EP3364016B1 - Elektromagnetisches schaltventil und kraftstoffhochdruckpumpe - Google Patents

Elektromagnetisches schaltventil und kraftstoffhochdruckpumpe Download PDF

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EP3364016B1
EP3364016B1 EP17156165.7A EP17156165A EP3364016B1 EP 3364016 B1 EP3364016 B1 EP 3364016B1 EP 17156165 A EP17156165 A EP 17156165A EP 3364016 B1 EP3364016 B1 EP 3364016B1
Authority
EP
European Patent Office
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pole piece
armature
outer circumference
switching valve
constriction
Prior art date
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Active
Application number
EP17156165.7A
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English (en)
French (fr)
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EP3364016A1 (de
Inventor
Matthias Bleeck
Bernd Gugel
Andreas Mühlbauer
Henry Meißgeier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Technologies GmbH
Original Assignee
Vitesco Technologies GmbH
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Publication date
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Publication of EP3364016B1 publication Critical patent/EP3364016B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/36—Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
    • F02M59/366—Valves being actuated electrically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/08—Fuel-injection apparatus having special means for influencing magnetic flux, e.g. for shielding or guiding magnetic flux

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic switching valve for a fuel injection system of an internal combustion engine, and to a high-pressure fuel pump which has such an electromagnetic switching valve.
  • High-pressure fuel pumps in fuel injection systems in internal combustion engines are used to apply high pressure to a fuel, the pressure being in the range from 150 bar to 400 bar in gasoline internal combustion engines and in the range from 1500 bar to 2500 bar in diesel internal combustion engines.
  • the higher the pressure that can be generated in the respective fuel the lower the emissions that occur during the combustion of the fuel in a combustion chamber, which is particularly advantageous against the background that there is an increasing desire to reduce emissions.
  • valve arrangements can be provided at various positions along the path that the fuel takes from a tank to the respective combustion chamber, for example as an inlet valve or outlet valve on a high-pressure fuel pump that pressurizes the fuel, but also, for example, as a relief valve at a wide variety of positions of the fuel injection system, for example on a common rail, which stores the pressurized fuel before injection into the combustion chamber.
  • Fast-acting solenoid valves are often used for volume flow and/or pressure control.
  • a return spring keeps a closing element of a valve region of such an electromagnetic switching valve open or closed against a volume flow.
  • the associated actuator area ie the magnetic actuator which opens or closes the closing element, is designed in such a way that the restoring spring can override the actuator force of the magnetic actuator in a specific time in order to switch the switching valve.
  • these switching valves are constructed as a combination of a switching magnet, which operates the magnet actuator, with a hydraulic system, the valve area, switched by this. In operation, two switching states of the hydraulics, an open position and a closed position, are thus achieved.
  • the switching magnet has components that are separated by a force-generating air gap, namely a movable armature and a fixed pole core, which are kept at a distance from one another by the return spring.
  • Activating a solenoid in the shift magnet by applying an electric current creates a magnetic field in a winding of the solenoid.
  • This magnetic field induces a magnetic flux in the surrounding metal components, in particular in the armature and the pole core, so that a magnetic force is built up between the armature and the pole core.
  • a restoring force of the restoring spring is overcome by this magnetic force and the coupled hydraulic system is controlled.
  • the electrical current By removing the electrical current, the magnetic force drops and the restoring force controls the hydraulics to the initial position.
  • the switching valve has been designed in such a way that at the operating point at which there is the maximum air gap between the armature and the pole core and at which there is a balance of forces between the return spring and the magnetic force of the solenoid, the magnetic flux density in the air gap between the armature and the pole core is as high as possible adjusted so that the moving components are stimulated to move as quickly as possible. During the movement process, the moving components are then further accelerated by the magnetic force and the air gap is reduced. In the condition of the minimum air gap, the magnetic force is then at its maximum.
  • the impulse forces depend on the mass of the moving components and their speed. With high impulse forces, the consequence is that high wear can occur between the components and the sound noise during operation is very high. Noises occur with every change in the switching status, both from the solenoid itself and from the hydraulics. At least two components hit each other and thus generate noise.
  • such a switching valve is used as a digital inlet valve on a high-pressure fuel pump in a fuel injection system of an internal combustion engine.
  • the switching time of such an intake valve is designed in such a way that it is able to switch quickly even at the highest engine speed of the internal combustion engine.
  • this is contrary to the goal that no significant noise should be generated in another operating state of the internal combustion engine, namely when the engine is idling.
  • the switching valve has been designed for the switching time for the operating point with the highest switching dynamics. Attempts were made to intercept noise and wear for movements that are directed against the switching direction of the switching magnet with brief current pulses to increase the magnetic force. However, it is difficult to soften movements in the switching direction of the switching valve.
  • Electromagnetic switching valves with a magnetic flux concentration area which is formed by a constriction on the outer circumference of the pole piece, are also known from the published patent applications DE 102 56 903 Al and DE 35 44 575 Al known.
  • the object of the invention is to provide an electromagnetic switching valve with an improved switching time and a further reduction in noise.
  • a high-pressure fuel pump that has 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 section with a closing element for closing the switching valve and an actuator section for moving the closing element along a movement axis.
  • the actuator portion includes an armature movable along the axis of motion coupled to the closure member for moving the closure member, a fixed pole piece, and a solenoid for generating magnetic flux in the armature and pole piece.
  • the pole piece has a magnetic flux concentration area.
  • the pole piece has a magnetic flux concentration area, that is, an area where the magnetic flux induced by the solenoid is concentrated, a magnetic choke is formed in the pole piece.
  • a magnetic choke is formed in the pole piece.
  • current is normally applied to the solenoid until the closure member begins to move. This is the so-called operating point.
  • the excitation by the solenoid normally increases, since the solenoid continues to be subjected to an increasing current.
  • the magnetic flux in the area of the magnetic choke in the pole piece now becomes magnetically saturated, so that the acceleration of the armature towards the pole piece is limited. This reduces the effective magnetic force in the idle state and, at the same time, the force level during operation.
