EP3354437A1 - Elektromagnetisches schaltventil sowie kraftstoffhochdruckpumpe - Google Patents

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EP3354437A1
EP3354437A1 EP17153052.0A EP17153052A EP3354437A1 EP 3354437 A1 EP3354437 A1 EP 3354437A1 EP 17153052 A EP17153052 A EP 17153052A EP 3354437 A1 EP3354437 A1 EP 3354437A1
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EP
European Patent Office
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switching valve
magnetizable
electromagnetic switching
composite material
fuel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17153052.0A
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English (en)
French (fr)
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Stephan BIAS
Jürgen Bohmann
Burhan Dagdelen
Bernd Gugel
Andreas Mühlbauer
Valentin Veit
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Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
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Publication date
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    • H01F2007/1676—Means for avoiding or reducing eddy currents in the magnetic circuit, e.g. radial slots

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic switching valve for a fuel injection system of an internal combustion engine, as well as a high-pressure fuel pump having such an electromagnetic switching valve.
  • High-pressure fuel pumps in fuel injection systems in internal combustion engines are used to pressurize a high-pressure fuel, the pressure is for example in gasoline internal combustion engines in a range of 150 bar to 400 bar and diesel engines in a range of 1500 bar to 2500 bar , The higher the pressure that can be generated in the respective fuel, the lower are emissions that occur during combustion of the fuel in a combustion chamber, which is particularly advantageous against the background that a reduction of emissions is increasingly desired.
  • valve assemblies may be provided at various positions of the path fuel takes from a tank to the respective combustion chamber, for example as an intake valve on a high pressure fuel pump that pressurizes the fuel, but also as a relief valve at various positions of the fuel injection system, for example For example, on a common rail that stores the pressurized fuel before injection into the combustion chamber.
  • Such electromagnetic Switching valves have a valve region which performs the valve function and which comprises a closing element and a valve seat which cooperate to close the switching valve. Furthermore, such a switching valve comprises an actuator region, which moves the closing element by electromagnetic excitation so that it either lifts off from the valve seat or returns to the valve seat in the closed position. In order to be able to move the closing element, this actuator region has correspondingly movable elements which, at the end of a movement, strike into their respective end position, for example into another element. In this case, a pulse is induced, which is forwarded in particular via adjacent components and emitted as sound from them. The sound is then perceived as noise.
  • the object of the invention is to provide an electromagnetic switching valve, in which a sound radiation can be reduced by adapting components of the switching valve to a minimum.
  • a high-pressure fuel pump having such an electromagnetic switching valve is the subject of the independent claim.
  • An electromagnetic switching valve for a fuel injection system of an internal combustion engine has a valve region with a closing element and with a valve seat, which cooperate to close the switching valve. Furthermore, the electromagnetic switching valve comprises an electromagnetic actuator region for moving the closing element along a movement axis.
  • the actuator region comprises a plurality of magnetizable components for guiding an induced magnetic field, wherein at least one of these magnetizable component is formed with a magnetizable composite material.
  • the magnetizable composite material preferably has a non-magnetizable plastic with magnetisable particles embedded in it, in particular chips or fibers or powder parts.
  • the magnetizability of the composite material is achieved in such an advantageous manner by the particles embedded in the plastic, while the use of simple plastic is achieved at a significant weight saving of, for example, 20% compared to complete formation of the respective component made of ferritic metal.
  • the magnetizable particles of a ferrimagnetic ceramic material in particular ferrite formed.
  • Ferrites are electrically poor or non-conductive ferrimagnetic ceramic materials of iron oxide, which may be hard magnetic or soft magnetic depending on the composition.
  • a soft magnetic ferrite in the switching valve.
  • a ferrite-plastic composite material is used in the switching valve for forming the magnetizable component, which has comparable magnetic properties compared to the previously used ferritic metal, such as the coercive force and the B- or H-map, etc.
  • plastic can be used as a material mostly by injection molding, and thus can produce components of any shape.
  • the non-magnetizable plastic is fuel-resistant.
  • the component is encapsulated in a fuel-resistant material.
  • the component is encapsulated with a fuel-resistant plastic.
