EP3559437A1 - Ventil zum zumessen eines fluids - Google Patents

Ventil zum zumessen eines fluids

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EP3559437A1
EP3559437A1 EP17786914.6A EP17786914A EP3559437A1 EP 3559437 A1 EP3559437 A1 EP 3559437A1 EP 17786914 A EP17786914 A EP 17786914A EP 3559437 A1 EP3559437 A1 EP 3559437A1
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EP
European Patent Office
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armature
spring
valve
length
valve needle
Prior art date
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EP17786914.6A
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English (en)
French (fr)
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EP3559437B1 (de
Inventor
Christian Suenkel
Stefan Cerny
Joerg Abel
Marcel Behringer
Murat Ucal
Andreas Glaser
Matthias Boee
Frank Mueller
Axel Heinstein
Norbert Redlich
Martin Buehner
Peter Schramm
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Publication of EP3559437A1 publication Critical patent/EP3559437A1/de
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    • F02M63/007—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059
    • F02M63/0075—Stop members in valves, e.g. plates or disks limiting the movement of armature, valve or spring

Definitions

  • the invention relates to a valve for metering a fluid, in particular a
  • a valve for metering fluid is known.
  • the known valve has an electromagnet for actuating a valve needle controlling an orifice.
  • the electromagnet is used to operate one on one
  • Valve needle movable anchor has a valve needle adjacent to the bore, which forms a spring receptacle for a Vorhubfeder.
  • This embodiment has the disadvantage that a guide between the anchor and the
  • valve according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that an improved design and operation are possible.
  • an improved guide between the armature and the valve needle and the valve needle along a longitudinal axis of the housing can be realized.
  • valve for metering the fluid serving as armature armature is not fixedly connected to the valve needle, but mounted between stops flying.
  • a stop may be formed on a stop element, which can be realized as a stop sleeve and / or stop ring.
  • the stop element can also be formed integrally with the valve needle.
  • the anchor is in
  • Hibernation adjusted to a relative to the valve needle stationary stop, so that the armature rests there.
  • the complete armature free travel is then available as an acceleration section, whereby the spring is shortened during acceleration.
  • the Ankerokweg can be specified via the axial clearance between the anchor and the two stops.
  • Pen holder is. This makes it possible, for example, that the spring seat directly adjacent to the valve needle.
  • Advantageous embodiments of this guide extension and the anchor are specified in claim 4. As a result, in particular a robust design is possible in which the guide extension can absorb impact forces.
  • the development according to claim 5 has the advantage that the guide extension can be formed in particular with an outer diameter within
  • Mouth openings of through openings of the armature is located, which serve for passing a fluid through the armature. This has a favorable effect on the operating behavior.
  • the development according to claim 6 has the advantage that a guide can be realized, which is just as good or even better than an anchor without spring retainer.
  • the development according to claim 7 has the advantage that the spring can dip completely into the spring receptacle during actuation, so that an optimal compromise can be achieved with respect to several disadvantages of a conventional design.
  • the disadvantages of a conventional embodiment relate to the first manufacturability, cost and installation, if an embodiment is realized without spring receiving, in which an additional component for receiving the spring and its connection to the Anchor is required.
  • a third disadvantage relates to a magnetic short circuit across the spring and the consequent loss of magnetic force, resulting in a slower force build-up and a lower holding force in the open state. This usually applies to the magnetic spring steels used, which constitute a bypass for the magnetic flux between the armature and the inner pole.
  • a fourth disadvantage relates to the smaller contact surface between the armature and a stop ring in a variant in which the stop ring is immersed in the spring receptacle formed on the armature. This can cause increased wear and reduced hydraulic damping.
  • a lever arm between the upper needle guide and the anchor may arise, which in particular relates to the above-mentioned embodiment, in which the stop ring is immersed in the spring receptacle.
  • a sixth possible disadvantage concerns embodiments in which a large spring diameter is needed. Due to the limited radial space then lower spring forces can be realized, which is bad for a fast anchor calming after the first injection, especially with respect to multiple injections. For the same spring force means a larger spring diameter also has a greater tilting moment on the armature, which is also disadvantageous for the injector function and in particular may have a tilted anchor stop result.
  • Disadvantage relates to the risk of buckling of the spring under load and the consequent contact of the inner pole and / or the stop ring due to a relatively long
  • Undefined friction which in addition to a possible wear and the formation of particles has significant variations in the injection behavior.
  • the stop element can be made of a non-magnetic material, whereby it can separate the inner pole from a magnetic point of view of the anchor.
  • the lever arm can be kept short.
  • Both a pole face and a stop surface between the armature and the stop element, in particular stop ring, can be chosen to be sufficiently large.
  • a relatively small Inner diameter of the spring can be realized so that relatively high spring forces can be achieved even with a comparatively thin wire thickness of the spring.
  • the spring can also be designed to be relatively short, so that the risk of bulging and a corresponding wear occurring is reduced and an in this regard initiated on the anchor tilting moment remains within reasonable limits.
  • Housing can be achieved. Furthermore, in a further possible embodiment, an annular gap between the armature and the housing can be minimized. In terms of predetermined housing dimensions, this results in a fast power and a large holding power.
  • Spring receptacle can also be designed to be larger the inner pole facing end side of the armature than when separate through holes are realized.
