Schließelement entlang der Bewegungsachse bewegt. Somit ist der Steuerstift gleichzeitig der Tauchanker. Durch die Ausführung des Ankers nach dem Tauchankerprinzip, wobei der Tauchanker gleichzeitig den Steuerstift bildet, können die bewegten Massen auf ein Minimum reduziert werden. Aufgrund der geringeren bewegten Massen können die Impulse beim Anschlagen in einer Endlage verringert werden, was zu einer geringeren Geräuschentwicklung führt und auch gleichzeitig die Materialbelastung senkt. Außerdem können aufgrund der verringerten zu bewegenden Massen niedrigere Schaltzeiten erreicht werden.
  • Der Ventilbereich weist eine Ventilsitzplatte auf, die den Ventilsitz bildet. Der Tauchanker ist als zylindrischer Stift ausgebildet, der mit einem Ventilsitzplattenende berührungslos die Ventilsitzplatte durchdringt, sodass er vorteilhaft durch einfache Berührung das Schließelement, beispielsweise in Form des Plättchens, von dem Ventilsitz wegdrücken kann und dazu nicht mit dem Schließelement fest verbunden sein muss. Dadurch verringert sich wiederum die Masse sowohl des Schließelementes als auch des Tauchankers, da die beiden Elemente keine feste Verbindung zueinander aufweisen.
  • Das Schließelement ist vorzugsweise als Plättchen ausgebildet, das in der Schließposition des Magnetventiles auf der Ventilsitzplatte aufliegt. Das Polstück und das Plättchen sind dabei insbesondere auf gegenüberliegenden Seiten der Ventilsitzplatte angeordnet.
  • Eine solche Ausgestaltung des Magnetventils ist besonders vorteilhaft, wenn das Magnetventil als stromlos offenes Magnet- ventil betrieben werden soll, bei dem das Schließelement im unbestromten Zustand vorteilhaft nicht auf dem Ventilsitz bzw. der Ventilsitzplatte aufliegt, sondern von dieser weggehalten wird. Ist das Schließelement zusätzlich als leichtes Plättchen ausgebildet, kann auch hier vorteilhaft der Impuls beim Berühren des Plättchens mit dem Ventilsitz deutlich verringert werden im Vergleich zu einem Schließelement mit größerer Masse wie bei- spielsweise einem Kugelventil oder einem Pilzventil.
  • Vorteilhaft ist das als Plättchen ausgebildete Schließelement fest mit der Ventilsitzplatte verbunden und nur bereichsweise flexibel ausgestaltet, sodass es Ventilöffnungen freigibt, wenn es von dem Tauchanker betätigt wird. Dadurch kann ein Verschieben des Plättchens aus seiner Position verhindert werden.
  • Vorteilhaft ist an dem Tauchanker ein Anschlag zum Begrenzen des Bewegungsweges des Tauchankers entlang der Bewegungsachse ausgebildet. Dadurch kann vorteilhaft die Bewegung des Tauchankers in einer Richtung begrenzt werden.
  • Es kann dabei ein einziger Anschlag in einer Bewegungsrichtung des Tauchankers vorgesehen sein, es können jedoch auch mehrere Anschläge vorgesehen sein, die zwei gegenüberliegende Endlagen des Tauchankers definieren.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform ist dabei der Anschlag an einem Polstückende des Tauchankers zum Zusammenwirken mit dem Polstück ausgebildet. Das bedeutet, das Ende des Tauchankers, das zu dem Polstück hin gerichtet angeordnet ist, weist den Anschlag auf.
  • In einer alternativen Ausgestaltung kann der Anschlag aber auch gegenüberliegend an einem Ventilsitzplattenende des Tauchankers ausgebildet sein und so mit der Ventilsitzplatte zusammenwirken, um den Bewegungsweg des Tauchankers zu begrenzen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es möglich, den Anschlag gar nicht am Tauchanker selbst vorzusehen, sondern getrennt von diesem, beispielsweise in der Polstückbohrung in Form eines Anschlagstiftes, der den Bewegungsweg des Tauchankers in der Polstückbohrung begrenzt.