  • the magnetic flux concentration area is formed by a constriction in a pole piece outer periphery.
  • the solenoid is placed around the pole piece.
  • the constriction is arranged along the movement axis at the level of the solenoid. This means that a particularly good concentration of the magnetic flux generated by the solenoid in the pole piece can be achieved.
  • a constant outer circumference of the armature essentially corresponds to the constant outer circumference of the pole piece, ie the larger outer circumference of the pole piece in the area in which it has no constriction.
  • the outer circumference of the armature has a step, at which the outer circumference of the armature merges into a reduced outer circumference of the armature.
  • the armature is also reduced in its outer circumference in a region, namely at an end region of the armature which is directly adjacent to the pole piece.
  • a concentration of magnetic flux can also be achieved in the armature, which leads to an improved switching time of the switching valve.
  • This also reduces the mass of the armature, which reduces the mechanical impulse when the armature impacts the pole piece.
  • the armature and pole piece are located adjacent to each other.
  • the constriction is advantageously arranged in a half of the pole piece that faces the armature.
  • the constriction is particularly advantageously at least 1/5 of the total length of the pole piece along the axis of movement.
  • the pole piece outside of the constriction on a constant pole piece outer circumference wherein the Pole piece outer circumference is reduced by at least 1/4 in the area of the constriction compared to the constant area.
  • the constriction is arranged at a defined height in the pole piece and with a defined diameter and a defined length in order to be able to achieve a defined magnetic flux concentration in the pole piece.
  • the constriction has the following effects: The constriction not only achieves a magnetic flux concentration in the pole piece, but also reduces the overall mass of the pole piece. In addition, the desired magnetic force is reached faster than before, which is accompanied by a reduction in the switching time of the switching valve. At the same time, the armature is not accelerated so much during the movement phase, although the speed still corresponds to that previously known. Overall, the total switching time is reduced and thus improved.
  • a return spring is preferably arranged between the armature and the pole piece and is supported in a spring recess in the pole piece.
  • the spring recess is defined by side walls of a through hole in the pole piece and by support walls on which the return spring is supported. The constriction is advantageously arranged along the movement axis at the level of this spring recess.
  • this constriction is arranged completely at the height of the spring recess and does not protrude beyond it. Nevertheless, it is advantageous if the constriction on the pole piece is not at one end region, but from both sides of Areas is limited that have the constant and thus larger pole piece outer circumference.
  • the reduced outer circumference of the armature is advantageously at most 3/4 of the constant outer circumference of the armature.
  • the reduced outer circumference of the armature along the movement axis is essentially half of the overall length of the armature.
  • a defined magnetic flux concentration and thus a defined magnetic choke is also formed in the armature, which can interact with the magnetic choke of the pole piece.
  • a high-pressure fuel pump for a fuel injection system of an internal combustion engine advantageously has an electromagnetic switching valve as described above.
  • the switching valve can be formed, for example, as an inlet valve for the high-pressure fuel pump or as an outlet valve. However, it is also possible to provide the switching valve described as a pressure control valve which is arranged, for example, on a common rail of a fuel injection system.
  • FIG. 1 shows a schematic overview of a fuel injection system 10 of an internal combustion engine, which delivers fuel 12 from a tank 14 via a presupply pump 16, a high-pressure fuel pump 18 and a high-pressure fuel accumulator 20 to injectors 22, which then inject the fuel 12 into combustion chambers of the internal combustion engine.
  • the fuel 12 is introduced into the high-pressure fuel pump 18 via an inlet valve 24, is pressurized and released from the high-pressure fuel pump 18 via an outlet valve 26, and then fed to the high-pressure fuel accumulator 20 .
  • a pressure control valve 28 is arranged on the high-pressure fuel accumulator 20 in order to be able to control the pressure of the fuel 12 in the high-pressure fuel accumulator 20 .
  • Both the inlet valve 24 and the outlet valve 26 as well as the pressure control valve 28 can be designed as electromagnetic switching valves 30 and can therefore be actively operated.
  • FIG 2 shows a first embodiment, which is not covered by the claimed invention, of such an electromagnetic switching valve 30 in a longitudinal section through the electromagnetic switching valve 30, which is designed as an inlet valve 24 of a high-pressure fuel pump 18.
  • the electromagnetic switching valve 30 is arranged in a housing bore 32 of a housing 34 of the high-pressure fuel pump 18 .
  • the electromagnetic switching valve 30 has a valve area 36 and an actuator area 38 , the actuator area 38 having a stationary pole piece 40 and an armature 44 movable along a movement axis 42 .
  • the valve portion 36 includes a valve seat 46 and a closure member 48 which cooperate to close the electromagnetic switching valve 30.
  • the pole piece 40 and the armature 44 are housed together in a sleeve 50, although 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 the armature 44 in the electromagnetic switching valve 30.
  • the armature 44 and pole piece 40 are positioned directly adjacent one another such that an armature surface 54 and a pole piece surface 56 are directly opposite each other.
  • a return spring 58 is positioned between the armature 44 and pole piece 40 to space the armature 44 and pole piece 40 and thereby create an air gap 60 .
  • the armature 44 is coupled to an actuation pin 62 which, in use, moves with the armature 44 along the axis of motion 42 .
  • the actuating pin 62 pushes the closing element 48 away from the valve seat 46 or has no contact with the closing element 48, so that when a force acts from the opposite side, it presses on the valve seat 46 to move and thus the switching valve 30 can close.
  • the solenoid 42 In the energized state of the electromagnetic switching valve 30, the solenoid 42 generates a magnetic field in the electromagnetic switching valve 30 3 is represented by magnetic field lines 64 .
  • the magnetic flux of the magnetic field lines 64 is arranged in all metallic/magnetic elements directly adjacent to the solenoid 52, in particular in the pole piece 40 and in the armature 44. This creates a magnetic attraction force between the pole piece 40 and the armature 44, and the Armature 44 is drawn with its armature face 54 toward pole piece face 56 of pole piece 40 .
