EP3361085A1 - Elektromagnetisches schaltventil und kraftstoffhochdruckpumpe - Google Patents

Elektromagnetisches schaltventil und kraftstoffhochdruckpumpe Download PDF

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EP3361085A1
EP3361085A1 EP17155946.1A EP17155946A EP3361085A1 EP 3361085 A1 EP3361085 A1 EP 3361085A1 EP 17155946 A EP17155946 A EP 17155946A EP 3361085 A1 EP3361085 A1 EP 3361085A1
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EP
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pole piece
armature
magnet
switching valve
electromagnetic switching
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EP17155946.1A
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English (en)
French (fr)
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Sascha PIEPER
Yavuz Kurt
Michael Mauer
Rainer Weber
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Vitesco Technologies GmbH
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Continental Automotive GmbH
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/20—Fuel-injection apparatus with permanent magnets

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 engines in the range of 150 bar to 400 bar and diesel engines in the range of 1500 bar to 2500 bar.
  • valve assemblies may be provided at various positions along the path that the fuel takes from a tank to the respective combustion chamber, for example as an intake or exhaust valve on a high pressure fuel pump that pressurizes the fuel, but also as a relief valve at various positions, for example the fuel injection system, for example on a common rail, which stores the pressurized fuel before injection into the combustion chamber.
  • switching valves are accordingly constructed as a combination of a switching magnet, which operates the magnetic actuator, with a hydraulic connected through this, the valve region. In operation, two switching states of the hydraulics, an open position and a closed position, are thus achieved.
  • the electromagnetic switching valve has in the actuator area a movable armature and a fixed pole piece, which are normally held by the return spring to each other at a distance. Activation of a solenoid in the actuator area with electrical current creates a magnetic field that creates a magnetic force between the armature and pole piece that causes these two elements to move toward each other, until the armature and pole piece touch each other.
  • a critical noise source may be the electromagnetic switching valve, which is arranged for example on the high-pressure fuel pump, and which due to mechanically moving components such as the anchor produces a high noise. Because a large proportion of the generated noise created by the impact of the moving armature in the pole piece.
  • a chromium layer is usually provided on the armature and / or on the pole piece. This then acts as a magnetic separation layer.
  • a return spring is usually provided to keep armature and pole piece in the de-energized state of the solenoid with a corresponding restoring force at a distance.
  • the return spring in so-called normally closed electromagnetic switching valves hold the hydraulics in a closed position, but there are also electromagnetic switching valves, which are held in the de-energized state by the return spring in the open position (normally open switching valve).
  • the acoustics of an electromagnetic switching valve could be optimized by, for example, mechanical adaptation of components to the high-pressure fuel pump by means of simulations. It is also known to use software solutions that cause moving masses to be decelerated prior to their impact.
  • the object of the invention is to provide an improved in terms of noise during operation electromagnetic switching valve.
  • 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 portion with a closing element and with a valve seat, which cooperate to close the switching valve on. Furthermore, the electromagnetic switching valve comprises an actuator region for moving the closing element with an actuator force along a movement axis.
  • the actuator portion includes a fixed pole piece and an armature movable along the axis of motion, which is coupled to move the closure member to the closure member and which moves toward the pole piece during operation along the axis of motion.
  • the armature has an armature magnet and the pole piece has a pole piece magnet. The armature magnet and the pole piece magnet are arranged so that a magnetic repulsive force acts between them during operation.
  • the magnetic repulsion force is advantageously so large that thereby the electromagnetic switching valve, if it is designed as a normally open switching valve, can be kept completely open, which is advantageous to dispense with the previously used return spring, which also to a Cost saving leads.
  • the armature magnet or the pole piece magnet can each be designed either as a permanent magnet or alternatively as electromagnets. That is, either both may be formed as permanent magnets, or both as electromagnets, or one each as a permanent magnet and the other as an electromagnet.
  • Permanent magnets have the advantage that they are effective even in the de-energized state, while electromagnets have the advantage that they can be switched on or off as needed.
  • the armature has a pole piece approaching surface and the pole piece has an anchor approaching surface disposed toward each other.
  • the armature magnet is at the pole piece approaching surface and the pole piece magnet attached to the anchor approach surface.
  • One of the two magnets is therefore preferably fixedly attached to the pole piece, and the other at the anchor. This is a particularly simple embodiment to provide magnets between armature and pole piece, which generate a magnetic repulsive force between the armature and pole piece.
  • an armature magnetic surface forms the pole piece approaching surface. Additionally or alternatively, it is also possible that a pole piece magnetic surface forms the anchor approaching surface. Accordingly, the armature magnet or pole piece magnet are arranged on the armature or pole piece in such a way that the surfaces that move towards one another during operation are completely formed by the respective magnets, advantageously result in flush surfaces without a step.