  • Flow cross-section can be increased disproportionately to the consequent reduction in the area of the front side of the armature.
  • the development according to claim 10 has the advantage that an advantageous fuel flow in the region of the stop element can be achieved without the inner bore of the inner pole has to be increased.
  • FIG. 1 shows a valve in an excerpt, schematic sectional view according to a first embodiment.
  • FIG. 2 shows a valve in an excerpt, schematic sectional view according to a second embodiment.
  • Fig. 1 shows a valve 1 for metering a fluid in an extract
  • the valve 1 has a housing (valve housing) 2, in which a stationary inner pole 3 is arranged. Through the housing 2, a longitudinal axis 4 is determined here as
  • Reverence for guiding a arranged within the housing 2 valve needle 5 is used. This means that during operation, an alignment of the valve needle 5 along the longitudinal axis 4 should take place.
  • an armature (armature) 6 is arranged at the valve needle 5.
  • a stop element 7 and a further stop element 8 are also arranged.
  • stops 7 ', 8' are formed at the stop elements 7, 8 stops 7 ', 8'.
  • the armature 6 can in this case be moved during an actuation between the stop elements 7, 8, wherein a
  • Ankerokweg 9 is specified.
  • the armature 6, the inner pole 3 and a solenoid, not shown, are components of an electromagnetic actuator 10th
  • valve closing body 11 On the valve needle 5, a valve closing body 11 is formed, which cooperates with a valve seat surface 12 to a sealing seat. Upon actuation of the armature 6, this is in
  • the valve 1 has a return spring 14, which the valve needle 5 via the
  • Stop element 7 adjusted to its initial position in which the sealing seat is closed.
  • the armature 6 is based on a cylindrical basic shape 20 with a through hole 21, wherein the armature 6 is guided on the through hole 21 on the valve needle 5.
  • the basic shape 20 of the armature 6 has a length L between an end face 22 facing the inner pole 3 and an end face 23 facing away from the inner pole 3.
  • the armature 6 has a spring receptacle 25.
  • the spring receptacle 25 is in this case opened at the end face 22 of the armature 6.
  • the spring receptacle 25 has along the longitudinal axis 4 a length f between the end face 22 and a spring support surface 26 of the armature 6.
  • the spring support surface 26 in this case represents the bottom 26 of the spring seat 25.
  • Spring seat 25 arranged spring 27 on a spring length F.
  • the spring length F is thus the spring length F of the spring 27 in the unactuated initial state.
  • the spring 27 is supported on the one hand on the spring support surface 26 of the armature 6 and on the other hand on the stop 7 'of the stopper 7 from.
  • the spring length F is greater than the length f of
  • a guide web 28 is formed in this embodiment.
  • the armature 6 has a (shortened) length I along the longitudinal axis 4. Without the guide bar 28, only this shortened length I would be available as a guide length.
  • the length I is extended by the length s of the guide web 28 along the longitudinal axis 4.
  • the length s of the guide web 28 is preferably the same size or even greater than that
  • Length f of the spring seat 25 is selected.
  • the guide length I + s of the armature 6 on the valve needle 5 is equal to or even greater than the length L of the armature 6 between its end faces 22, 23.
  • Housing 2 results in this embodiment via the stop element. 7
  • the stop element 7 is guided in a guide region 30 on an inner bore 31 of the inner pole 3. Possible embodiments of the stop element 7, which allow an advantageous passage of the fluid, in particular fuel, are described with reference to FIGS. 5 to 8.
  • an annular gap 34 results between an outer side 32 of the armature 6 and an inner side 33 of the housing 2.
  • the guidance of the valve needle 5 can additionally or alternatively also be realized via the armature 6.
  • the outer side 32 of the armature 6 extends at least partially up to the inner side 33 of the housing 2. In this case
  • valve needle 5 along the longitudinal axis 4 can be realized.
  • Fig. 2 shows a valve 1 in an excerptive, schematic sectional view according to a second embodiment.
  • a guide extension 40 is provided.
  • the guide extension 40 has a length s' along the longitudinal axis 4, around which the guide of the armature 6 on the valve needle 5 extends. This means that in this embodiment, the guide length s' + I along the longitudinal axis 4 between the armature 6 and the valve needle 5 is realized.
  • the spring seat 25 directly adjacent to the valve needle 5.
  • This facilitates, in particular, the production of the armature 6, since the spring receiver 25 can be realized by a cylindrical recess aligned with the longitudinal axis 4.
  • shortened length I is available directly to the basic shape 20 of the armature 6. This shortened length I is thereby extended to a certain extent via the guide extension 40 by the length s'.
  • the length s ' may be predetermined so that the guide length s' + I is equal to or even greater than the length L of the armature 6 between its end faces 22, 23.
  • the guide extension 40 is designed sleeve-shaped. This means that an outer diameter 41 on the guide extension 40 is chosen to be significantly smaller than an outer diameter 42 on the outer side 32 of the armature 6.
  • the spring 27 in this embodiment with beveled spring ends 43, 44 configured. This results in an even better edition. Furthermore, reduced wear and a more uniform introduction of force on the one hand into the armature 6 on the spring support surface 26 and on the other hand on the stop T of the stop element 7.