  • the armature 44 takes the actuating pin 62 with it so that it loses contact with the closing element 48 and the closing element 48 can thus return to the valve seat 46 . Because armature 44 moves toward pole piece 40 when solenoid 52 is energized, air gap 60 is minimal when energized.
  • the restoring spring 58 presses the armature 44 away from the pole piece 40 again, since a restoring force of the restoring spring 58 acts against the magnetic force.
  • the air gap 60 is at its maximum and the actuating pin 62 is pressed onto the closing element 48 again, so that the closing element 48 is lifted off the valve seat 46 and the electromagnetic switching valve 30 opens.
  • the armature 44 has a magnetic flux concentration region 66, i.e. a region in which the magnetic field lines are guided through the armature 44 in a reduced cross-sectional area, so that they must be concentrated .
  • the magnetic flux concentration area 66 is formed in that an armature outer circumference U A has a step 68, so that a first armature outer circumference U A1 and a second armature outer circumference U A2 form, which are different from one another, with the first armature outer circumference U A1 being smaller than the second Anchor outer circumference UA2.
  • the armature 44 has the first armature outer circumference U A1 in the region where the armature 44 is associated directly adjacent to the pole piece 40, i.e. at its upper end region 70.
  • the first outer circumference of the armature U A1 is a maximum of 3/4 of the second outer circumference of the armature U A2 .
  • a length of first armature outer circumference U A1 along the movement axis 42 is essentially half of an overall length L A of the armature 44.
  • This arrangement of the reduced first armature outer circumference U A1 can produce a targeted magnetic choke in the armature 44 in order to achieve the advantages described above.
  • the course of the magnetic field lines 64 is in 3 shown, where it can be seen that the magnetic field lines 64 are concentrated in the area in which the armature outer circumference U A is reduced, so that the magnetic flux is concentrated here overall.
  • Out of 2 11 further shows that the armature surface 54, which faces the pole piece 40, at the upper end portion 70 is smaller than the pole piece surface 56, which faces the armature 44.
  • FIG. The armature surface 54 makes up approximately half of the pole piece surface 56 .
  • the two opposing surfaces namely the armature surface 54 and the pole piece surface 56, are the surfaces which generate the magnetic force between the armature 44 and the pole piece 40.
  • FIG 4 and figure 5 show a second embodiment, which is not covered by the claimed invention, of the electromagnetic switching valve 30, in which the magnetic throttle by providing the magnetic flux concentration region 66 not in the armature 44 as in the first embodiment but in the pole piece 40.
  • both the armature 44 and the pole piece 40 each form a magnetic flux concentration area 66 and thus a magnetic choke.
  • the magnetic flux concentration area 66 in the second embodiment which is not covered by the claimed invention, is formed by a constriction 72 in the pole piece 4C, so that a pole piece outer circumference Up, which is otherwise constant over the movement axis 42, is reduced in the area of the constriction 72 .
  • the constriction 72 is located in a half 74 of the pole piece 40 which faces the armature 44, not at an end portion as in the armature 44 in the first embodiment not covered by the claimed invention, but toward a pole piece end portion 76 apart. This allows the maximum magnetic force from pole piece 40 to act on armature 44 where pole piece face 56 is adjacent armature face 54 to pull armature 44 toward pole piece 40 .
  • the constriction 72 has a length that is at least 1/5 of a length Lp of the pole piece 40 along the axis of motion 42 .
  • the pole piece outer circumference Up is reduced in the area of the constriction 72 by at least 1/4 compared to the constant pole piece outer circumference Up outside the constriction 72 .
  • return spring 58 is positioned to bear within pole piece 40.
  • FIG. The pole piece 40 a through bore 78 which widens in a lower pole piece end region 78 which faces the armature 44 to form a spring recess 82 .
  • the spring recess 82 is defined by side walls 84 of the through hole 78 and by support walls 68 formed by the widening of the through hole 78 in the pole piece end area 78 .
  • the restoring spring 58 is then supported on these supporting walls 68 .
  • the constriction 72 is formed along the movement axis 42 at the level of the spring recess 82, in particular in such a way that it does not protrude beyond the spring recess 82.
  • the magnetic flux concentration can be achieved in particular in the area of the return spring 58, ie there where the restoring force of the return spring 58 also acts.
  • constriction 72 is advantageously also located at the level of the solenoid 52 along the movement axis 42 .
  • FIG 5 the course of the magnetic field lines 64 in the pole piece 40 is shown, it being seen that the magnetic field lines 64 are concentrated in the area of the constriction 72, and a magnetic flux concentration can thus be generated in the pole piece 40.
  • the magnetic choke produced in the armature 44 in relation to the first embodiment can also be produced in the pole piece 40 .
  • FIG. 12 is a diagram showing the magnetic force or magnetic flux generated by the solenoid 52 in the armature 44 or the pole piece 40 versus the magnetic excitation through the solenoid 52.
  • the dashed lines correspond to the applied magnetic force in a known arrangement in which the armature 44 or pole piece 40 does not have a magnetic flux concentration area 66.
  • the solid lines show the magnetic force that acts when the armature 44 or the pole piece 40 is designed with magnetic flux concentration.
  • the horizontal line in the diagram indicates the magnetic force to be generated by the solenoid 52, which is necessary to override the restoring force of the restoring spring 58 so that the armature 44 starts moving.
  • the diagram therefore shows a sub-range of a hysteresis that occurs when switching valve 30 is in operation.
  • the magnetic force is reduced by the magnetic choke, but this can be compensated for by appropriate winding parameters in the solenoid 52 if the need arises. It would also be possible to readjust this via the electrical resistance that affects the current in the solenoids 52.

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 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 hierzu schnell schaltende Magnetventile zur Volumenstrom- und/oder Druckregelung eingesetzt. Je nach Fördermenge und Art hält dabei 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 Rückstellfeder die Aktuatorkraft des Magnetaktuators in einer bestimmten 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.