  • the armature it is also possible for the armature to have an armature recess and the pole piece to have a pole piece recess, wherein the armature armature in the armature recess and the pole piece magnet in the pole piece recess are arranged.
  • commercially available magnets can be easily inserted into a corresponding recess in the armature or pole piece.
  • the armature magnet is arranged in the armature recess such that it forms a flush armature surface with the pole piece approaching surface. It is also advantageous if the pole piece magnet is arranged in the pole piece recess such that it forms a flush pole piece face with the anchor approaching surface.
  • the armature magnet or the pole piece magnet is arranged in the respective recess, that forms a supernatant, which has a magnetic repulsive force especially reinforced at the point where pole piece and anchor are particularly close.
  • the armature magnet and / or the pole piece magnet are formed as annular magnets.
  • armature magnet or Pol Northmagnet can also be provided in any shape and number, depending on which embodiments can be provided simply and inexpensively to anchor or pole piece.
  • the actuator region comprises a solenoid for generating a magnetic attraction between the armature and the pole piece, wherein the solenoid is designed such that the attraction force generated during operation overshoots the magnetic repulsive force acting by the armature magnet and pole piece magnet.
  • the solenoid, armature magnet and pole piece magnet are designed such that upon approach of the armature and pole piece, the magnetic repulsion force exceeds the magnetic attraction force before the armature and the pole piece touch.
  • the magnetic forces that is, the attractive force and the repulsive force are therefore ideally designed so that when driving the electromagnetic switching valve, in particular the solenoid, the armature can indeed be attracted to the pole piece to allow a closing or opening of the switching valve, however A contact between the armature and pole piece due to the repulsive force is avoided.
  • the armature or pole piece magnet can be placed centrally on the armature or pole piece, where else the return spring is arranged. Additionally could Anchor or Pol Fantasymagnet be isolated on three of four sides to direct the magnetic flux.
  • An advantageous high-pressure fuel pump for a fuel injection system of an internal combustion engine has the electromagnetic switching valve described above.
  • 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, as well as the pressure control valve 28 may be formed as electromagnetic switching valves 30 and therefore operated actively.
  • Fig. 2 shows a longitudinal sectional view of such an electromagnetic switching valve 30, which is designed as an inlet valve 24.
  • the electromagnetic switching valve 30 is in a housing bore 32 of a housing 34 of the high-pressure fuel pump 18 from Fig. 1 arranged.
  • 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.
  • pole piece 40 and the armature 44 are received together in a sleeve 50, but this need not necessarily be the case.
  • a solenoid 52 is slid onto the sleeve 50 and is thus located around the pole piece 40 and armature 44 in the actuator area 38.
  • the armature 44 and the pole piece 40 are disposed directly adjacent to each other so that an armature approaching surface 54 and a pole piece approaching surface 56 are directly opposed.
  • the armature 44 is coupled to an actuating pin 58 which moves in operation with the armature 44 along the axis of movement 42.
  • the actuating pin 58 presses the closing element 48 away from the valve seat 46 or has no contact with it the closing element 48, so that this, when a force acts from the opposite side, to move to the valve seat 46 and thus can close the switching valve 30.
  • the electromagnetic switching valve 30 is designed as a normally open switching valve, but it is also possible to form the electromagnetic switching valve 30 as a normally closed switching valve 30, wherein the actuating pin 58 has no contact with the closing element 48 in the initial state.
  • the solenoid 52 In the energized state of the electromagnetic switching valve 30, the solenoid 52 generates a magnetic field in the electromagnetic switching valve 30, resulting in a magnetic attraction force F AN between the pole piece 40 and armature 44. As a result, the armature 44 is pulled with its pole piece approaching surface 56 toward the armature approaching surface 54 of the pole piece 40. In this case, the armature 44 takes the actuating pin 58 so that it loses contact with the closing element 48, and the closing element 48 can thus return to the valve seat 46.
  • the armature 44 has an armature magnet 60 and the pole piece 40 has a pole piece magnet 62.
  • the armature magnet 60 and the pole piece magnet 62 are arranged so that a magnetic repulsive force F AB acts between them during operation.
  • the armature magnet 60 and the pole piece magnet 62 are both designed as permanent magnets. However, it is also possible to provide both magnets 60, 62, or even a single one of them, as electromagnets, which is switched as needed.
  • the poles of armature magnet 60 and Pol Georgiamagnet 62 are the same pole directed towards each other, so that the magnetic repulsion force F AB can act.