  • a different fuel-resistant coating of the component to protect the composite against negative influences of fuel.
  • a metal layer which, for example, can likewise be magnetized.
  • a chromium coating as an encapsulation, in order then also to act against magnetic adhesion.
  • the encapsulation of the component with the fuel-resistant material is formed only by a thin outer layer, wherein the magnetizable composite material accounts for substantially more than 90% of the component in question.
  • the actuator region preferably has an armature that is movable along the movement axis and that is designed to move the closing element at least indirectly.
  • the armature is the magnetizable component of the switching valve, which is formed with the magnetizable composite material.
  • the armature is coupled to an actuating pin for actuating the closing element, wherein advantageously the actuating pin is also formed with the magnetizable composite material.
  • a disc or a disc-like element is provided, which is also formed from the magnetizable composite material.
  • anchor, disc and / or actuating pin are integrally formed by injection molding or that that element which is formed from the magnetizable composite material, simply molded onto the other elements, which may be formed of non-magnetic material.
  • the actuator portion has a fixed pole piece formed with the magnetizable composite.
  • the actuator region has a fixed sleeve for receiving armature and pole piece or a coil accommodated in a fixed coil housing for inducing the magnetic field of the switching valve or a fixed yoke.
  • the sleeve or the coil housing or the yoke can be formed with the magnetizable composite material.
  • both movable components such as armature, actuating pin or disc are at least partially formed from the magnetizable composite material, but it is also possible that fixed components such as the pole piece, the sleeve, the coil housing or the yoke of the magnetizable composite material are formed.
  • the stationary components are formed in pairs sprayed together. It is also conceivable that a plug construction is injection molded on the coil housing directly by injection molding. In this case, it is not necessary that the molded plastic formed as a plug is also magnetizable, since a simple plastic is sufficient here.
  • the fixed components of the actuator region are integrally formed by injection molding.
  • a high-pressure fuel pump for a fuel injection system of an internal combustion engine has an electromagnetic switching valve as described above.
  • the switching valve may be formed, for example, as an inlet valve for the high-pressure fuel pump or as an outlet valve or as a pressure control valve.
  • 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 then fed to the high-pressure fuel accumulator 20.
  • a pressure control valve 28 is arranged to control the pressure of the fuel 12 in the high-pressure fuel storage 20 can.
  • Both the inlet valve 24 and the outlet valve 26 and the pressure control valve 28 may be formed as an electromagnetic switching valve 30, and therefore operated actively.
  • Fig. 2 shows a longitudinal sectional view through the high-pressure fuel pump 18 from Fig. 1 with an intake valve 24 formed as an electromagnetic switching valve 30 as an example of a position to which the electromagnetic switching valve 30 may be attached.
  • an intake valve 24 formed as an electromagnetic switching valve 30 as an example of a position to which the electromagnetic switching valve 30 may be attached.
  • a switching valve 30 which will be described below, at the other mentioned positions, namely as an exhaust valve 26 or as a pressure regulating valve 28, disposed in the fuel injection system 10.
  • the electromagnetic switching valve 30 is disposed in a housing bore 32 of a housing 34 of the high-pressure fuel pump 18.
  • the electromagnetic switching valve 30 has a valve region 36 and an actuator region 38, wherein the actuator region 38 has a fixed pole piece 40 and an armature 44 movable along a movement axis 42.
  • the valve region 36 comprises a valve seat 46 and a closing element 48, which cooperate to close the electromagnetic switching valve 30.
  • the electromagnetic switching valve 30 is shown in more detail in FIG Fig. 3 shown.
  • Fig. 3 As can be seen, the pole piece 40 and the armature 44 are arranged in a sleeve 50, wherein a yoke 52 is pushed over the sleeve 50.
  • a coil 54 is fixed in a coil housing 56 by sliding on the sleeve 50 fixed to the sleeve 50.
  • the armature 44 is coupled via a pulley 58 to an actuating pin 60.
  • a spring 62 is arranged, which holds the armature 44 spaced from the pole piece 40 in the de-energized state of the coil 54.