  • Der Schaltmagnet weist in dem Aktuatorbereich durch einen krafterzeugenden Luftspalt getrennte Bauteile, nämlich einen beweglichen Anker und einen feststehenden Polkern auf, die durch die Rückstellfeder voneinander auf Abstand gehalten werden. Durch die Aktivierung eines Solenoiden in dem Schaltmagneten durch Beaufschlagung mit elektrischem Strom wird in einer Wicklung des Solenoiden ein Magnetfeld aufgebaut. Dieses Magnetfeld induziert in die umgebenden Metallbauteile, insbesondere in dem Anker und dem Polkern, einen Magnetfluss, sodass zwischen Anker und Polkern eine Magnetkraft aufgebaut wird. Durch diese Magnetkraft wird eine Rückstellkraft der Rückstellfeder überwunden und die gekoppelte Hydraulik gesteuert. Durch ein Wegnehmen des elektrischen Stroms sinkt die Magnetkraft und die Rückstellkraft steuert die Hydraulik in die Ausgangsstellung.
  • Bislang wurde die Dynamik des Schaltventils auf den Betriebszustand ausgelegt, bei dem die schnellste Schaltcharakteristik im Betrieb benötigt wird. Dadurch werden jedoch die Impulskräfte zwischen den schaltenden Magnetbauteilen, nämlich dem Anker und dem Polkern, sehr hoch.
  • Das Schaltventil ist bislang so ausgelegt, dass sich in dem Arbeitspunkt, bei dem der maximale Luftspalt zwischen Anker und Polkern vorliegt, und bei dem sich ein Kräftegleichgewicht zwischen der Rückstellfeder und der Magnetkraft des Solenoiden einstellt, eine möglichst hohe Magnetflussdichte im Luftspalt zwischen Anker und Polkern einstellt, damit die bewegten Bauteile möglichst schnell zur Bewegung angeregt werden. Innerhalb des Bewegungsvorgangs werden die bewegten Bauteile dann durch die Magnetkraft weiter beschleunigt und der Luftspalt verringert sich. Im Zustand des minimalen Luftspalts ist die Magnetkraft dann maximal.
  • Die Impulskräfte sind von der Masse der bewegten Bauteile und von deren Geschwindigkeit abhängig. Bei hohen Impulskräften ist die Folge, dass zwischen den Bauteilen ein hoher Verschleiß auftreten kann und die Schallgeräusche im Betrieb sehr hoch sind. Geräusche treten nämlich bei jeder Änderung des Schaltzustandes auf, sowohl durch den Solenoiden selbst, als auch durch die Hydraulik. Es schlagen jeweils wenigstens zwei Bauteile aufeinander und erzeugen so Geräusche.
  • Beispielsweise wird ein solches Schaltventil als digitales Einlassventil an einer Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine verwendet. Die Schaltzeit eines solchen Einlassventils ist dabei so ausgelegt, dass es auch bei der höchsten Motordrehzahl der Brennkraftmaschine in der Lage ist, schnell zu schalten. Dies steht jedoch im Gegensatz zu dem Ziel, dass in einem anderen Betriebszustand der Brennkraftmaschine, nämlich im Motorleerlauf, keine nennenswerten Geräusche erzeugt werden sollten.
  • Bislang wurde das Schaltventil auf die Schaltzeit für den Betriebspunkt mit der höchsten Schaltdynamik ausgelegt. Es wurde versucht, Geräusche und Verschleiß für Bewegungen, die entgegen der Schaltrichtung des Schaltmagneten gerichtet sind, mit kurzzeitigen Stromimpulsen zur Erhöhung der Magnetkraft abzufangen. Es ist jedoch schwierig, Bewegungen in Schaltrichtung des Schaltventiles abzuschwächen.
  • Ein elektromagnetisches Schaltventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der Offenlegungsschrift US 2004/050978 A1 bekannt. Elektromagnetische Schaltventile mit einem Magnetflusskonzentrationsbereich, welcher durch eine Einschnürung am Polstückaußenumfang gebildet ist, sind ferner aus den Offenlegungsschriften DE 102 56 903 Al und DE 35 44 575 Al bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektromagnetisches Schaltventil mit einer verbesserten Schaltzeit und einer nochmals reduzierten Geräuschentwicklung 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 zum Schließen des Schaltventiles und einen Aktuatorbereich zum Bewegen des Schließelementes entlang einer Bewegungsachse auf. Der Aktuatorbereich weist einen entlang der Bewegungsachse beweglichen Anker, der zum Bewegen des Schließelementes mit dem Schließelement gekoppelt ist, ein feststehendes Polstück und einen Solenoiden zum Erzeugen eines Magnetflusses in dem Anker und dem Polstück auf. Das Polstück weist einen Magnetflusskonzentrationsbereich auf.
  • Dadurch, dass das Polstück einen Magnetflusskonzentrationsbereich aufweist, das heißt einen Bereich, in dem der von dem Solenoiden induzierte Magnetfluss konzentriert wird, wird in dem Polstück eine magnetische Drossel gebildet. Im Betrieb wird normalerweise der Solenoid solange mit Strom beaufschlagt, bis sich das Schließelement beginnt zu bewegen. Dies ist der sogenannte Arbeitspunkt. Auch nach Erreichen dieses Arbeitspunktes steigt normalerweise die Anregung durch den Solenoiden, da der Solenoid weiterhin mit einem steigenden Strom beaufschlagt wird. Trotz dieser steigenden Anregung durch den Solenoiden kommt der Magnetfluss im Bereich der magnetischen Drossel in dem Polstück nun in eine magnetische Sättigung, sodass die Beschleunigung des Ankers in Richtung auf das Polstück begrenzt wird. Dadurch wird die wirkende Magnetkraft im Ruhezustand und damit gleichzeitig das Kraftniveau im Betrieb reduziert.
  • Der Magnetflusskonzentrationsbereich ist durch eine Einschnürung in einem Polstückaußenumfang gebildet.
  • Dadurch reduziert sich der Polstückaußenumfang in dem Bereich der Einschnürung im Vergleich zum Rest des Polstückaußenumfanges, und die Magnetfeldlinien, die durch das Polstück hindurchfließen, müssen sich in diesem verengten Bereich den Raum teilen. Dadurch erfolgt eine Konzentration der Magnetfeldlinien und somit des Magnetflusses in diesem Bereich der Einschnürung des Polstückes. Durch diese Einschnürung wird dann die magnetische Drossel wie oben beschrieben gebildet.