  • the magnetic repulsive force F AB acts exactly opposite to the magnetic attraction F AN induced by the solenoid 52 between armature 44 and pole piece 40.
  • the solenoid 52 is designed so that when it is turned on, it can generate in the actuator region 38 in the initial state a magnetic attraction force F AN which can override the magnetic repulsive force F AB between the two magnets 60, 62.
  • solenoid 52, armature magnet 60, and pole piece magnet 62 are also designed so that anchor 44 and pole piece 40 can not contact each other despite the magnetic attraction force F AN acting through the solenoids 52.
  • the magnetic repulsion force F AB between the armature magnet 60 and Pol Westernmagnet 62 with decreasing distance between the armature 44 and pole piece 40 is so large that the solenoid 52, the repulsive force F AB with its resultant attractive force F AN can not overpress.
  • the armature magnet 60 and the pole piece magnet 62 are designed in their repulsive force F AB so that thereby the switching valve 30 can be kept open in a de-energized state, ie with the solenoids 52 turned off, even the previously provided return spring between armature 44 and pole piece 40 can be dispensed with.
  • this return spring can also optionally be arranged between the armature 44 and the pole piece 40, depending on the design of the resulting magnetic repulsion force F AB .
  • the armature 44 has an armature recess 64 and the pole piece 40 has a pole piece recess 66, the armature magnet 60 being arranged in the armature recess 64, and the pole piece magnet 62 being arranged in the pole piece recess 66.
  • the magnets 60, 62 are arranged in their respective recess 64, 66 so that they are flush with the respective surface of the armature 44 and pole piece 40. That is, the armature magnet 60 is disposed in the armature recess 64 so as to form a flush armature surface 68 with the pole piece approaching surface 56, and the pole piece magnet 62 is disposed in the pole piece recess 66 so as to define a flush pole piece surface 70 with the armature approaching surface 54 forms.
  • magnets 60, 62 with a respective projection in their recess 64, 66.
  • the armature magnet 60 is mounted only attached to the pole piece approaching surface 56 or that the pole piece magnet 62 is attached to the anchor approaching surface 54. It is conceivable that the anchor approaching surface 54 is formed by a pole piece magnetic surface 72 of the pole piece magnet 62 or that the pole piece approaching surface 56 by an armature magnetic surface 74 of Anchor magnet 60 is formed. Ie. the magnets 60, 62 then completely cover the pole piece approaching surface 56 and the anchor approaching surface 54, respectively.
  • the armature magnet 60 or the pole piece magnet 62 are each designed as an annular magnet.
  • anchor magnet 60 or Pol Georgiamagnet 62 have other shapes, and that instead of a single magnet several items can be provided.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Schaltventil (30) für ein Kraftstoffeinspritzsystem (10) einer Brennkraftmaschine, das einen Aktuatorbereich (38) zum Bewegen eines Schließelementes (48) mit einem Polstück (40) und einem Anker (44) sowie einem Solenoiden (52) zum Erzeugen einer magnetischen Anziehungskraft (F AN ) zwischen Anker (44) und Polstück (40) aufweist, wobei der Anker (44) einen Ankermagneten (60) und das Polstück (40) einen Polstückmagneten (62) aufweist, wobei Ankermagnet (60) und Polstückmagnet (62) so angeordnet sind, dass im Betrieb eine magnetische Abstoßungskraft (F AB ) zwischen ihnen wirkt.

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 im Bereich von 150 bar bis 400 bar und bei Diesel-Brennkraftmaschinen im 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 dem Kraftstoffeinspritzsystem können an verschiedenen Positionen des Weges, den der Kraftstoff von einem Tank zu der jeweiligen Brennkammer nimmt, Ventilanordnungen vorgesehen sein, beispielsweise als Einlassventil oder Auslassventil an einer Kraftstoffhochdruckpumpe, die den Kraftstoff mit Druck beaufschlägt, 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 hierzu schnell schaltende Magnetventile zur Volumenstrom- und/oder Druckregelung eingesetzt. Je nach Fördermenge und Art hält dabei für gewöhnlich eine Rückstellfeder ein Schließelement eines Ventilbereiches eines solchen elektromagnetischen Schaltventiles gegen einen Volumenstrom offen oder geschlossen. Der dazugehörige Aktuatorbereich, das heißt der Magnetaktuator, welcher das Schließelement öffnet oder schließt, ist derart gestaltet, dass die Aktuatorkraft des Magnetaktuators die Rückstellkraft der Rückstellfeder in einer vorbestimmten Zeit überdrücken kann, um somit das Schaltventil zu schalten.