  • the actuating pin 60 pushes the closing element 48 away from the valve seat 46. If the actuating pin 60 is now pulled along by the armature 44, it loses contact with the closing element 48, and the closing element 48 can move towards the valve seat 46 and thus close the switching valve 30, if a force acts from the opposite side.
  • the actuator portion 38 of the electromagnetic switching valve 30 thus has on the one hand fixed member 64, such as the coil housing 56, the yoke 52, the sleeve 50 and the pole piece 40, but also movable components 66, such as the armature 44, the actuating pin 60 and the disc 58, on.
  • the magnetizable composite material 68 may be constructed from a matrix of plastic, in which magnetizable particles such as chips, fibers or powder parts, are embedded. These particles are preferably formed from a ferrimagnetic ceramic material, for example ferrite.
  • the plastic may be fuel resistant, but it is also possible to use as a matrix a plastic that is not resistant to fuel, and then encapsulate the respective component 64, 66 in a fuel-resistant material.
  • the use of a plastic matrix with magnetizable particles embedded therein makes it possible to enable the production of the individual components 64, 66 by injection molding, wherein it is even possible to form individual components in one piece with one another.
  • the fixed components 64 - pole piece 40, sleeve 50, yoke 52, coil housing 56 - be integrally formed, but it is also possible, the movable components 66 - anchor 44, disc 58, actuating pin 60 - to form integrally by injection molding.
  • the moving mass of the electromagnetic switching valve 30 can be significantly reduced, whereby the impact pulse and the resulting acoustic emission can be reduced, and also by reducing the mass of a CO 2 savings in a fuel injection system 10 is possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Schaltventil (30) mit einem elektromagnetischen Aktuatorbereich (38), der mehrere magnetisierbare Bauteile (64, 66) zum Führen eines induzierten Magnetfeldes aufweist, wobei wenigstens eines der magnetisierbaren Bauteile (64, 66) mit einem magnetisierbaren Verbundwerkstoff (68) gebildet ist. Weiter betrifft die Erfindung eine Kraftstoffhochdruckpumpe (18), die ein solches Schaltventil (30) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Schaltventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, sowie eine Kraftstoffhochdruckpumpe, die ein solches elektromagnetisches Schaltventil aufweist.
  • Kraftstoffhochdruckpumpen in Kraftstoffeinspritzsystemen in Brennkraftmaschinen werden dazu verwendet, einen Kraftstoff mit einem hohen Druck zu beaufschlagen, wobei der Druck beispielsweise bei Benzin-Brennkraftmaschinen in einem Bereich von 150 bar bis 400 bar und bei Diesel-Brennkraftmaschinen 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.
  • In einem Kraftstoffeinspritzsystem können an verschiedenen Positionen des Weges, den der Kraftstoff von einem Tank zu der jeweiligen Brennkammer nimmt, Ventilanordnungen vorgesehen sein, beispielsweise als Einlassventil an einer Kraftstoffhochdruckpumpe, die den Kraftstoff mit Druck beaufschlagt, aber auch beispielsweise als Entlastungsventil an verschiedensten Positionen des Kraftstoffeinspritzsystems, beispielsweise an einem Common-Rail, das den druckbeaufschlagten Kraftstoff vor der Einspritzung in die Brennkammer speichert.
  • Häufig werden hier schnellschaltende Magnetventile zur Volumenstrom- und/oder Druckregelung eingesetzt. Solche elektromagnetischen Schaltventile weisen einen Ventilbereich auf, der die Ventilfunktion übernimmt, und der ein Schließelement und einen Ventilsitz umfasst, die zum Schließen des Schaltventils zusammenwirken. Weiter umfasst ein solches Schaltventil einen Aktuatorbereich, der durch eine elektromagnetische Anregung das Schließelement bewegt, sodass es entweder vom Ventilsitz abhebt oder in Schließstellung auf den Ventilsitz zurückkehrt. Um das Schließelement bewegen zu können, weist dieser Aktuatorbereich entsprechend bewegliche Elemente auf, die am Ende einer Bewegung in ihre jeweilige Endlage, beispielsweise in ein anderes Element, einschlagen. Dabei wird ein Impuls induziert, der insbesondere über benachbarte Bauteile weitergeleitet und als Schall von diesen abgestrahlt wird. Der Schall wird dann als Lärm wahrgenommen.