  • Der Solenoid ist um das Polstück angeordnet. Dabei ist die Einschnürung entlang der Bewegungsachse auf Höhe des Solenoiden angeordnet. Dies führt dazu, dass eine besonders gute Konzentration des Magnetflusses, der von dem Solenoiden in dem Polstück erzeugt wird, erreicht werden kann.
  • Ein konstanter Ankeraußenumfang entspricht im Wesentlichen dem konstanten Polstückaußenumfang, das heißt dem größeren Au-βenumfang des Polstückes in dem Bereich, in dem es keine Einschnürung aufweist. Der Ankeraußenumfang weist in dem dem Polstück direkt benachbarten Ankerbereich einen Absatz auf, an dem der Ankeraußenumfang in einen reduzierten Ankeraußenumfang übergeht.
  • Das bedeutet, auch der Anker ist in seinem Außenumfang in einem Bereich reduziert, und zwar an einem Endbereich des Ankers, der direkt dem Polstück benachbart ist. Dadurch kann eine Magnetflusskonzentration auch in dem Anker erreicht werden, was zu einer verbesserten Schaltzeit des Schaltventiles führt. Auch die Masse des Ankers wird somit reduziert, was den mechanischen Impuls beim Einschlag des Ankers in das Polstück reduziert.
  • Vorzugsweise sind der Anker und das Polstück benachbart zueinander angeordnet. Vorteilhaft ist die Einschnürung dabei in einer dem Anker zugewandten Hälfte des Polstückes angeordnet. Besonders vorteilhaft beträgt dabei die Einschnürung wenigstens 1/5 einer Gesamtlänge des Polstückes entlang der Bewegungsachse.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung weist das Polstück außerhalb der Einschnürung einen konstanten Polstückaußenumfang auf, wobei der Polstückaußenumfang in dem Bereich der Einschnürung im Vergleich zu dem konstanten Bereich um wenigstens 1/4 reduziert ist. Demgemäß ist die Einschnürung in einer definierten Höhe in dem Polstück und mit einem definierten Durchmesser und einer definierten Länge angeordnet, um so eine definierte Magnetflusskonzentration in dem Polstück erreichen zu können.
  • Durch die Einschnürung stellen sich insgesamt die folgenden Effekte ein:
    Durch die Einschnürung wird nicht nur eine Magnetflusskonzentration in dem Polstück erreicht, sondern auch insgesamt die Masse des Polstückes reduziert. Außerdem wird die gewünschte Magnetkraft schneller als bislang erreicht, was mit einer Schaltzeitreduktion des Schaltventiles einhergeht. Gleichzeitig wird der Anker in der Bewegungsphase nicht so stark beschleunigt, wobei dennoch die Geschwindigkeit der bisher bekannten entspricht. Insgesamt wird die Gesamtschaltzeit reduziert und somit verbessert.
  • Vorzugsweise ist zwischen Anker und Polstück eine Rückstellfeder angeordnet, die sich in dem Polstück in einer Federausnehmung abstützt. Dabei ist die Federausnehmung durch Seitenwände einer Durchgangsbohrung in dem Polstück und durch Abstützwände definiert, an denen sich die Rückstellfeder abstützt. Die Einschnürung ist vorteilhaft entlang der Bewegungsachse auf Höhe dieser Federausnehmung angeordnet.
  • Dabei ist diese Einschnürung vollständig auf Höhe der Federausnehmung angeordnet und steht nicht über diese heraus. Dennoch ist es vorteilhaft, wenn sich die Einschnürung an dem Polstück nicht an einem Endbereich befindet, sondern von beiden Seiten von Bereichen begrenzt ist, die den konstanten und damit größeren Polstückaußenumfang aufweisen.
  • Dies sorgt dafür, dass vorteilhaft eine Polstückfläche, die dem Anker direkt benachbart gegenüberliegt, eine größtmögliche Ausdehnung aufweist, um so eine besonders gute magnetische Wechselwirkung mit dem Anker zu realisieren.
  • Der reduzierte Ankeraußenumfang beträgt dabei vorteilhaft maximal 3/4 des konstanten Ankeraußenumfangs.
  • Vorzugsweise beträgt der reduzierte Ankeraußenumfang entlang der Bewegungsachse im Wesentlichen die Hälfte einer Gesamtlänge des Ankers.
  • Somit ist auch bei dem Anker eine definierte Magnetflusskonzentration und somit eine definierte magnetische Drossel gebildet, die mit der magnetischen Drossel des Polstückes zusammenwirken kann.
  • Eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine weist vorteilhaft ein oben beschriebenes elektromagnetisches Schaltventil auf.
  • Dabei kann das Schaltventil beispielsweise als Einlassventil für die Kraftstoffhochdruckpumpe oder auch als Auslassventil gebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, das beschriebene Schaltventil als Druckregelventil vorzusehen, das beispielsweise an einem Common-Rail eines Kraftstoffeinspritzsystems angeordnet ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Übersichtsdarstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, das an verschiedenen Positionen ein elektromagnetisches Schaltventil aufweisen kann;
    Fig. 2
    eine Längsschnittdarstellung eines der Schaltventile aus Fig. 1 als Einlassventil an der Kraftstoffhochdruckpumpe in einer ersten Ausführungsform, die nicht durch die beanspruchte Erfindung abgedeckt ist;
    Fig. 3
    eine Längsschnittdarstellung des Schaltventils aus Fig. 2 mit im Betrieb wirkenden Magnetfeldlinien;
    Fig. 4
    eine Längsschnittdarstellung eines der Schaltventile aus Fig. 1 als Einlassventil an der Kraftstoffhochdruckpumpe in einer zweiten Ausführungsform, die nicht durch die beanspruchte Erfindung abgedeckt ist;
    Fig. 5
    eine Längsschnittdarstellung des Schaltventils aus Fig. 4 mit im Betrieb wirkenden Magnetfeldlinien; und
    Fig. 6
    ein Diagramm, das die im Betrieb wirkende Magnetkraft der Schaltventile aus Fig. 2 und Fig. 4 gegen die magnetische Anregung durch den Solenoiden darstellt.