  • Diese Schaltventile sind demgemäß als Kombination eines Schaltmagneten, der den Magnetaktuator betreibt, mit einer durch diesen geschalteten Hydraulik, dem Ventilbereich, aufgebaut. Im Betrieb werden somit zwei Schaltzustände der Hydraulik, eine geöffnete Stellung und eine geschlossene Stellung, erreicht.
  • Das elektromagnetische Schaltventil weist in dem Aktuatorbereich einen beweglichen Anker und ein feststehendes Polstück auf, die normalerweise durch die Rückstellfeder zueinander auf Abstand gehalten werden. Durch die Aktivierung eines Solenoiden im Aktuatorbereich mit elektrischem Strom wird ein Magnetfeld aufgebaut, das eine magnetische Anziehungskraft zwischen Anker und Polstück erzeugt, durch die sich diese beiden Elemente aufeinander zu bewegen, und zwar so lange, bis sich Anker und Polstück berühren.
  • Im Betrieb des elektromagnetischen Schaltventiles entstehen daher Betriebsgeräusche, die durch das Schließen bzw. Öffnen des elektromagnetischen Schaltventiles erzeugt werden.
  • Bei Kraftstoffeinspritzsystemen ist jedoch der Akustiklevel ein kritischer Gesichtspunkt und es ist gewünscht, die Akustik insgesamt zu verbessern, indem Hauptgeräuschquellen bzgl. ihrer Geräuschkulisse verbessert werden. Eine kritische Geräuschquelle kann dabei das elektromagnetische Schaltventil sein, das beispielsweise an der Kraftstoffhochdruckpumpe angeordnet ist, und welches aufgrund mechanisch bewegter Bauteile wie dem Anker eine hohe Geräuschkulisse erzeugt. Denn ein großer Anteil an der erzeugten Geräuschkulisse entsteht durch den Aufprall des bewegten Ankers in das Polstück.
  • Um ein Anhaften des Ankers am Polstück und damit einhergehend längere Schaltzeiten aufgrund eines verbleibenden Restmagnetismus zu vermeiden, wird in der Regel eine Chromschicht am Anker und/oder am Polstück vorgesehen. Diese fungiert dann als magnetische Trennschicht.
  • Weiter ist in der Regel eine Rückstellfeder vorgesehen, um Anker und Polstück in unbestromtem Zustand des Solenoiden mit einer entsprechenden Rückstellkraft auf Abstand zu halten. Dabei kann die Rückstellfeder bei sogenannten stromlos geschlossenen elektromagnetischen Schaltventilen die Hydraulik in eine geschlossene Position halten, es gibt jedoch auch elektromagnetische Schaltventile, die im unbestromten Zustand durch die Rückstellfeder in der geöffneten Position gehalten werden, (stromlos offenes Schaltventil).
  • Bislang konnte die Akustik eines elektromagnetischen Schaltventiles durch beispielsweise mechanische Anpassung von Komponenten an der Kraftstoffhochdruckpumpe mit Hilfe von Simulationen optimiert werden. Es ist auch bekannt, Softwarelösungen zu verwenden, die dazu führen, dass bewegte Massen vor ihrem Aufprall abgebremst werden.
  • Ein vollständiges Auslöschen der Geräuschemissionen war bislang jedoch nicht möglich. Daher wurden bislang weitere Maßnahmen zur Reduzierung der Geräuschemissionen eingesetzt, beispielsweise zusätzliche Akustikcover verwendet, um die Geräuschkulisse abzuschirmen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein hinsichtlich der Geräuschentwicklung im Betrieb verbessertes elektromagnetisches Schaltventil bereitzustellen.
  • 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 Anspruches.
  • 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, die zum Schließen des Schaltventiles zusammenwirken, auf. Weiter umfasst das elektromagnetische Schaltventil einen Aktuatorbereich zum Bewegen des Schließelementes mit einer Aktuatorkraft entlang einer Bewegungsachse. Der Aktuatorbereich weist ein feststehendes Polstück und einen entlang der Bewegungsachse beweglichen Anker auf, der zum Bewegen des Schließelementes mit dem Schließelement gekoppelt ist, und der sich im Betrieb entlang der Bewegungsachse auf das Polstück zu bewegt. Der Anker weist einen Ankermagneten auf, und das Polstück weist einen Polstückmagneten auf. Der Ankermagnet und der Polstückmagnet sind so angeordnet, dass im Betrieb eine magnetische Abstoßungskraft zwischen ihnen wirkt.
  • Dementsprechend wird nun vorgeschlagen, zwischen dem Anker und dem Polstück zwei gegenpolige Magnete vorzusehen, die den Anker und das Polstück auf Abstand zueinander halten können.