  • Bisher wurde diesem Problem begegnet, indem ein Bestromungsprofil des elektromagnetischen Schaltventiles derart angepasst wurde, dass ein minimaler Impuls der sich bewegenden Elemente auf die Elemente, in denen sie einschlagen, entsteht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektromagnetisches Schaltventil bereitzustellen, bei dem eine Schallabstrahlung unter Anpassung von Bauteilen des Schaltventils auf ein Minimum reduziert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird mit einem elektromagnetischen Schaltventil mit der Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.
  • Eine Kraftstoffhochdruckpumpe, die ein solches elektromagnetisches Schaltventil aufweist, ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Ein elektromagnetisches Schaltventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine weist einen Ventilbereich mit einem Schließelement und mit einem Ventilsitz auf, die zum Schließen des Schaltventiles zusammenwirken. Weiter umfasst das elektromagnetische Schaltventil einen elektromagnetischen Aktuatorbereich zum Bewegen des Schließelementes entlang einer Bewegungsachse. Der Aktuatorbereich umfasst mehrere magnetisierbare Bauteile zum Führen eines induzierten Magnetfeldes, wobei wenigstens eines dieser magnetisierbaren Bauteil mit einem magnetisierbaren Verbundwerkstoff gebildet ist.
  • Bekannt ist es, bei schnellschaltenden Magnetventilen wie den elektromagnetischen Schaltventilen zur Volumenstrom- und/oder Druckregelung magnetfeldlinienführende Bauteile zu verwenden, die herkömmlicherweise aus einem ferritischen Metall ausgeführt sind, um gut magnetisierbar und entmagnetisierbar zu sein. Damit wird in der gewünschten Zeit mit der gewünschten Spannung bzw. dem sich einstellenden Strom die gewünschte Kraft bzw. Bewegung des Aktuatorbereiches erreicht. Ferritische Metalle haben jedoch eine hohe Masse, sodass insbesondere bei beweglichen Bauteilen des Schaltventils beim Auftreffen in ihre jeweiligen Endlagen ein relativ großer Impuls erzeugt wird. Die daraus resultierenden Schallemissionen werden über die benachbarten Bauteile abgestrahlt und als Lärm wahrgenommen. Die nicht beweglichen Bauteile des Schaltventiles führen, wenn sie aus Metall gebildet sind, zu einem nicht vernachlässigbaren Beitrag an der Gesamtmasse des Schaltventils.
  • Daher wird nun vorgeschlagen, bei wenigstens einem der Bauteile des Magnetkreises des Schaltventiles, das gewöhnlich aus Metall gebildet ist, einen Verbundwerkstoff zu verwenden, der magnetisierbar ist. Dadurch kann eine große Gewichtsersparnis erreicht werden, was in einer Reduktion des Impulses und geringeren Schallemissionen resultiert. Insgesamt kann auch das Gesamtgewicht reduziert werden, was insbesondere bei Betrieb eines Fahrzeuges einer CO2 Einsparung zugutekommt.
  • Vorzugsweise weist der magnetisierbare Verbundwerkstoff einen nicht magnetisierbaren Kunststoff mit darin eingebetteten magnetisierbaren Partikeln, insbesondere Spänen oder Fasern oder Pulverteilen, auf. Die Magnetisierbarkeit des Verbundwerkstoffes wird so vorteilhaft durch die in dem Kunststoff eingebetteten Partikeln erzielt, während die Verwendung von einfachem Kunststoff zu einer deutlichen Gewichtsersparnis von beispielsweise 20% gegenüber einer vollständigen Ausbildung des jeweiligen Bauteiles aus ferritischem Metall erreicht wird.