  • 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 erste Ausführungsform, die nicht durch die beanspruchte Erfindung abgedeckt ist, eines solchen elektromagnetischen Schaltventiles 30 in einer Längsschnittdarstellung durch das elektromagnetische Schaltventil 30, das als Einlassventil 24 einer Kraftstoffhochdruckpumpe 18 ausgebildet ist.
  • Das elektromagnetische Schaltventil 30 ist 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.
  • In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform, die nicht durch die beanspruchte Erfindung abgedeckt ist, sind das Polstück 40 und der Anker 44 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 elektromagnetischen Schaltventil 30.
  • Der Anker 44 und das Polstück 40 sind direkt benachbart zueinander angeordnet, sodass eine Ankerfläche 54 und eine Polstückfläche 56 sich direkt gegenüberliegen.
  • Es ist eine Rückstellfeder 58 zwischen dem Anker 44 und dem Polstück 40 angeordnet, um Anker 44 und Polstück 40 auf Abstand zu halten und somit einen Luftspalt 60 zu erzeugen.
  • Der Anker 44 ist mit einem Betätigungsstift 62 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 62 das Schließelement 48 von dem Ventilsitz 46 weg oder hat keinen Kontakt zu dem Schließelement 48, sodass dieses sich, wenn von der gegenüberliegenden Seite eine Kraft wirkt, auf den Ventilsitz 46 zu bewegen und somit das Schaltventil 30 schließen kann.
  • In bestromtem Zustand des elektromagnetischen Schaltventiles 30 erzeugt der Solenoid 42 ein Magnetfeld in dem elektromagnetischen Schaltventil 30, das in Fig. 3 durch Magnetfeldlinien 64 dargestellt ist. Wie in Fig. 3 zu sehen ist, ist dabei der Magnetfluss der Magnetfeldlinien 64 in allen direkt zu dem Solenoiden 52 benachbarten metallischen/magnetischen Elementen angeordnet, insbesondere in dem Polstück 40 und in dem Anker 44. Dadurch entsteht eine magnetische Anziehungskraft zwischen Polstück 40 und Anker 44, und der Anker 44 wird mit seiner Ankerfläche 54 in Richtung auf die Polstückfläche 56 des Polstückes 40 gezogen. Dabei nimmt der Anker 44 den Betätigungsstift 62 mit, sodass dieser den Kontakt mit dem Schließelement 48 verliert, und das Schließelement 48 so auf den Ventilsitz 46 zurückkehren kann. Da der Anker 44 sich bei eingeschaltetem Solenoiden 52 auf das Polstück 40 zu bewegt, ist der Luftspalt 60 im eingeschalteten Zustand minimal.
  • Im ausgeschalteten Zustand dagegen drückt die Rückstellfeder 58 den Anker 44 wieder von dem Polstück 40 weg, da eine Rückstellkraft der Rückstellfeder 58 entgegen der Magnetkraft wirkt. Der Luftspalt 60 wird maximal und der Betätigungsstift 62 wieder auf das Schließelement 48 gedrückt, sodass das Schließelement 48 vom Ventilsitz 46 abhebt und das elektromagnetische Schaltventil 30 öffnet.
  • In der in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Ausführungsform, die nicht durch die beanspruchte Erfindung abgedeckt ist, ist zu sehen, dass der Anker 44 einen Magnetflusskonzentrationsbereich 66 aufweist, das heißt einen Bereich, in dem die Magnetfeldlinien auf einer verringerten Querschnittfläche durch den Anker 44 geführt werden, sodass sie sich konzentrieren müssen.
  • Der Magnetflusskonzentrationsbereich 66 ist dadurch gebildet, dass ein Ankeraußenumfang UA einen Absatz 68 aufweist, sodass sich ein erster Ankeraußenumfang UA1 und ein zweiter Ankerau-βenumfang UA2 bilden, die unterschiedlich zueinander sind, wobei der erste Ankeraußenumfang UA1 kleiner ist als der zweite Ankeraußenumfang UA2.
  • Es ist zu sehen, dass der Anker 44 den ersten Ankeraußenumfang UA1 in dem Bereich aufweist, in dem der Anker 44 direkt benachbart zu dem Polstück 40 zugeordnet ist, das heißt an seinem oberen Endbereich 70.
  • Der erste Ankeraußenumfang UA1 beträgt dabei maximal 3/4 des zweiten Ankeraußenumfangs UA2. Außerdem beträgt eine Länge des ersten Ankeraußenumfangs UA1 entlang der Bewegungsachse 42 im Wesentlichen die Hälfte einer Gesamtlänge LA des Ankers 44. Durch diese Anordnung des reduzierten ersten Ankeraußenumfanges UA1 kann eine gezielte magnetische Drossel in dem Anker 44 erzeugt werden, um die oben beschriebenen Vorteile zu erreichen. Der Verlauf der Magnetfeldlinien 64 ist dabei in Fig. 3 gezeigt, wobei zu sehen ist, dass die Magnetfeldlinien 64 sich in dem Bereich, in dem der Ankeraußenumfang UA reduziert ist, konzentrieren, sodass sich hier insgesamt der Magnetfluss konzentriert.
  • Aus Fig. 2 geht weiter hervor, dass die Ankerfläche 54, die zu dem Polstück 40 gewandt ist, an dem oberen Endbereich 70 kleiner ist als die Polstückfläche 56, die zu dem Anker 44 hin gerichtet angeordnet ist. Dabei macht die Ankerfläche 54 etwa die Hälfte der Polstückfläche 56 aus.
  • Die beiden sich gegenüberliegenden Flächen, nämlich die Ankerfläche 54 und die Polstückfläche 56, sind die Flächen, die die Magnetkraft zwischen Anker 44 und Polstück 40 erzeugen.