  • Dadurch wird im Betrieb ein Kontakt zwischen Anker und Polstück und die damit einhergehende Geräuschemission vermieden, was zu einer signifikant verbessersten Akustik des elektromagnetischen Schaltventiles führt. Zusätzlich hat dies den Vorteil, dass, da es keinen Kontakt mehr zwischen Anker und Polstück gibt, kein Risiko für ein Anhaften des Ankers am Polstück besteht, weshalb auf eine Chromschicht bzw. ein zusätzliches Trennplättchen zwischen Anker und Polstück verzichtet werden kann. Durch diese Einsparung kann insgesamt eine Kostenersparnis erzielt werden.
  • Bei entsprechender Auslegung von Ankermagnet und Polstückmagnet ist die magnetische Abstoßungskraft vorteilhaft so groß, dass dadurch das elektromagnetische Schaltventil, wenn es als unbestromt offenes Schaltventil ausgelegt ist, vollständig offengehalten werden kann, weshalb vorteilhaft auf die bisher verwendete Rückstellfeder verzichtet werden kann, was ebenfalls zu einer Kostenersparnis führt.
  • Der Ankermagnet bzw. der Polstückmagnet können jeweils entweder als Permanentmagnet oder alternativ auch als Elektromagnete ausgebildet sein. Das heißt, entweder können beide als Permanentmagnete, oder beide als Elektromagnete, oder jeweils einer als Permanentmagnet und der andere als Elektromagnet ausgebildet sein.
  • Permanentmagnete haben dabei den Vorteil, dass sie auch im unbestromten Zustand wirksam sind, während Elektromagnete den Vorteil haben, dass sie je nach Bedarf zu- bzw. abgeschaltet werden können.
  • Vorzugsweise weist der Anker eine Polstückannäherungsfläche und das Polstück eine Ankerannäherungsfläche auf, die zueinander hin gerichtet angeordnet sind. In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Ankermagnet an der Polstückannäherungsfläche und der Polstückmagnet an der Ankerannäherungsfläche befestigt. Einer der beiden Magnete ist daher vorzugsweise fest am Polstück befestigt, und der andere am Anker. Dies ist eine besonders einfache Ausgestaltung, um zwischen Anker und Polstück Magnete vorzusehen, die eine magnetische Abstoßungskraft zwischen Anker und Polstück erzeugen.
  • In besonders vorteilhafter Ausgestaltung bildet eine Ankermagnetfläche die Polstückannäherungsfläche. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, dass eine Polstückmagnetfläche die Ankerannäherungsfläche bildet. Sind demgemäß Ankermagnet bzw. Polstückmagnet so am Anker bzw. Polstück angeordnet, dass die Flächen, die sich im Betrieb aufeinander zu bewegen, vollständig von den jeweiligen Magneten gebildet sind, entstehen vorteilhaft bündige Flächen ohne Absatz.
  • Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass der Anker eine Ankerausnehmung und das Polstück eine Polstückausnehmung aufweist, wobei der Ankermanget in der Ankerausnehmung und der Polstückmagnet in der Polstückausnehmung angeordnet sind. Dadurch können beispielsweise kommerziell erhältliche Magnete einfach in eine entsprechende Ausnehmung in Anker bzw. Polstück eingebracht werden.
  • Besonders vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist es, wenn der Ankermagnet derart in der Ankerausnehmung angeordnet ist, dass er mit der Polstückannäherungsfläche eine bündige Ankerfläche bildet. Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn der Polstückmagnet derart in der Polstückausnehmung angeordnet ist, dass er mit der Ankerannäherungsfläche eine bündige Polstückfläche bildet.
  • Alternativ ist es auch möglich, dass der Ankermagnet bzw. der Polstückmagnet so in der jeweiligen Ausnehmung angeordnet ist, dass sich ein Überstand bildet, der eine magnetische Abstoßungskraft in dem Punkt, in dem sich Polstück und Anker besonders nahekommen, besonders verstärkt.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung sind der Ankermagnet und/oder der Polstückmagnet als ringförmige Magnete ausgebildet. Ankermagnet bzw. Polstückmagnet können jedoch auch in einer beliebigen Form und Anzahl vorgesehen werden, je nachdem, welche Ausführungsformen einfach und kostengünstig an Anker bzw. Polstück vorgesehen werden können.
  • Vorteilhaft weist der Aktuatorbereich einen Solenoiden zum Erzeugen einer magnetischen Anziehungskraft zwischen Anker und Polstück auf, wobei der Solenoid derart ausgelegt ist, dass die im Betrieb erzeugte Anziehungskraft die durch Ankermagnet und Polstückmagnet wirkende magnetische Abstoßungskraft überdrückt.