  • Vorzugsweise ist eine Rückstellfeder vorgesehen, um den Tauchanker in eine Ausgangsposition vorzuspannen. Beispielsweise ist die Ausgangsposition dabei eine Öffnungsposition des Magnetventils, in der der Tauchanker das Schließelement von dem Ventil sitz weghält.
  • Die Magnetkräfte des Aktuatorbereiches wirken dann gerade so stark, um die Federkraft der Rückstellfeder zu überdrücken und beispielsweise den Tauchanker in eine Position zu ziehen, in der das Schließelement auf den Ventilsitz zurückkehrt.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Rückstellfeder innerhalb der Polstückbohrung angeordnet. Mit einer solchen Ausgestaltung ist es möglich, Bauraum doppelt zu nutzen, nämlich einerseits als Polstückbohrung, in die der Tauchanker eintaucht, aber andererseits auch als Bauraum für die Rückstellfeder selbst.
  • In einer alternativen Ausgestaltung ist die Rückstellfeder außerhalb der Polstückbohrung angeordnet und stützt sich beispielsweise auf einem Anschlag an dem Tauchanker und an dem Polstück ab. Bei einer solchen Anordnung ist es möglich, eine größere Feder mit einer stärkeren Federkraft zu verwenden.
  • Wenn in einer bevorzugten Ausführungsform der Anschlag nicht direkt am Tauchanker ausgebildet ist, sondern als Anschlagstift innerhalb der Polstückbohrung, ist es bevorzugt, wenn die Rückstellfeder um den Anschlagstift herum angeordnet ist, um so Bauraum einzusparen.
  • In einer Ausführungsform, in der die Rückstellfeder außerhalb der Polstückbohrung angeordnet ist, kann der Anschlag auch derart an dem Tauchanker angeordnet sein, dass er sich weder an dem Polstückende des Tauchankers noch an dem Ventilsitzplattenende des Tauchankers befindet, sondern mittig dazwischen. In diesem Fall stützt sich die Feder derart an dem Polstück und dem Anschlag ab, dass der Anschlag im Betrieb in keinem Betriebspunkt in Kontakt kommt mit dem Polstück.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Magnetventil als Volumenstromregelventil ausgebildet.
  • Eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine weist vorzugsweise ein oben beschriebenes Magnetventil auf.
  • Beispielsweise kann ein solches Magnetventil als Volumenstromregelventil, insbesondere als Einlassventil der Kraftstoffhochdruckpumpe ausgebildet sein.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
  • Fig. 1
    eine schematische Übersichtsdarstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe, an der als Einlassventil ein Magnetventil angeordnet ist;
    Fig. 2
    eine schematische Schnittdarstellung durch das Magnetventil aus Fig. 1 in einer ersten Ausführungsform;
    Fig. 3
    eine schematische Schnittdarstellung durch das Magnetventil aus Fig. 1 in zweiten ersten Ausführungsform;
    Fig. 4
    eine schematische Schnittdarstellung durch das Magnetventil aus Fig. 1 in dritten ersten Ausführungsform;
    Fig. 5
    eine schematische Schnittdarstellung durch das Magnetventil aus Fig. 1 in einer vierten Ausführungsform;
    Fig. 6
    eine schematische Schnittdarstellung durch das Magnetventil aus Fig. 1 in einer fünften Ausführungsform; und
    Fig. 7
    eine schematische Schnittdarstellung durch das Magnetventil aus Fig. 1 in einer sechsten Ausführungsform.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems 10 einer Brennkraftmaschine, das einen Kraftstoff 12 aus einem Tank 14 über eine Vorförderpumpe 16, eine Kraftstoffhochdruckpumpe 18 und einen Kraftstoffhochdruckspeicher 20 zu Injektoren 22 fördert, die den Kraftstoff 12 dann in Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen.