  • 3 and 4 show possible embodiments of the armature 6 of the valve 1 from the viewing direction indicated in Fig. 1 with III, wherein for better understanding, the valve needle 5 is shown as a sectional area.
  • the end face 22 is divided into partial surfaces 22A and 22B, between which the spring receiver 25 is provided. Further, passage openings 51 to 54 are provided, which are configured in this embodiment as through holes 51 to 54 of circular cross-section. This results in intersections between the through holes 51 to 54 and the spring seat 25.
  • Total area of the end face 22, which is composed of the partial surfaces 22A, 22B, is further reduced. This has a favorable effect on the control behavior during actuation of the armature 6, since both a large magnetic force and a reduced hydraulic throttling result.
  • Fig. 5 to 8 show possible embodiments of the stop element 7 of the valve 1 against the direction of view designated in Fig. 1 with III, wherein the valve needle 5 is shown in section for the purpose of illustration.
  • a support portion 60 is predetermined for the spring 27.
  • the support portion 60 is bounded radially outwardly by an interrupted line 60A.
  • the support portion 60 is bounded radially inwardly by an interrupted line 60I.
  • the support portion 60 serves as the structurally given support portion 60 in which the selected spring 27 is to be supported.
  • the embodiments preferably relate to an application in which a guide between the stop element 7 and the inner pole 3 is realized, as illustrated for example in FIG. 1.
  • depressions 61 to 64 are provided.
  • hollow cylindrical basic shape 65 characterized by an outer diameter D. is to be modified by such recesses 61 to 64. This results in both the possibility of a guide on the outer diameter D and a
  • the recesses 61 to 64 are here designed so that they are considered from the longitudinal axis 4 from a maximum of up to a diameter d. This means that from the valve needle 5 to the diameter d an annular surface 66 remains.
  • the diameter d is set to be between the outer line 60A and the inner line 601.
  • the spring 27 also lies at least partially in the region of the depressions 61 to 64, namely at least on the annular surface 66, against the support region 60. This results in a compromise between a good contact of the spring 27 on the support portion 60 and the largest possible recesses 61 to 64 and at the same time the possibility of a guide on the outer diameter D.
  • FIGS. 5 to 8 show various possibilities, the depressions 61 to 64
  • Fig. 5 as an intersection with cylinder bores
  • Fig. 6 as intersections with rectangular cutouts
  • Fig. 7 as an intersection with flats.
  • the flow cross-section can be formed by ring segments.

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Abstract

Ein Ventil (1) zum Zumessen eines Fluids, das insbesondere als Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen dient, umfasst einen elektromagnetischen Aktuator (10) und eine von dem Aktuator (10) betätigbare Ventilnadel (5), wobei an der Ventilnadel (5) ein Anker (6) des Aktuators (10) geführt ist, wobei an der Ventilnadel (5) ein Anschlagelement (7) angeordnet ist, das eine Bewegung des Ankers (6) relativ zu der Ventilnadel (5) begrenzt und wobei der Anker (6) eine zu dem Anschlagelement (7) hin offene Federaufnahme (27) aufweist, in die eine an dem Anschlagelement (7) abgestützte Feder (27) eingesetzt ist. Hierbei ist die Ventilnadel (5) über den Anker (6) und/oder das Anschlagelement (7) entlang einer Längsachse (4) eines Gehäuses (2) geführt. Ferner ist entlang der Längsachse (4) betrachtet eine Länge (f) der Federaufnahme (25) kleiner als eine Federlänge (F) der Feder im unbetätigten Ausgangszustand.

Description

Beschreibung Titel
Ventil zum Zumessen eines Fluids Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Zumessen eines Fluids, insbesondere ein
Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von Kraftfahrzeugen, bei denen vorzugsweise eine direkte Einspritzung von Brennstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine erfolgt.
Aus der DE 10 2013 222 613 A1 ist ein Ventil zum Zumessen von Fluid bekannt. Das bekannte Ventil weist einen Elektromagneten zum Betätigen einer eine Zumessöffnung steuernden Ventilnadel auf. Der Elektromagnet dient zum Betätigen eines auf einer
Ventilnadel verschiebbaren Ankers. Hierbei weist der Anker eine an die Ventilnadel angrenzende Bohrung auf, die eine Federaufnahme für eine Vorhubfeder bildet. Diese Ausgestaltung hat den Nachteil, dass eine Führung zwischen dem Anker und der
Ventilnadel nur über eine kurze Führungslänge realisiert ist. Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise ermöglicht sind. Insbesondere kann eine verbesserte Führung zwischen dem Anker und der Ventilnadel sowie der Ventilnadel entlang einer Längsachse des Gehäuses realisiert werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich. Bei dem Ventil zum Zumessen des Fluids ist der als Magnetanker dienende Anker nicht fest mit der Ventilnadel verbunden, sondern zwischen Anschlägen fliegend gelagert. Solch ein Anschlag kann an einem Anschlagelement ausgebildet sein, das als Anschlaghülse und/oder Anschlagring realisiert werden kann. Das Anschlagelement kann allerdings auch einstückig mit der Ventilnadel ausgebildet sein. Über eine Feder wird der Anker im
Ruhezustand an einen bezüglich der Ventilnadel ortsfesten Anschlag verstellt, so dass der Anker dort anliegt. Bei der Ansteuerung des Ventils steht dann der komplette Ankerfreiweg als Beschleunigungsstrecke zur Verfügung, wobei die Feder während der Beschleunigung verkürzt wird. Der Ankerfreiweg kann über das axiale Spiel zwischen dem Anker und den beiden Anschlägen vorgegeben werden.