  • Weiter vorteilhaft sind Solenoid, Ankermagnet und Polstückmagnet derart ausgelegt, dass bei Annäherung von Anker und Polstück die magnetische Abstoßungskraft die magnetische Anziehungskraft übersteigt, bevor der Anker und das Polstück sich berühren.
  • Die Magnetkräfte, das heißt die Anziehungskraft und die Abstoßungskraft, sind daher idealerweise so ausgelegt, dass beim Ansteuern des elektromagnetischen Schaltventiles, insbesondere des Solenoiden, der Anker zwar vom Polstück angezogen werden kann, um ein Schließen bzw. Öffnen des Schaltventiles zu ermöglichen, dabei jedoch ein Kontakt zwischen Anker und Polstück aufgrund der Abstoßungskraft vermieden wird.
  • Um unerwünschte Interferenzen zwischen dem vom Solenoiden erzeugen Magnetfeld und dem von Anker- bzw. Polstückmagnet erzeugten Magnetfeld zu vermeiden, können der Anker- bzw. Polstückmagnet mittig am Anker bzw. Polstück platziert werden, dort, wo sonst die Rückstellfeder angeordnet ist. Zusätzlich könnten Anker- bzw. Polstückmagnet an drei von vier Seiten isoliert werden, um den Magnetfluss zu richten.
  • Eine vorteilhafte Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine weist das oben beschriebene elektromagnetische Schaltventil auf.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Übersichtsdarstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, das an verschiedenen Positionen ein elektromagnetisches Schaltventil aufweisen kann; und
    Fig. 2
    eine Längsschnittdarstellung eines der Schaltventile aus Fig. 1 als Einlassventil an einer Kraftstoffhochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems.
  • 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 elektromagnetische Schaltventile 30 ausgebildet sein und daher aktiv betrieben werden.
  • Fig. 2 zeigt eine Längsschnittdarstellung eines solchen elektromagnetischen Schaltventiles 30, das als Einlassventil 24 ausgebildet ist.
  • Das elektromagnetische Schaltventil 30 ist in einer Gehäusebohrung 32 eines Gehäuses 34 der Kraftstoffhochdruckpumpe 18 aus Fig. 1 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 Polstück 40 und der Anker 44 sind gemeinsam in einer Hülse 50 aufgenommen, wobei dies jedoch nicht zwingend der Fall sein muss. Ein Solenoid 52 ist auf die Hülse 50 aufgeschoben und befindet sich somit um das Polstück 40 und den Anker 44 herum angeordnet in dem Aktuatorbereich 38.
  • Der Anker 44 und das Polstück 40 sind direkt benachbart zueinander angeordnet, so dass eine Ankerannäherungsfläche 54 und eine Polstückannäherungsfläche 56 sich direkt gegenüber liegen.
  • Der Anker 44 ist mit einem Betätigungsstift 58 gekoppelt, der sich im Betrieb mit dem Anker 44 entlang der Bewegungsachse 42 bewegt. Je nach Schaltzustand und somit Position des Ankers 44 entlang der Bewegungsachse 42 drückt der Betätigungsstift 58 das Schließelement 48 von dem Ventilsitz 46 weg oder hat keinen Kontakt zu dem Schließelement 48, so dass dieses sich, wenn von der gegenüberliegenden Seite eine Kraft wirkt, auf den Ventilsitz 46 zu bewegen und somit das Schaltventil 30 schließen kann. In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist das elektromagnetische Schaltventil 30 als stromlos offenes Schaltventil ausgebildet, es ist jedoch auch möglich, das elektromagnetische Schaltventil 30 als stromlos geschlossenes Schaltventil 30 auszubilden, wobei der Betätigungsstift 58 im Ausgangszustand keinen Kontakt zu dem Schließelement 48 hat.
  • Im bestromten Zustand des elektromagnetischen Schaltventiles 30 erzeugt der Solenoid 52 ein Magnetfeld in dem elektromagnetischen Schaltventil 30, was in einer magnetischen Anziehungskraft FAN zwischen Polstück 40 und Anker 44 resultiert. Dadurch wird der Anker 44 mit seiner Polstückannäherungsfläche 56 in Richtung auf die Ankerannäherungsfläche 54 des Polstückes 40 gezogen. Dabei nimmt der Anker 44 den Betätigungsstift 58 mit, so dass dieser den Kontakt mit dem Schließelement 48 verliert, und das Schließelement 48 so auf den Ventilsitz 46 zurückkehren kann.