  • Der Kraftstoff 12 wird über ein Einlassventil 24 in die Kraftstoffhochdruckpumpe 18 eingebracht, über ein Auslassventil 26 mit Druck beaufschlagt aus der Kraftstoffhochdruckpumpe 18 herausgelassen, und dem Kraftstoffhochdruckspeicher 20 zugeführt.
  • Das Einlassventil 24 ist als Magnetventil 28, insbesondere als Volumenstromregelventil 30, ausgebildet, und kann somit den Fördergrad an Kraftstoff 12 in der Kraftstoffhochdruckpumpe 18 durch gezielte Variation eines Schließ- bzw. Öffnungszeitpunktes aktiv regeln.
  • Das Magnetventil 28 ist in größerem Detail jeweils in einer schematischen Schnittdarstellung in verschiedenen Ausführungsformen in den Fig. 2 bis Fig. 7 gezeigt.
  • Im Folgenden wird zunächst auf Fig. 2 Bezug genommen.
  • Das Magnetventil 28 weist einen Ventilbereich 32 mit einem Schließelement 34 und einem Ventilsitz 36, sowie einen Aktuatorbereich 38 auf, der dafür sorgt, dass das Schließelement 34 entlang einer Bewegungsachse 40 bewegt werden kann.
  • Hierzu umfasst der Aktuatorbereich 38 einen Steuerstift 42, der mit dem Schließelement 34 gekoppelt ist. In der vorliegenden Ausführungsform geschieht diese Kopplung ohne eine feste Verbindung, sodass der Steuerstift 42 das Schließelement 34 nur berührt, wenn das Schließelement 34 bewegt werden soll.
  • Der Steuerstift 42 wird dadurch entlang der Bewegungsachse 40 bewegt, dass er mit einem feststehenden Polstück 44 wechselwirkt, wenn eine Spule 46 ein Magnetfeld in dem Aktuatorbereich 38 induziert. Der Steuerstift 42 ist dabei gleichzeitig als Tauchanker 48 ausgebildet, und taucht in eine zentral in dem Polstück 44 angeordnete Polstückbohrung 50 ein. Durch magnetische Wechselwirkung des Tauchankers 48 und des Polstückes 44 bewegt sich der Tauchanker 48 dann entlang der Bewegungsachse 40.
  • In allen in Fig. 2 bis Fig. 7 gezeigten Ausführungsformen ist das Schließelement 34 als Plättchen 52 ausgebildet und ist bezüglich einer Ventilsitzplatte 54, an der der Ventilsitz 36 gebildet ist, gegenüberliegend zu dem Polstück 44 angeordnet. Der Steuerstift 42, der gleichzeitig den Tauchanker 48 bildet, ist als zylindrischer Stift ausgebildet und taucht mit einem Polstückende 56, das zu dem Polstück 44 gerichtet angeordnet ist, in die Polstückbohrung 50 ein. Er durchgreift gleichzeitig mit einem Ventilsitzplattenende 58 eine Durchgangsöffnung 60 in der Ventilsitzplatte 54, um so in Kontakt mit dem Schließelement 34 kommen zu können.
  • Der Aktuatorbereich 38 weist weiter eine Rückstellfeder 62 auf, die den Steuerstift 42 in eine Ausgangsposition vorspannt, wobei in sämtlichen gezeigten Ausführungsformen die Ausgangsposition eine Öffnungsposition des Magnetventiles 28 ist. Somit ist das Magnetventil 28 in den vorliegenden Ausführungsformen als stromlos geöffnetes Magnetventil 28 ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, das Magnetventil 28 als stromlos geschlossenes Magnetventil 28 auszubilden, wobei die Ausgangsposition des Steuerstiftes 42 dann so ist, dass das Plättchen 52 auf der Ventilsitzplatte 54 aufliegt.