Die Weiterbildung nach Anspruch 2 hat den Vorteil, dass die Führungslänge zwischen dem Anker und der Ventilnadel vergrößert ist. Beispielsweise kann der Anker an seiner
Außenseite in dem Ventilgehäuse entlang der Längsachse geführt sein. Dann verbessert sich über die vergrößerte Führungslänge zwischen dem Anker und der Ventilnadel entsprechend die Führung der Ventilnadel entlang der Längsachse. Bei einer
Ausgestaltung, bei der die Ventilnadel über das Anschlagelement beispielsweise an einem ortsfest im Gehäuse angeordneten Innenpol geführt ist, ergibt sich entsprechend eine verbesserte Führung des Ankers relativ zu dem Gehäuse.
Die Weiterbildung nach Anspruch 3 hat den Vorteil, dass eine zusätzliche Verlängerung der Führungslänge erzielt werden kann, die unabhängig von der Ausgestaltung der
Federaufnahme ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass die Federaufnahme direkt an die Ventilnadel angrenzt. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Führungsverlängerung und des Ankers sind im Anspruch 4 angegeben. Hierdurch ist insbesondere eine robuste Ausgestaltung möglich, bei der die Führungsverlängerung Anschlagkräfte aufnehmen kann.
Die Weiterbildung nach Anspruch 5 hat den Vorteil, dass die Führungsverlängerung insbesondere mit einem Außendurchmesser ausgebildet werden kann, der innerhalb von
Mündungsöffnungen von Durchgangsöffnungen des Ankers liegt, die zum Durchleiten eines Fluids durch den Anker dienen. Dies wirkt sich günstig auf das Betriebsverhalten aus.
Die Weiterbildung nach Anspruch 6 hat den Vorteil, dass sich eine Führung realisieren lässt, die genauso gut oder sogar besser als bei einem Anker ohne Federaufnahme ist.
Die Weiterbildung nach Anspruch 7 hat den Vorteil, dass die Feder bei der Betätigung ganz in die Federaufnahme eintauchen kann, so dass ein optimaler Kompromiss in Bezug auf mehrere Nachteile einer herkömmlichen Ausgestaltung erzielt werden kann.
Die Nachteile einer herkömmlichen Ausgestaltung betreffen zum Ersten die Herstellbarkeit, die Kosten und die Montage, wenn eine Ausgestaltung ohne Federaufnahme realisiert wird, bei der ein zusätzliches Bauteil zur Aufnahme der Feder sowie deren Anbindung an den Anker erforderlich ist. Zum Zweiten ergeben sich Nachteile, wenn eine Polfläche zwischen dem Anker und dem Innenpol reduziert ist, da dann eine geringere Magnetkraft auftritt. Dies betrifft speziell eine mögliche Ausgestaltung, bei der am Innenpol eine Stufenbohrung ausgestaltet wird, um Platz für eine Feder zu schaffen.
Ein dritter Nachteil betrifft einen magnetischen Kurzschluss über die Feder und den damit verbundenen Verlust von Magnetkraft, was einen langsameren Kraftaufbau und eine geringere Haltekraft im geöffneten Zustand zur Folge hat. Dies betrifft in der Regel die eingesetzten magnetischen Federstähle, die einen Bypass für den magnetischen Fluss zwischen dem Anker und dem Innenpol darstellen. Ein vierter Nachteil betrifft die geringere Kontaktfläche zwischen dem Anker und einem Anschlagring bei einer Variante, bei der der Anschlagring in die an dem Anker ausgebildete Federaufnahme eintaucht. Dies kann einen erhöhten Verschleiß sowie eine reduzierte hydraulische Dämpfung bedingen. Bei einem fünften Nachteil kann sich ein Hebelarm zwischen der oberen Nadelführung und dem Anker ergeben, was insbesondere die obengenannte Ausgestaltung betrifft, bei der der Anschlagring in die Federaufnahme eintaucht. Dies kann eine große Nadeldurchbiegung zur Folge haben, was zu erhöhtem Verschleiß, einem schiefen Anschlagen und dergleichen führt. Ein sechster möglicher Nachteil betrifft Ausgestaltungen, bei denen ein großer Federdurchmesser nötig wird. Aufgrund des begrenzten radialen Bauraums sind dann geringere Federkräfte realisierbar, was schlecht für eine schnelle Ankerberuhigung nach der ersten Einspritzung, insbesondere in Bezug auf Mehrfacheinspritzungen, ist. Bei gleicher Federkraft bedeutet ein größerer Federdurchmesser außerdem ein größeres Kippmoment auf den Anker, was für die Injektorfunktion ebenfalls nachteilig ist und insbesondere einen verkippten Ankeranschlag zur Folge haben kann. Ein siebter und letzter
Nachteil betrifft die Gefahr des Ausbeulens der Feder unter Last und der dadurch bedingten Berührung des Innenpols und/oder des Anschlagrings aufgrund einer relativ langen
Federlänge und geringer radialer Platzverhältnisse. Hierdurch kommt es zu einer
Undefinierten Reibung, die neben einem möglichen Verschleiß und der Entstehung von Partikeln erhebliche Streuungen des Einspritzverhaltens zur Folge hat.