  • Wie in Fig. 2 zu sehen ist, weist der Anker 44 einen Ankermagneten 60 auf und das Polstück 40 weist einen Polstückmagneten 62 auf. Der Ankermagnet 60 und der Polstückmagnet 62 sind dabei so angeordnet, dass im Betrieb eine magnetische Abstoßungskraft FAB zwischen ihnen wirkt.
  • In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sind der Ankermagnet 60 und der Polstückmagnet 62 beide als Permanentmagneten ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, beide Magneten 60, 62, oder auch nur einen einzelnen davon, als Elektromagneten vorzusehen, der bei Bedarf geschaltet wird. Die Pole von Ankermagnet 60 und Polstückmagnet 62 sind dabei gleichpolig zueinander hin gerichtet, so dass die magnetische Abstoßungskraft FAB wirken kann. Die magnetische Abstoßungskraft FAB wirkt dabei genau entgegengesetzt zu der magnetischen Anziehungskraft FAN, die durch den Solenoiden 52 zwischen Anker 44 und Polstück 40 induziert wird.
  • Der Solenoid 52 ist dabei so ausgelegt, dass er, wenn er angeschaltet ist, in dem Aktuatorbereich 38 im Ausgangszustand eine magnetische Anziehungskraft FAN erzeugen kann, die die magnetische Abstoßungskraft FAB zwischen den beiden Magneten 60, 62 überdrücken kann.
  • Solenoid 52, Ankermagnet 60 und Polstückmagnet 62 sind jedoch auch so ausgelegt, dass sich trotz der wirkenden magnetischen Anziehungskraft FAN durch den Solenoiden 52 Anker 44 und Polstück 40 nicht berühren können. Dazu wird die magnetische Abstoßungskraft FAB zwischen Ankermagnet 60 und Polstückmagnet 62 bei sich verkleinerndem Abstand zwischen Anker 44 und Polstück 40 so groß, dass der Solenoid 52 die Abstoßungskraft FAB mit seiner resultierenden Anziehungskraft FAN nicht mehr überdrücken kann.
  • Dadurch wird verhindert, dass es zu einem Kontakt zwischen Anker 44 und Polstück 40 kommt. Es wird also grundsätzlich der Kontakt zwischen Anker 44 und Polstück 40 verhindert. Dies hat einerseits zur Folge, dass die Geräuschemission, die normalerweise beim Schalten des Schaltventiles 30 auftritt, signifikant reduziert werden kann, was insgesamt in einer verbesserten Akustik des Kraftstoffeinspritzsystems 10 resultiert.
  • Da es keinen Kontakt zwischen Anker 44 und Polstück 40 mehr gibt, besteht auch kein Risiko, dass die beiden Elemente aneinander anhaften. Dadurch kann eine üblicherweise vorgesehene Chromschicht bzw. ein Trennplättchen an Anker 44 bzw. Polstück 40 eingespart werden.
  • Sind zusätzlich der Ankermagnet 60 und der Polstückmagnet 62 in ihrer Abstoßungskraft FAB so ausgelegt, dass dadurch das Schaltventil 30 in einem unbestromten Zustand, d. h. bei ausgeschaltetem Solenoiden 52, offen gehalten werden kann, kann sogar auf die bisher vorgesehene Rückstellfeder zwischen Anker 44 und Polstück 40 verzichtet werden. Diese Rückstellfeder kann aber auch optional weiterhin zwischen Anker 44 und Polstück 40 angeordnet sein, je nach Auslegung der resultierenden magnetischen Abstoßungskraft FAB.
  • In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform weist der Anker 44 eine Ankerausnehmung 64 und das Polstück 40 eine Polstückausnehmung 66 auf, wobei der Ankermagnet 60 in der Ankerausnehmung 64 angeordnet ist, und wobei der Polstückmagnet 62 in der Polstückausnehmung 66 angeordnet ist.
  • Dabei sind die Magneten 60, 62 in ihrer jeweiligen Ausnehmung 64, 66 so angeordnet, dass sie jeweils bündig mit der jeweiligen Fläche von Anker 44 und Polstück 40 abschließen. D. h., der Ankermagnet 60 ist so in der Ankerausnehmung 64 angeordnet, das er eine bündige Ankerfläche 68 mit der Polstückannäherungsfläche 56 bildet, und der Polstückmagnet 62 ist so in der Polstückausnehmung 66 angeordnet, dass er eine bündige Polstückfläche 70 mit der Ankerannäherungsfläche 54 bildet.
  • Alternativ ist es auch möglich, die Magnete 60, 62 mit einem jeweiligen Überstand in ihrer Ausnehmung 64, 66 anzuordnen.