  • Es ist auch denkbar, andere Ventilformen im Ventilbereich 32 vorzusehen, das heißt statt des Plättchens 52 ein Kugelventil oder andere Formen, und dass das Schließelement 34 auch nicht gegenüberliegend des Polstückes 44 bezüglich der Ventilsitzplatte 54 angeordnet ist, sondern auf der gleichen Seite.
  • Bei bekannten Magnetventilen 28 in Kraftstoffeinspritzsystemen 10 werden normalerweise keine Tauchanker 48 verwendet, sondern der Anker ist als Blockelement gebildet und mit dem Steuerstift 42 gekoppelt.
  • Vorliegend wird jedoch nun vorgeschlagen, die Funktionen des Steuerstiftes 42 und des normalerweise vorgesehenen blockförmigen Ankers in Form eines Tauchankers 48 zu vereinen, um so Masse insbesondere an dem nun nicht mehr vorhandenen gesondert vorgesehenen Anker einzusparen.
  • Insgesamt ergibt sich dabei eine geringere bewegte Masse, was dazu führt, dass Impulse beim Anschlagen in einer Endlage verringert werden, was zu einer geringeren Geräuschentwicklung führt. Zusätzlich hat dies den Vorteil, dass die Spule 46 bzw. der zugehörige Elektromagnet und auch gegebenenfalls die Rückstellfeder 62 aufgrund der geringeren wirkenden Kräfte kleiner und somit kostengünstiger ausgelegt werden können, da geringere Kräfte zur Beschleunigung nötig sind. Weiter können niedrigere Schaltzeiten als bisher erreicht werden.
  • Die Fig. 3 bis Fig. 7 zeigen Variationen des mit Bezug auf Fig. 2 beschriebene Magnetventils 28 in der ersten Ausführungsform, wobei im Folgenden jeweils nur die Unterschiede beschrieben werden sollen.
  • Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform des Magnetventiles 28, wobei im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform nun ein Anschlag 64 vorgesehen ist, der an dem Tauchanker 48 ausgebildet ist und sich insbesondere an dem Ventilsitzplattenende 58 des Tauchankers 48 befindet. Dieser Anschlag 64 begrenzt den Bewegungsweg des Tauchankers 48 in Richtung der Öffnungsposition, in der das Plättchen 52 von dem Ventilsitz 36 weggedrückt wird.
  • Fig. 4 zeigt eine schematisch Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform des Magnetventiles 28, bei dem der Anschlag 64 nicht an dem Tauchanker 48 selbst ausgebildet ist, sondern getrennt von dem Tauchanker 48 in der Polstückbohrung 50 angeordnet ist, und zwar innerhalb der Rückstellfeder 62, die sich in der Polstückbohrung 50 befindet. Der Anschlag 64 ist hier als ein Anschlagstift 66 gebildet.
  • Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer vierten Ausführungsform des Magnetventiles 28, die der zweiten Ausführungsform in Fig. 3 entspricht, wobei lediglich der Anschlag 64 nicht, wie in Fig. 3 gezeigt, an dem Ventilsitzplattenende 58, sondern an dem Polstückende 56 des Tauchankers 48 ausgebildet ist. Das bedeutet, hier wird der Bewegungsweg des Tauchankers 48 in Richtung auf die Schließposition des Magnetventiles 28 begrenzt, indem eine Wechselwirkung zwischen Polstück 44 und Anschlag 64 stattfindet.
  • Fig. 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer fünften Ausführungsform des Magnetventiles 28, bei der nicht, wie in den ersten vier Ausführungsformen, die Rückstellfeder 62 innerhalb der Polstückbohrung 50 angeordnet ist, sondern außerhalb der Polstückbohrung 50, und sich einerseits auf dem Anschlag 64 und andererseits auf dem Polstück 44 abstützt.