Somit kann durch das komplette Eintauchen der Feder in die Federaufnahme des Ankers ein optimaler Kompromiss in Bezug auf die oben aufgeführten möglichen Nachteile erzielt werden. Hierbei kann das Anschlagelement aus einem nicht magnetischen Werkstoff hergestellt werden, wodurch es den Innenpol aus magnetischer Sicht vom Anker trennen kann. Ferner kann der Hebelarm kurz gehalten werden. Sowohl eine Polfläche als auch eine Anschlagfläche zwischen dem Anker und dem Anschlagelement, insbesondere Anschlagring, können ausreichend groß gewählt werden. Ferner kann ein relativ geringer Innendurchmesser der Feder realisiert werden, so dass auch bei einer vergleichsweise dünnen Drahtstärke der Feder relativ hohe Federkräfte erzielt werden können. Des weiteren kann die Feder auch relativ kurz ausgestaltet werden, so dass die Gefahr eines Ausbeulens und eines dementsprechend auftretenden Verschleißes reduziert ist und ein diesbezüglich auf den Anker eingeleitetes Kippmoment innerhalb vertretbarer Grenzen bleibt.
Die Weiterbildung nach Anspruch 8 ermöglicht ein vorteilhaftes Durchströmen des Ankers. Dadurch kann bei einer möglichen Ausgestaltung eine Führung des Ankers in dem
Gehäuse erzielt werden. Ferner kann bei einer weiteren möglichen Ausgestaltung ein Ringspalt zwischen dem Anker und dem Gehäuse minimiert werden. In Bezug auf vorgegebene Gehäuseabmessungen ergeben sich dadurch ein schneller Kraftaufbau und eine große Haltekraft. Durch die Verschneidung der Durchgangsöffnungen mit der
Federaufnahme kann außerdem die dem Innenpol zugewandte Stirnseite des Ankers größer ausgestaltet werden als wenn separate Durchgangsöffnungen realisiert sind.
Die Weiterbildung nach Anspruch 9 hat den weiteren Vorteil, dass der
Durchflussquerschnitt überproportional zur dadurch bedingten Verringerung der Fläche der Stirnseite des Ankers vergrößert werden kann. Die Weiterbildung nach Anspruch 10 hat den Vorteil, dass ein vorteilhafter Brennstofffluss im Bereich des Anschlagelements erzielt werden kann, ohne dass die Innenbohrung des Innenpols vergrößert werden muss.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende
Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 ein Ventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 und 4 mögliche Ausgestaltungen eines Ankers eines Ventils aus der in Fig. 1 mit III bezeichneten Blickrichtung und Fig. 5 bis 8 mögliche Ausgestaltungen eines Anschlagelements eines Ventils entgegen der in Fig. 1 mit III bezeichneten Blickrichtung. Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt ein Ventil 1 zum Zumessen eines Fluids in einer auszugsweisen,
schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Ventil 1 kann insbesondere als Brennstoffeinspritzventil 1 ausgebildet sein. Ein bevorzugter Anwendungsfall ist eine Brennstoffeinspritzanlage, bei der solche Brennstoffeinspritzventile 1 als Hochdruckeinspritzventile 1 ausgebildet sind und zur direkten Einspritzungen von Brennstoff in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine dienen. Als Brennstoff können hierbei flüssige oder gasförmige Brennstoffe zum Einsatz kommen. Entsprechend eignet sich das Ventil 1 zum Zumessen von flüssigen oder gasförmigen Fluiden.
Das Ventil 1 weist ein Gehäuse (Ventilgehäuse) 2 auf, in dem ortsfest ein Innenpol 3 angeordnet ist. Durch das Gehäuse 2 ist eine Längsachse 4 bestimmt, die hier als
Reverenz zur Führung einer innerhalb des Gehäuses 2 angeordneten Ventilnadel 5 dient. Dies bedeutet, dass im Betrieb eine Ausrichtung der Ventilnadel 5 entlang der Längsachse 4 erfolgen soll.
An der Ventilnadel 5 ist ein Anker (Magnetanker) 6 angeordnet. An der Ventilnadel 5 sind außerdem ein Anschlagelement 7 und ein weiteres Anschlagelement 8 angeordnet. An den Anschlagelementen 7, 8 sind Anschläge 7', 8' ausgebildet. Der Anker 6 kann hierbei bei einer Betätigung zwischen den Anschlagelementen 7, 8 bewegt werden, wobei ein
Ankerfreiweg 9 vorgegeben ist. Der Anker 6, der Innenpol 3 sowie eine nicht dargestellte Magnetspule sind Bestandteile eines elektromagnetischen Aktuators 10.
An der Ventilnadel 5 ist ein Ventilschließkörper 11 ausgebildet, der mit einer Ventilsitzfläche 12 zu einem Dichtsitz zusammen wirkt. Bei einer Betätigung des Ankers 6 wird dieser in
Richtung auf den Innenpol 3 beschleunigt. Wenn der Anker 6 an dem Anschlag 7' des Anschlagelement 7 anschlägt und dadurch die Ventilnadel 5 betätigt, dann kann Brennstoff über den geöffneten Dichtsitz und zumindest eine Düsenöffnung 13 in einen Raum, insbesondere einen Brennraum, eingespritzt werden.