  • Bei der herkömmlichen Auslegung, das heißt, wenn der Anker 44 einen konstanten Ankeraußenumfang UA aufweist, stellt sich eine Magnetflussdichte ein, die an der Ankerfläche 54 und an der Polstückfläche 56 wertmäßig etwa im gleichen Bereich liegt. Nun sind die Ankerfläche 54 und die Polstückfläche 56 jedoch unterschiedlich groß ausgebildet, sodass der Magnetfluss kurz nachdem die Magnetkraft des Solenoiden 52 die Rückstellkraft der Rückstellfeder 58 überdrückt hat, in Sättigung kommt, wie später mit Bezug auf Fig. 6 erläutert wird.
  • Fig. 4 und Fig. 5 zeigen eine zweite Ausführungsform, die nicht durch die beanspruchte Erfindung abgedeckt ist, des elektromagnetischen Schaltventiles 30, bei der die magnetische Drossel durch Vorsehen des Magnetflusskonzentrationsbereiches 66 nicht in dem Anker 44 wie in der ersten Ausführungsform, sondern in dem Polstück 40 vorgesehen ist.
  • Es ist jedoch auch möglich, beide Ausführungsformen zu kombinieren, sodass sowohl der Anker 44 als auch das Polstück 40 jeweils einen Magnetflusskonzentrationsbereich 66 und somit eine magnetische Drossel bilden.
  • Der Magnetflusskonzentrationsbereich 66 in der zweiten Ausführungsform, die nicht durch die beanspruchte Erfindung abgedeckt ist, ist durch eine Einschnürung 72 in dem Polstück 4C gebildet, sodass ein Polstückaußenumfang Up, der ansonsten über die Bewegungsachse 42 konstant ist, sich in dem Bereich der Einschnürung 72 reduziert.
  • Die Einschnürung 72 ist in einer Hälfte 74 des Polstückes 40 angeordnet, die dem Anker 44 zugewandt angeordnet ist, jedoch nicht, wie beim Anker 44 in der ersten Ausführungsform, die nicht durch die beanspruchte Erfindung abgedeckt ist, an einem Endbereich, sondern zu einem Polstückendbereich 76 beabstandet. Dadurch wird erreicht, dass dort, wo die Polstückfläche 56 benachbart zu der Ankerfläche 54 ist, die maximale Magnetkraft von dem Polstück 40 auf den Anker 44 wirken kann, um den Anker 44 in Richtung auf das Polstück 40 zu ziehen.
  • Die Einschnürung 72 hat eine Länge, die wenigstens 1/5 einer Länge Lp des Polstückes 40 entlang der Bewegungsachse 42 entspricht. Der Polstückaußenumfang Up ist im Bereich der Einschnürung 72 um wenigstens 1/4 im Vergleich zu dem konstanten Polstückaußenumfang Up außerhalb der Einschnürung 72 reduziert.
  • Wie in Fig. 4, Fig. 5, aber auch in Fig. 2 und Fig. 3, zu sehen ist, ist die Rückstellfeder 58 so angeordnet, dass sie sich innerhalb des Polstückes 40 abstützt. Dazu weist das Polstück 40 eine Durchgangsbohrung 78 auf, die sich in einem unteren Polstückendbereich 78, der zu dem Anker 44 hin gewandt angeordnet ist, erweitert, um eine Federausnehmung 82 zu bilden. Die Federausnehmung 82 ist dabei durch Seitenwände 84 der Durchgangsbohrung 78 und durch Abstützwände 68 definiert, die sich durch die Erweiterung der Durchgangsbohrung 78 im Polstückendbereich 78 bilden. An diesen Abstützwänden 68 stützt sich dann die Rückstellfeder 58 ab.
  • Wie in Fig. 4 zu sehen ist, ist die Einschnürung 72 entlang der Bewegungsachse 42 auf Höhe der Federausnehmung 82 gebildet, und zwar insbesondere so, dass sie nicht über die Federausnehmung 82 hinausragt. Dadurch kann die Magnetflusskonzentration insbesondere in dem Bereich der Rückstellfeder 58 erzielt werden, das heißt dort, wo auch die Rückstellkraft der Rückstellfeder 58 wirkt.
  • Weiter ist zu sehen, dass sich die Einschnürung 72 vorteilhaft auch auf Höhe des Solenoiden 52 entlang der Bewegungsachse 42 befindet.
  • In Fig. 5 ist der Verlauf der Magnetfeldlinien 64 in dem Polstück 40 dargestellt, wobei zu sehen ist, dass sich im Bereich der Einschnürung 72 die Magnetfeldlinien 64 konzentrieren, und somit eine Magnetflusskonzentration in dem Polstück 40 erzeugt werden kann. Damit kann auch die mit Bezug auf die erste Ausführungsform in dem Anker 44 erzeugte magnetische Drossel in dem Polstück 40 erzeugt werden.
  • Die Wirkungsweise der magnetischen Drosseln im Anker 44 und/oder Polstück 40 werden nachfolgend mit Bezug auf Fig. 6 erläutert.
  • Fig. 6 zeigt ein Diagramm, das die durch den Solenoiden 52 erzeugte Magnetkraft bzw. den wirkenden Magnetfluss in dem Anker 44 bzw. dem Polstück 40 gegen die magnetische Anregung durch den Solenoiden 52 darstellt.
  • Die gestrichelten Linien entsprechen der wirkenden Magnetkraft bei einer bekannten Anordnung, bei der der Anker 44 bzw. das Polstück 40 keinen Magnetflusskonzentrationsbereich 66 aufweisen. Die durchgezogenen Linien dagegen zeigen die wirkende Magnetkraft bei einer Ausbildung des Ankers 44 bzw. des Polstücks 40 mit Magnetflusskonzentration.
  • Die waagrechte Linie in dem Diagramm zeigt die von dem Solenoiden 52 zu erzeugende Magnetkraft an, die nötig ist, um die Rückstellkraft der Rückstellfeder 58 zu überdrücken, sodass sich der Anker 44 in Bewegung setzt.