  • Fig. 7 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer sechsten Ausführungsform, die der Ausführungsform in Fig. 6 entspricht, wobei lediglich der Anschlag 64 sich nicht an einem Ende, nämlich dem Ventilsitzplattenende 58 des Tauchankers 48, befindet, sondern mittig, sodass der Anschlag 64 weder in Kontakt mit der Ventilsitzplatte 54 noch mit dem Polstück 44 kommt, sondern lediglich über die Rückstellfeder 62 zur Wegbegrenzung mit dem Polstück 44 gekoppelt ist.

Claims (10)

  1. Magnetventil (28) für ein Kraftstoffeinspritzsystem (10), aufweisend
    - einen Ventilbereich (32) mit einem Schließelement (34) und einem Ventilsitz (36), die zum Schließen des Magnetventils (28) zusammenwirken; und
    - einen Aktuatorbereich (38) mit einem Steuerstift (42) zum Bewegen des Schließelements (34) entlang einer Bewegungsachse (40) in eine Öffnungs- oder Schließposition,
    wobei der Aktuatorbereich (38) ein feststehendes Polstück (44) mit einer in dem Polstück (44) angeordneten Polstückbohrung (50) und einen relativ zu dem Polstück (44) entlang der Bewegungsachse (40) beweglichen Tauchanker (48) aufweist, der berührungslos zu dem Polstück (44) mit einem Polstückende (56) in der Polstückbohrung (50) angeordnet ist,
    wobei der Tauchanker (48) den Steuerstift (42) bildet und der Ventilbereich (32) eine Ventilsitzplatte (54), die den Ventilsitz (36) bildet, aufweist, und wobei der Tauchanker (48) als zylindrischer Stift ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Tauchanker (48) mit einem Ventilsitzplattenende (58) berührungslos die Ventilsitzplatte (54) durchdringt.
  2. Magnetventil (28) nach Anspruch 1,
    wobei das Schließelement (34) als Plättchen (52) ausgebildet ist, das in der Schließposition des Magnetventils (28) auf der Ventilsitzplatte (54) aufliegt.
  3. Magnetventil (28) nach Anspruch 2, wobei das Polstück (44) und das Plättchen (52) auf gegenüberliegenden Seiten der Ventilsitzplatte (54) angeordnet sind.
  4. Magnetventil (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Tauchanker (48) ein Anschlag (64) zum Begrenzen des Bewegungsweges des Tauchankers (48) entlang der Bewegungsachse (40) ausgebildet ist.
  5. Magnetventil (28) nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (64) an einem Polstückende (56) des Tauchankers (48) zum Zusammenwirken mit dem Polstück (44) ausgebildet ist oder dass der Anschlag (64) an einem Ventilsitzplattenende (58) des Tauchankers (48) zum Zusammenwirken mit der Ventilsitzplatte (54) ausgebildet ist.
  6. Magnetventil (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Polstückbohrung (50) ein Anschlagsstift (66) zum Begrenzen des Bewegungsweges des Tauchankers (48) entlang der Bewegungsachse (40) angeordnet ist.
  7. Magnetventil (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstellfeder (62) vorgesehen ist, um den Tauchanker (48) in eine Ausgangsposition vorzuspannen, wobei die Ausgangsposition vorzugsweise eine Öffnungsposition des Magnetventils (28) ist, in der der Tauchanker (48) das Schließelement (34) von dem Ventilsitz (36) weg hält.
  8. Magnetventil (28) nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass an dem Tauchanker (48) ein Anschlag (64) zum Begrenzen des Bewegungsweges des Tauchankers (48) entlang der Bewegungsachse (40) ausgebildet ist, und dass die Rückstellfeder (62) innerhalb der Polstückbohrung (50) angeordnet ist oder dass die Rückstellfeder (62) außerhalb der Polstückbohrung (50) angeordnet ist und sich auf dem Anschlag (64) und an dem Polstück (44) abstützt.
  9. Magnetventil (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil (28) als Volumenstromregelventil (30) ausgebildet ist.
  10. Kraftstoffhochdruckpumpe (18) für ein Kraftstoffeinspritzsystem (10) einer Brennkraftmaschine, aufweisend ein Magnetventil (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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