Das Ventil 1 weist eine Rückstellfeder 14 auf, die die Ventilnadel 5 über das
Anschlagelement 7 in ihre Ausgangsstellung verstellt, in der der Dichtsitz geschlossen ist. Der Anker 6 basiert auf einer zylinderförmigen Grundform 20 mit einer Durchgangsbohrung 21 , wobei der Anker 6 an der Durchgangsbohrung 21 an der Ventilnadel 5 geführt ist.
Hierbei weist die Grundform 20 des Ankers 6 eine Länge L zwischen einer dem Innenpol 3 zugewandten Stirnseite 22 und einer von dem Innenpol 3 abgewandten Stirnseite 23 auf.
Der Anker 6 weist eine Federaufnahme 25 auf. Die Federaufnahme 25 ist hierbei an der Stirnseite 22 des Ankers 6 geöffnet. Die Federaufnahme 25 weist entlang der Längsachse 4 eine Länge f zwischen der Stirnseite 22 und einer Federstützfläche 26 des Ankers 6 auf. Die Federstützfläche 26 stellt hierbei den Boden 26 der Federaufnahme 25 dar. Im
Ausgangszustand, in dem der Dichtsitz geschlossen ist, weist eine teilweise in der
Federaufnahme 25 angeordnete Feder 27 eine Federlänge F auf. Die Federlänge F ist hier also die Federlänge F der Feder 27 im unbetätigten Ausgangszustand. Die Feder 27 stützt sich hierbei einerseits an der Federstützfläche 26 des Ankers 6 und andererseits an dem Anschlag 7' des Anschlags 7 ab. Die Federlänge F ist größer als die Länge f der
Federaufnahme 25. Bei einer Betätigung des Ankers 6 wird die Feder 27 allerdings gegenüber ihrer Ausgangslänge F verkürzt, wobei sie vollständig in die Federaufnahme 25 eintauchen kann.
An dem Anker 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Führungssteg 28 ausgebildet.
Zwischen der Federstützfläche 26 und der Stirnseite 23 weist der Anker 6 entlang der Längsachse 4 eine (verkürzte) Länge I auf. Ohne den Führungssteg 28 würde nur diese verkürzte Länge I als Führungslänge zur Verfügung stehen. Durch den Führungssteg 28 wird die Länge I um die Länge s des Führungsstegs 28 entlang der Längsachse 4 verlängert. Somit ergibt sich in diesem Ausführungsbeispiel die Führungslänge I + s. Hierbei wird die Länge s des Führungsstegs 28 vorzugsweise gleich groß oder sogar größer als die
Länge f der Federaufnahme 25 gewählt. Dadurch ist die Führungslänge I + s des Ankers 6 an der Ventilnadel 5 gleich oder sogar größer als die Länge L des Ankers 6 zwischen seinen Stirnseiten 22, 23. Die Führung der Ventilnadel 5 bezüglich der Längsachse 4 beziehungsweise bezüglich des
Gehäuses 2 ergibt sich in diesem Ausführungsbeispiel über das Anschlagelement 7.
Hierbei ist das Anschlagelement 7 in einem Führungsbereich 30 an einer Innenbohrung 31 des Innenpols 3 geführt. Mögliche Ausgestaltungen des Anschlagelements 7, die eine vorteilhafte Durchleitung des Fluids, insbesondere Brennstoffs, ermöglichen, sind anhand der Fig. 5 bis 8 beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich zwischen einer Außenseite 32 des Ankers 6 und einer Innenseite 33 des Gehäuses 2 ein Ringspalt 34. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann die Führung der Ventilnadel 5 zusätzlich oder alternativ auch über den Anker 6 realisiert werden. Hierbei reicht die Außenseite 32 des Ankers 6 zumindest teilweise bis an die Innenseite 33 des Gehäuses 2. Bei dieser
Ausgestaltung kann anstelle des Führungsbereichs 30 dann ein Ringspalt zwischen dem Anschlagelement 7 und dem Innenpol 3 realisiert werden.
Somit kann eine vorteilhafte Führung der Ventilnadel 5 entlang der Längsachse 4 realisiert werden. Hierbei ergibt sich zugleich eine vorteilhafte Führung zwischen dem Anker 6 und der Ventilnadel 5 über eine Führungslänge I + s, die vorzugsweise nicht kleiner als die Länge L ist.
Fig. 2 zeigt ein Ventil 1 in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Führungsverlängerung 40 vorgesehen. Die Führungsverlängerung 40 hat entlang der Längsachse 4 eine Länge s', um die sich die Führung des Ankers 6 an der Ventilnadel 5 verlängert. Dies bedeutet, dass in diesem Ausführungsbeispiel die Führungslänge s' + I entlang der Längsachse 4 zwischen dem Anker 6 und der Ventilnadel 5 realisiert ist.