  • Die beiden Linien, die den Anschaltvorgang des Schaltventiles 30 darstellen, sind dabei mit "AN" gekennzeichnet.
  • Die beiden Linien, die den Ausschaltvorgang des Schaltventiles 30 darstellen, sind dabei mit "AUS" gekennzeichnet.
  • Insgesamt zeigt das Diagramm daher jeweils einen Teilbereich einer Hysterese, die beim Betrieb des Schaltventiles 30 auftritt.
  • Es ist aus dem Diagramm zu entnehmen, dass beim Ausschalten bei fehlender magnetischer Drosselung in dem Anker 44/dem Polstück 40 die Magnetkraft nach Überdrücken der Rückstellkraft weiter stark ansteigt und kaum in ein Sättigungsbereich gelangt. Dagegen ist zu sehen, dass, wenn eine magnetische Drosselung am Anker 44/am Polstück 40 vorliegt, kurz nach Überdrücken der Rückstellkraft der Rückstellfeder 58 die Magnetkraft in einen Sättigungsbereich kommt und nicht weiter ansteigt. Bewirkt wird somit eine verringerte Beschleunigung des Ankers 44 in der Bewegungsphase, sodass dann auch der Impuls beim Einschlag des Ankers 44 in das Polstück 40 reduziert ist. Die Geräuschentwicklung beim Anschalten des Schaltventiles 30 kann somit deutlich reduziert werden.
  • Beim Ausschalten ist zu erkennen, dass die Magnetkraft bei vorliegender magnetischer Drossel im Anker 44/im Polstück 40 früher zu dem Punkt zurückkehrt, zu dem sich das Kräftegleichgewicht mit der Rückstellkraft der Rückstellfeder 58 einstellt, als dies der Fall ist, wenn die magnetische Drossel nicht vorliegt.
  • Das bedeutet, der Ausschaltvorgang des Schaltventiles 30 ist schneller als dies bisher der Fall war. Dadurch wird die Gesamtschaltzeit des Schaltventiles 30 deutlich reduziert und somit verbessert zum Stand der Technik.
  • Zwar wird auch insgesamt, wie aus dem Diagramm in Fig. 6 zu sehen ist, die Magnetkraft durch die magnetische Drossel reduziert, dies kann jedoch durch entsprechende Wickelparameter in dem Solenoiden 52 ausgeglichen werden, wenn hier ein Bedarf besteht. Es wäre auch möglich, dies über den elektrischen Widerstand, der den Strom in den Solenoiden 52 beeinflusst, nachzujustieren.

Claims (7)

  1. Elektromagnetisches Schaltventil (30) für ein Kraftstoffeinspritzsystem (10) einer Brennkraftmaschine, aufweisend:
    - einen Ventilbereich (36) mit einem Schließelement (48) zum Schließen des Schaltventiles (30); und
    - einen Aktuatorbereich (38) zum Bewegen des Schlie-βelementes (48) entlang einer Bewegungsachse (42);
    wobei der Aktuatorbereich (38) einen entlang der Bewegungsachse (42) beweglichen Anker (44), der zum Bewegen des Schließelementes (48) mit dem Schließelement (48) gekoppelt ist, ein feststehendes Polstück (40) und einen Solenoiden (52) zum Erzeugen eines Magnetflusses in dem Anker (44) und dem Polstück (40) aufweist, wobei das Polstück (40) einen Magnetflusskonzentrationsbereich (66) aufweist, in dem ein Magnetfluss sättigbar ist, wobei der Magnetflusskonzentrationsbereich (66) durch eine Einschnürung (72) in einem Polstückaußenumfang (Up) gebildet ist, wobei der Solenoid (52) um das Polstück (40) angeordnet ist, wobei die Einschnürung (72) entlang der Bewegungsachse (42) auf Höhe des Solenoiden (52) angeordnet ist, wobei ein konstanter Ankeraußenumfang (UA) im Wesentlichen dem konstanten Polstückau-βenumfang (Up) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankeraußenumfang (UA) in dem dem Polstück (40) direkt benachbarten Ankerbereich einen Absatz (68) aufweist, an dem der Ankeraußenumfang (UA2) in einen reduzierten Ankeraußenumfang (UA1 ) übergeht.
  2. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (44) und das Polstück (40) benachbart zueinander angeordnet sind, wobei die Einschnürung (72) in einer dem Anker (44) zugewandten Hälfte (74) des Polstückes (40) angeordnet ist, wobei die Einschnürung (72) insbesondere wenigstens 1/5 einer Gesamtlänge (Lp) des Polstückes (40) entlang der Bewegungsachse (42) beträgt.
  3. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Polstück (40) außerhalb der Einschnürung (72) einen konstanten Polstückaußenumfang (Up) aufweist, wobei der Polstückaußenumfang (Up) im Bereich der Einschnürung (72) um wenigstens 1/4 reduziert ist.
  4. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Anker (44) und Polstück (40) eine Rückstellfeder (58) angeordnet ist, die sich in dem Polstück (40) in einer Federausnehmung (82) abstützt, wobei die Federausnehmung (82) durch Seitenwände (84) einer Durchgangsbohrung (78) in dem Polstück (40) und durch Abstützwände (86) definiert ist, an denen sich die Rückstellfeder (58) abstützt, wobei die Einschnürung (72) entlang der Bewegungsachse (42) auf Höhe der Federausnehmung (82) angeordnet ist.
  5. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass der reduzierte Ankeraußenumfang (UA1) maximal 3/4 des konstanten Ankeraußenumfangs (UA2) beträgt.
  6. Elektromagnetisches Schaltventil (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der reduzierte Ankeraußenumfang (UA1) entlang der Bewegungsachse (42) im Wesentlichen die Hälfte (74) einer Gesamtlänge (LA) des Ankers (44) beträgt.
  7. Kraftstoffhochdruckpumpe (18) für ein Kraftstoffeinspritzsystem (10) einer Brennkraftmaschine, aufweisend ein elektromagnetisches Schaltventil (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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