  • In besonders vorteilhafter Ausgestaltung sind die magnetisierbaren Partikel aus einem ferrimagnetischen Keramikwerkstoff, insbesondere Ferrit, gebildet. Ferrite sind elektrisch schlecht oder nicht leitende ferrimagnetische keramische Werkstoffe aus Eisenoxid, die je nach Zusammensetzung hartmagnetisch oder weichmagnetisch sein können. Um ein schnelles Schalten des Schaltventiles zu erzielen, ist es bevorzugt, ein weichmagnetisches Ferrit in dem Schaltventil zu verwenden. Vorteilhaft wird demnach in dem Schaltventil zum Bilden des magnetisierbaren Bauteiles ein Ferrit-Kunststoff-Verbundwerkstoff verwendet, welcher im Vergleich zu dem bisher verwendeten ferritischem Metall vergleichbare magnetische Eigenschaften aufweist, wie etwa die Koerzitivfeldstärke und das B- bzw. H-Kennfeld u. a. Durch den Einsatz von Ferrit-Kunststoff-Verbundwerkstoffen kann demgemäß die bewegte Masse in dem Schaltventil deutlich reduziert und damit der Impuls und die daraus resultierenden Schallemissionen reduziert werden. Auch die starre Masse von magnetisierbaren Bauteilen der Ventilkonstruktion kann des Weiteren reduziert und eine CO2-Einsparung durch Gewichtsreduktion erreicht werden.
  • Zusätzlich ergeben sich weitere Vorteile hinsichtlich der Bauteilkosten und der Herstellbarkeit, da Kunststoff als Werkstoff zumeist im Spritzgussverfahren angewandt werden kann, und sich somit Bauteile jeglicher Form herstellen lassen.
  • In einer möglichen Ausführungsform ist der nicht magnetisierbare Kunststoff kraftstoffbeständig.
  • In einer alternativen bzw. zusätzlichen Ausführungsform ist das Bauteil in einem kraftstoffbeständigen Material eingekapselt.
  • Beispielsweise ist das Bauteil mit einem kraftstoffbeständigen Kunststoff umspritzt. Es ist jedoch auch möglich, eine andere kraftstoffbeständige Beschichtung des Bauteiles zu verwenden, um den Verbundwerkstoff gegen negative Einflüsse von Kraftstoff zu schützen. Beispielsweise kann auch eine Metallschicht verwendet werden, die zum Beispiel ebenfalls magnetisierbar sein kann. Je nach Bauteil, das aus dem magnetisierbaren Verbundwerkstoff gebildet ist, kann jedoch aber auch eine Chrombeschichtung als Einkapselung verwendet werden, um dann auch gegen ein magnetisches Kleben zu wirken.
  • Insgesamt ist es bevorzugt, wenn die Einkapselung des Bauteils mit dem kraftstoffbeständigen Material nur durch eine dünne Außenschicht gebildet ist, wobei der magnetisierbare Verbundwerkstoff im Wesentlichen mehr als 90% des infrage stehenden Bauteiles ausmacht.
  • Vorzugsweise weist der Aktuatorbereich einen entlang der Bewegungsachse beweglichen Anker auf, der zum zumindest mittelbaren Bewegen des Schließelementes ausgebildet ist. Dabei ist der Anker das magnetisierbare Bauteil des Schaltventiles, das mit dem magnetisierbaren Verbundwerkstoff gebildet ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Anker mit einem Betätigungsstift zum Betätigen des Schließelementes gekoppelt, wobei vorteilhaft der Betätigungsstift ebenfalls mit dem magnetisierbaren Verbundwerkstoff gebildet ist.
  • Es ist auch möglich, dass zwischen dem Anker und dem Betätigungsstift zum Koppeln der beiden Elemente eine Scheibe bzw. ein scheibenartiges Element vorgesehen ist, das ebenfalls aus dem magnetisierbaren Verbundwerkstoff gebildet ist. Dabei ist es möglich, dass Anker, Scheibe und/oder Betätigungsstift einstückig im Spritzgussverfahren gebildet sind bzw. dass dasjenige Element, das aus dem magnetisierbaren Verbundwerkstoff gebildet ist, einfach an die anderen Elemente, die eventuell aus nicht magnetischem Material gebildet sind, angespritzt ist.