Somit ist es in diesem Ausführungsbeispiel möglich, dass die Federaufnahme 25 direkt an die Ventilnadel 5 angrenzt. Dies erleichtert insbesondere die Herstellung des Ankers 6, da die Federaufnahme 25 durch eine an der Längsachse 4 ausgerichtete zylinderförmige Ausnehmung realisiert werden kann. Dadurch steht allerdings direkt an der Grundform 20 des Ankers 6 nur die gegenüber der Länge L des Ankers 6, die dieser zwischen den Stirnseiten 22, 23 aufweist, verkürzte Länge I zur Verfügung. Diese verkürzte Länge I wird hierdurch gewissermaßen über die Führungsverlängerung 40 um die Länge s' verlängert.
Speziell kann die Länge s' so vorgegeben sein, dass die Führungslänge s' + I gleich groß oder sogar größer als die Länge L des Ankers 6 zwischen seinen Stirnseiten 22, 23 ist.
Außerdem ist die Führungsverlängerung 40 hülsenförmig ausgestaltet. Dies bedeutet, dass ein Außendurchmesser 41 an der Führungsverlängerung 40 deutlich kleiner gewählt ist als ein Außendurchmesser 42 an der Außenseite 32 des Ankers 6.
Ferner ist die Feder 27 in diesem Ausführungsbeispiel mit angeschliffenen Federenden 43, 44 ausgestaltet. Dadurch ergibt sich eine noch bessere Auflage. Ferner ergeben sich ein reduzierter Verschleiß sowie eine gleichmäßigere Krafteinleitung einerseits in den Anker 6 an der Federstützfläche 26 und andererseits an dem Anschlag T des Anschlagelements 7. Fig. 3 und 4 zeigen mögliche Ausgestaltungen des Ankers 6 des Ventils 1 aus der in Fig. 1 mit III bezeichneten Blickrichtung, wobei zur besseren Verständlichkeit die Ventilnadel 5 als Schnittfläche dargestellt ist. Die Stirnseite 22 teilt sich in Teilflächen 22A und 22B auf, zwischen denen die Federaufnahme 25 vorgesehen ist. Ferner sind Durchgangsöffnungen 51 bis 54 vorgesehen, die in diesem Ausführungsbeispiel als Durchgangsbohrungen 51 bis 54 mit kreisförmigem Querschnitt ausgestaltet sind. Hierbei ergeben sich Verschneidungen zwischen den Durchgangsbohrungen 51 bis 54 und der Federaufnahme 25. Dies bedeutet, dass der Brennstoff über die Länge f der Federaufnahme sowohl durch den von der Feder 27 nicht ausgefüllten Teil der Federaufnahme 25 als auch durch die Durchgangsöffnungen 51 bis 54 strömen kann. Anschließend strömt der Brennstoff dann über die verkürzte Länge I nur durch die Durchgangsöffnungen 51 bis 54. Dadurch ist ein Brennstofffluss von der Stirnseite 22 zur Stirnseite 23 mit geringer Drosselung ermöglicht, ohne dass die
Gesamtfläche der Stirnseite 22, die sich aus den Teilflächen 22A, 22B zusammensetzt, weiter verkleinert ist. Dies wirkt sich günstig auf das Ansteuerverhalten bei einer Betätigung des Ankers 6 aus, da sich sowohl eine große Magnetkraft als auch eine reduzierte hydraulische Drosselung ergeben.
Bei dem anhand der Fig. 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel sind zusätzlich
nierenförmige Ausgestaltungen der Durchgangsöffnungen 51 bis 54 realisiert, so dass sich die Durchgangsöffnungen 51 bis 54 in einer Umfangsrichtung 55 um die Längsachse 4 beziehungsweise umfänglich um die Längsachse 4 über einen größeren Winkelbereich erstrecken. Dadurch wird insbesondere der Brennstofffluss über die verkürzte Länge I des Ankers 6 verbessert. Fig. 5 bis 8 zeigen mögliche Ausgestaltungen des Anschlagelements 7 des Ventils 1 entgegen der in Fig. 1 mit III bezeichneten Blickrichtung, wobei zur Veranschaulichung die Ventilnadel 5 im Schnitt dargestellt ist. Hierbei ist ein Stützbereich 60 für die Feder 27 vorgegeben. Der Stützbereich 60 ist radial nach außen durch eine unterbrochen dargestellte Linie 60A begrenzt. Ferner ist der Stützbereich 60 radial nach innen durch eine unterbrochen dargestellte Linie 60I begrenzt. Der Stützbereich 60 dient als der konstruktiv vorgegebene Stützbereich 60, in dem sich die gewählte Feder 27 abstützen soll. Ferner beziehen sich die Ausgestaltungen vorzugsweise auf einen Anwendungsfall, bei dem eine Führung zwischen dem Anschlagelement 7 und dem Innenpol 3 realisiert ist, wie es beispielsweise in der Fig. 1 veranschaulicht ist.
Um den Brennstoff an dem Anschlagelement 7 vorbeizuleiten, sind Vertiefungen 61 bis 64 vorgesehen. Hierbei kann das Anschlagelement 7 ausgehend von einer
hohlzylinderförmigen Grundform 65, die durch einen Außendurchmesser D charakterisiert ist, durch solche Vertiefungen 61 bis 64 modifiziert werden. Dadurch ergibt sich sowohl die Möglichkeit einer Führung an dem Außendurchmesser D als auch einer
Brennstoffdurchleitung durch die Vertiefungen 61 bis 64. Die Vertiefungen 61 bis 64 sind hier so ausgeführt, dass sie von der Längsachse 4 aus betrachtet maximal bis zu einem Durchmesser d reichen. Dies bedeutet, dass von der Ventilnadel 5 bis zu dem Durchmesser d eine kreisringförmige Fläche 66 verbleibt.