  • Statt die Magneten 60, 62 in einer jeweiligen Ausnehmung 64, 66 unterzubringen, ist es auch denkbar, dass der Ankermagnet 60 lediglich an der Polstückannäherungsfläche 56 aufgesetzt befestigt ist bzw. dass der Polstückmagnet 62 an der Ankerannäherungsfläche 54 aufgesetzt befestigt ist. Dabei ist denkbar, dass die Ankerannäherungsfläche 54 durch eine Polstückmagnetfläche 72 des Polstückmagneten 62 gebildet wird bzw. dass die Polstückannäherungsfläche 56 durch eine Ankermagnetfläche 74 des Ankermagneten 60 gebildet wird. D. h. die Magneten 60, 62 bedecken dann die Polstückannäherungsfläche 56 bzw. die Ankerannäherungsfläche 54 vollständig.
  • Beispielsweise ist dies möglich, wenn der Ankermagnet 60 bzw. der Polstückmagnet 62 jeweils als ringförmiger Magnet ausgebildet sind.
  • Es ist jedoch auch denkbar, dass Ankermagnet 60 bzw. Polstückmagnet 62 andere Formen aufweisen, und dass auch statt eines einzelnen Magneten mehrere Einzelteile vorgesehen werden können.

Claims (9)

  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 Aktuatorbereich (38) zum Bewegen des Schließelementes (48) mit einer Aktuatorkraft entlang einer Bewegungsachse (42);
    wobei der Aktuatorbereich (38) ein feststehendes Polstück (40) und einen entlang der Bewegungsachse (42) beweglichen Anker (44) aufweist, der zum Bewegen des Schließelementes (48) mit dem Schließelement (48) gekoppelt ist, und der sich im Betrieb entlang der Bewegungsachse (42) auf das Polstück (40) zu bewegt, wobei der Anker (44) einen Ankermagneten (60) aufweist, und wobei das Polstück (40) einen Polstückmagneten (62) aufweist,
    wobei der Ankermagnet (60) und der Polstückmagnet (62) so angeordnet sind, dass im Betrieb eine magnetische Abstoßungskraft (FAB) zwischen ihnen wirkt.
  2. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (44) eine Polstückannäherungsfläche (56) und das Polstück (40) eine Ankerannäherungsfläche (54) aufweist, die zueinander hin gerichtet angeordnet sind, wobei der Ankermagnet (60) an der Polstückannäherungsfläche (56) und der Polstückmagnet (62) an der Ankerannäherungsfläche (54) befestigt ist.
  3. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Ankermagnetfläche (74) die Polstückannäherungsfläche (56) bildet und/oder dass eine Polstückmagnetfläche (72) die Ankerannäherungsfläche (54) bildet.
  4. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (44) eine Polstückannäherungsfläche (56) und das Polstück (40) eine Ankerannäherungsfläche (54) aufweist, die zueinander hin gerichtet angeordnet sind, wobei der Anker (44) eine Ankerausnehmung (64) und das Polstück (40) eine Polstückausnehmung (66) aufweist, wobei der Ankermagnet (60) in der Ankerausnehmung (64) und der Polstückmagnet (62) in der Polstückausnehmung (66) angeordnet ist.
  5. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ankermagnet (60) derart in der Ankerausnehmung (64) angeordnet ist, dass er mit der Polstückannäherungsfläche (56) eine bündige Ankerfläche (68) bildet und/oder dass der Polstückmagnet (62) derart in der Polstückausnehmung (66) angeordnet ist, dass er mit der Ankerannäherungsfläche (54) eine bündige Polstückfläche (70) bildet.
  6. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ankermagnet (60) und/oder der Polstückmagnet (62) als ringförmige Magneten ausgebildet sind.
  7. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuatorbereich (38) einen Solenoiden (52) zum Erzeugen einer magnetischen Anziehungskraft (FAN) zwischen Anker (44) und Polstück (40) aufweist, wobei der Solenoid (52) derart ausgelegt ist, dass die im Betrieb erzeugte Anziehungskraft (FAN) die durch Ankermagnet (60) und Polstückmagnet (62) wirkende magnetische Abstoßungskraft (FAB) überdrückt.
  8. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Solenoid (52), der Ankermagnet (60) und der Polstückmagnet (62) derart ausgelegt sind, dass bei Annäherung von Anker (44) und Polstück (40) die magnetische Abstoßungskraft (FAB) die Anziehungskraft (FAN) übersteigt, bevor der Anker (44) und das Polstück (40) sich berühren.
  9. Kraftstoffhochdruckpumpe (18) für ein Kraftstoffeinspritzsystem (10) einer Brennkraftmaschine, aufweisend ein elektromagnetisches Schaltventil (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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