  • Vorzugsweise weist der Aktuatorbereich ein feststehendes Polstück auf, das mit dem magnetisierbaren Verbundwerkstoff gebildet ist.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist der Aktuatorbereich eine feststehende Hülse zum Aufnehmen von Anker und Polstück bzw. eine in einem feststehenden Spulengehäuse aufgenommene Spule zum Induzieren des Magnetfeldes des Schaltventils bzw. ein feststehendes Joch auf. Dabei können auch die Hülse bzw. das Spulengehäuse bzw. das Joch mit dem magnetisierbaren Verbundwerkstoff gebildet sein.
  • Es ist demnach möglich, dass sowohl bewegliche Bauteile wie Anker, Betätigungsstift bzw. Scheibe wenigstens teilweise aus dem magnetisierbaren Verbundwerkstoff gebildet sind, es ist jedoch auch möglich, dass feststehende Bauteile wie das Polstück, die Hülse, das Spulengehäuse oder das Joch aus dem magnetisierbaren Verbundwerkstoff gebildet sind.
  • Dabei ist es möglich, dass beispielsweise die feststehenden Bauteile auch in Paaren zusammengespritzt ausgebildet sind. Es ist auch denkbar, dass an das Spulengehäuse direkt eine Steckerkonstruktion im Spritzgussverfahren angespritzt ist. Hierbei ist es nicht nötig, dass der als Stecker ausgebildete angespritzte Kunststoff ebenfalls magnetisierbar ist, da hier ein einfacher Kunststoff ausreicht.
  • In besonders vorteilhafter Ausgestaltung sind die feststehenden Bauteile des Aktuatorbereichs einstückig im Spritzgussverfahren gebildet.
  • Eine Kraftstoffhochdruckpupe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine weist ein oben beschriebenes elektromagnetisches Schaltventil auf.
  • Dabei kann das Schaltventil beispielsweise als Einlassventil für die Kraftstoffhochdruckpumpe oder auch als Auslassventil oder als Druckregelventil ausgebildet sein.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Übersichtsdarstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, das an verschiedenen Positionen ein elektromagnetische Schaltventil aufweisen kann;
    Fig. 2
    eine Längsschnittdarstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe in dem Kraftstoffeinspritzsystem aus Fig. 1, die ein elektromagnetisches Schaltventil als Einlassventil aufweist; und
    Fig. 3
    eine vergrößerte Darstellung des elektromagnetischen Schaltventils aus Fig. 2.
  • 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 druckbeaufschlagt aus der Kraftstoffhochdruckpumpe 18 herausgelassen, und dann dem Kraftstoffhochdruckspeicher 20 zugeführt. An dem Kraftstoffhochdruckspeicher 20 ist ein Druckregelventil 28 angeordnet, um den Druck des Kraftstoffes 12 in dem Kraftstoffhochdruckspeicher 20 regeln zu können.
  • Sowohl das Einlassventil 24 als auch das Auslassventil 26 als auch das Druckregelventil 28 können als elektromagnetisches Schaltventil 30 ausgebildet sein, und daher aktiv betrieben werden.
  • Fig. 2 zeigt eine Längsschnittdarstellung durch die Kraftstoffhochdruckpumpe 18 aus Fig. 1 mit einem als elektromagnetisches Schaltventil 30 ausgebildeten Einlassventil 24 als Beispiel für eine Position, an der das elektromagnetische Schaltventil 30 angebracht sein kann. Es ist jedoch auch denkbar, dass ein solches Schaltventil 30, das im Folgenden beschrieben wird, an den anderen genannten Positionen, nämlich als Auslassventil 26 oder als Druckregelventil 28, in dem Kraftstoffeinspritzsystem 10 angeordnet ist.
  • In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel als Einlassventil 24 ist das elektromagnetische Schaltventil 30 in einer Gehäusebohrung 32 eines Gehäuses 34 der Kraftstoffhochdruckpumpe 18 angeordnet. Das elektromagnetische Schaltventil 30 weist einen Ventilbereich 36 und einen Aktuatorbereich 38 auf, wobei der Aktuatorbereich 38 ein feststehendes Polstück 40 und einen entlang einer Bewegungsachse 42 beweglichen Anker 44 aufweist. Der Ventilbereich 36 umfasst einen Ventilsitz 46 und ein Schließelement 48, die zum Schließen des elektromagnetischen Schaltventiles 30 zusammenwirken.