Vorzugsweise ist der Durchmesser d so vorgegeben, dass dieser zwischen der äußeren Linie 60A und der inneren Linie 601 liegt. Dadurch liegt die Feder 27 auch im Bereich der Vertiefungen 61 bis 64 zumindest teilweise, nämlich zumindest an der kreisringförmigen Fläche 66, an dem Stützbereich 60 an. Hierdurch ergibt sich ein Kompromiss aus einer guten Anlage der Feder 27 an dem Stützbereich 60 und möglichst großen Vertiefungen 61 bis 64 sowie gleichzeitig der Möglichkeit einer Führung an dem Außendurchmesser D.
Die Fig. 5 bis 8 zeigen verschiedene Möglichkeiten, die Vertiefungen 61 bis 64
auszuführen. Fig. 5 als Verschneidung mit Zylinderbohrungen, Fig. 6 als Verschneidungen mit rechteckförmigen Ausfräsungen, Fig. 7 als Verschneidung mit Abflachungen. Bei der Ausgestaltung nach Fig. 8 kann der Durchflussquerschnitt durch Ringsegmente gebildet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

Ansprüche
1. Ventil (1) zum Zumessen eines Fluids, insbesondere Brennstoffeinspritzventil für
Brennkraftmaschinen, mit einem elektromagnetischen Aktuator (10) und einer von dem Aktuator (10) betätigbaren Ventilnadel (5), wobei an der Ventilnadel (5) ein Anker (6) des Aktuators (10) geführt ist, wobei an der Ventilnadel (5) ein Anschlagelement (7) angeordnet ist, das eine Bewegung des Ankers (6) relativ zu der Ventilnadel (5) begrenzt, und wobei der Anker (6) eine zu dem Anschlagelement (7) hin offene Federaufnahme (25) aufweist, in die eine an dem Anschlagelement (7) abgestützte Feder (27) eingesetzt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventilnadel (5) über den Anker (6) und/oder das Anschlagelement (7) entlang einer Längsachse (4) eines Gehäuses (2) geführt ist und dass entlang der Längsachse (4) betrachtet eine Länge (f) der Federaufnahme (25) kleiner als eine Federlänge (F) der Feder (27) im unbetätigten Ausgangszustand ist.
2. Ventil nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass an dem Anker (6) ein dem Anschlagelement (7) zugewandter Führungssteg (28) ausgestaltet ist, der den Anker (6) entlang der Längsachse (4) an der Ventilnadel (5) führt, und/oder dass die Federaufnahme (25) durch eine nicht an die Ventilnadel (5) angrenzende Ringnut (25) ausgestaltet ist.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass an dem Anker (6) eine von dem Anschlagelement (7) abgewandte
Führungsverlängerung (40) vorgesehen ist, die den Anker (6) entlang der Längsachse (4) an der Ventilnadel (5) führt.
4. Ventil nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Führungsverlängerung (40) an dem Anker (6) ausgestaltet ist oder dass die Führungsverlängerung (40) stoffschlüssig mit dem Anker (6) verbunden ist.
5. Ventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Führungsverlängerung (40) als hülsenförmige Führungsverlängerung (40) ausgestaltet ist.
6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass entlang der Längsachse (4) betrachtet eine Führungslänge (s + s' + I), über die der Anker (6) an der Ventilnadel (5) geführt ist, nicht kleiner als eine Ankerlänge (L) ist, und/oder dass die Führungslänge, über die der Anker (6) an der Ventilnadel (5) geführt ist, aus einer um die Länge (f) der Federaufnahme (25) verkürzten Länge (I) des Ankers (6) zuzüglich einer Länge (s) eines Führungsstegs (28) und/oder einer Länge (s') einer Führungsverlängerung (40) zusammengesetzt ist.
7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Feder (27) bei der Betätigung auf die durch die Federaufnahme (25) des Ankers (6) vorgegebene Länge (f) der Federaufnahme (25) verkürzbar ist.
8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Anker (6) zumindest eine sich entlang der Längsachse (4) erstreckende
Durchgangsöffnung (51 - 54) aufweist, die mit der Federaufnahme (25) verschnitten ist.
9. Ventil nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine Durchgangsöffnung (51 - 54) in einer Umfangsrichtung (55) nierenförmig ausgedehnt ausgestaltet ist.
10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Anschlagelement (7) auf einer hohlzylinderförmigen Grundform mit einem bestimmten Außendurchmesser (D) bezüglich der Längsachse (4) basiert und dass an einer Außenseite (32) der Grundform (65) zumindest eine Vertiefung (61 - 64) bis zu einem bestimmten Durchmesser (d) bezüglich der Längsachse ausgestaltet ist und dass ein Stützbereich (60) für die Feder (27) innerhalb des bestimmten Außendurchmessers (D) des Anschlagelements (7) und außerhalb des bestimmten Durchmessers (d) des
Anschlagelements (7) liegt.
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