  • Das elektromagnetische Schaltventil 30 ist in größerem Detail in Fig. 3 gezeigt.
  • Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sind das Polstück 40 und der Anker 44 in einer Hülse 50 angeordnet, wobei ein Joch 52 über die Hülse 50 geschoben ist. Außerdem ist eine Spule 54 in einem Spulengehäuse 56 durch Aufschieben auf die Hülse 50 feststehend an der Hülse 50 befestigt.
  • Der Anker 44 ist über eine Scheibe 58 mit einem Betätigungsstift 60 gekoppelt.
  • Zwischen Anker 44 und Polstück 40 ist eine Feder 62 angeordnet, die im unbestromten Zustand der Spule 54 den Anker 44 beabstandet zu dem Polstück 40 hält.
  • Wird nun die Spule 54 bestromt, wirkt eine magnetische Anziehungskraft zwischen Anker 44 und Polstück 40, und der Anker 44 bewegt sich entlang der Bewegungsachse 42 auf das Polstück 40 zu. Da der Anker 44 über die Scheibe 58 mit dem Betätigungsstift 60 gekoppelt ist, zieht er den Betätigungsstift 60 ebenfalls entlang der Bewegungsachse 42 in Richtung auf das Polstück 40 mit.
  • Im unbestromten Zustand drückt der Betätigungsstift 60 das Schließelement 48 von dem Ventilsitz 46 weg. Wird nun der Betätigungsstift 60 vom Anker 44 mitgezogen, verliert er den Kontakt zu dem Schließelement 48, und das Schließelement 48 kann sich, wenn von der gegenüberliegenden Seite eine Kraft wirkt, auf den Ventilsitz 46 zubewegen und somit das Schaltventil 30 schließen.
  • Der Aktuatorbereich 38 des elektromagnetischen Schaltventiles 30 weist demnach einerseits feststehende Bauteil 64, wie das Spulengehäuse 56, das Joch 52, die Hülse 50 und das Polstück 40, aber auch bewegliche Bauteile 66, wie den Anker 44, den Betätigungsstift 60 und die Scheibe 58, auf.
  • Um einen effektiven Magnetfluss durch die Einzelteile des Aktuatorbereichs 38 zu realisieren, ist es wichtig, insbesondere für das Joch 52, das Polstück 40 und den Anker 44, Materialien zu verwenden, die magnetisierbar sind, um so den Magnetkreis in dem elektromagnetischen Schaltventil 30 schließen zu können.
  • Bislang war es bekannt, hierfür metallische Materialien, insbesondere ferritisches Metall, zu verwenden. Dies hat allerdings zur Folge, dass die Bauteile aus ferritischem Metall eine relative hohe Masse haben, was bei beweglichen Bauteilen 66 dazu führt, dass sie beim Einschlagen in der Endlage einen recht großen Impuls erzeugen, was zu einer Schallabstrahlung führt, und bei den feststehenden Bauteilen 64 zu einer Erhöhung der Masse des Schaltventiles 30 führt.
  • Daher wird vorliegend nun vorgeschlagen, wenigstens eines der Bauteile 64, 66 des Schaltaktuatorbereiches 38 des Schaltventiles 30 aus einem magnetisierbaren Verbundwerkstoff 68 zu fertigen.
  • Dabei kann der magnetisierbare Verbundwerkstoff 68 aufgebaut sein aus einer Matrix aus Kunststoff, in dem magnetisierbare Partikel wie beispielsweise Späne, Fasern oder Pulverteilen, eingebettet sind. Diese Partikel sind vorzugsweise aus einem ferrimagnetischen keramischen Werkstoff, beispielsweise Ferrit, gebildet.
  • Der Kunststoff kann dabei kraftstoffbeständig sein, es ist jedoch auch möglich, als Matrix einen Kunststoff zu verwenden, der nicht kraftstoffbeständig ist, und dann das jeweilige Bauteil 64, 66 in einem kraftstoffbeständigen Material einzukapseln.
  • Die Verwendung einer Kunststoffmatrix mit darin eingebetteten magnetisierbaren Partikeln ermöglicht es, die Herstellung der einzelnen Bauteile 64, 66 im Spritzgussverfahren zu ermöglichen, wobei es sogar möglich ist, einzelne Bauteile einstückig miteinander zu bilden. So können beispielsweise die feststehenden Bauteile 64 - Polstück 40, Hülse 50, Joch 52, Spulengehäuse 56 - einstückig ausgebildet sein, es ist aber auch möglich, die beweglichen Bauteile 66 - Anker 44, Scheibe 58, Betätigungsstift 60 - einstückig im Spritzgussverfahren zu bilden.
  • Es ist dabei denkbar, auch nur Einzelbereiche des Aktuatorbereichs 38 aus dem magnetisierbaren Verbundwerkstoff 68 zu bilden.
  • Insgesamt kann daher die bewegte Masse des elektromagnetischen Schaltventils 30 deutlich reduziert werden, womit der Einschlagimpuls und die daraus resultierende Schallemission reduziert werden kann, und auch insgesamt durch eine Reduktion der Masse eine CO2-Einsparung in einem Kraftstoffeinspritzsystem 10 möglich ist.

Claims (10)

  1. Elektromagnetisches Schaltventil (30) für ein Kraftstoffeinspritzsystem (10) einer Brennkraftmaschine, aufweisend:
    - einen Ventilbereich (36) mit einem Schließelement (48) und mit einem Ventilsitz (46), die zum Schließen des Schaltventiles (30) zusammenwirken;
    - einen elektromagnetischen Aktuatorbereich (38) zum Bewegen des Schließelementes (48) entlang einer Bewegungsachse (42),
    wobei der Aktuatorbereich (38) mehrere magnetisierbare Bauteile (64, 66) zum Führen eines induzierten Magnetfeldes aufweist, wobei wenigstens eines der magnetisierbaren Bauteile (64, 66) mit einem magnetisierbaren Verbundwerkstoff (68) gebildet ist.
  2. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der magnetisierbare Verbundwerkstoff (68) einen nicht magnetisierbaren Kunststoff mit darin eingebetteten magnetisierbaren Partikeln, insbesondere Spänen oder Fasern oder Pulverteilchen, aufweist.
  3. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisierbaren Partikel aus einem ferrimagnetischen Keramikwerkstoff, insbesondere Ferrit, gebildet sind.
  4. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der nicht magnetisierbare Kunststoff kraftstoffbeständig ist.
  5. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (64, 66) in einem kraftstoffbeständigen Material eingekapselt ist, wobei es insbesondere mit einem kraftstoffbeständigen Kunststoff umspritzt ist.
  6. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuatorbereich (38) einen entlang der Bewegungsachse (42) beweglichen Anker (44) aufweist, der zum zumindest mittelbaren Bewegen des Schließelementes (48) ausgebildet ist, wobei der Anker (44) mit dem magnetisierbaren Verbundwerkstoff (68) gebildet ist, wobei der Anker (44) insbesondere mit einem Betätigungsstift (60) zum Betätigen des Schließelementes (48) gekoppelt ist, wobei der Betätigungsstift (60) mit dem magnetisierbaren Verbundwerkstoff (68) gebildet ist.
  7. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuatorbereich (38) ein feststehendes Polstück (40) aufweist, das mit dem magnetisierbaren Verbundwerkstoff (68) gebildet ist.
  8. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuatorbereich (38) eine feststehende Hülse (50) zum Aufnehmen eines Ankers (44) und eines Polstückes (40) und/oder eine in einem feststehenden Spulengehäuse (56) aufgenommene Spule (54) zum Induzieren des Magnetfeldes und/oder ein feststehendes Joch (52) aufweist, wobei die Hülse (50) und/oder das Spulengehäuse (56) und/oder das Joch (52) mit dem magnetisierbaren Verbundwerkstoff (68) gebildet ist.
  9. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die feststehenden Bauteile (64) des Aktuatorbereichs (38) einstückig im Spritzgussverfahren gebildet sind.
  10. Kraftstoffhochdruckpumpe (18) für ein Kraftstoffeinspritzsystem (10) einer Brennkraftmaschine, aufweisend ein elektromagnetisches Schaltventil (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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