WO2001057390A1 - Brennstoffeinspritzventil und verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

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WO2001057390A1
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fuel injection
injection valve
armature
magnet coil
solenoid
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Franz Rieger
Harald Maisch
Michael Huebel
Ulrich Becker
Juergen Stein
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F2007/1676—Means for avoiding or reducing eddy currents in the magnetic circuit, e.g. radial slots

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection valve according to the preamble of claim 1 and on a method for operating a fuel injection valve according to the preamble of claim 10.
  • Another possibility is to build up a magnetic field for opening the fuel injection valve and a second magnetic field for holding the fuel injection valve in its open position.
  • the strength of the holding field can then be chosen so small that the Eddy currents after switching off the holding field small sm ⁇ and thus the closing time can be shortened.
  • DE 23 06 007 C3 discloses an electromagnetically actuated fuel injection valve for injecting fuel into an internal combustion engine, in which the magnetic coil has three windings which are controlled by three separate circuits. Daoei serves the first circuit for quickly opening the fuel injection valve, the second circuit for keeping the fuel injection valve open and the third circuit for generating an opposing field that clears the residual magnetic field for quickly closing the fuel injection valve.
  • a disadvantage of the fuel injection valve known from DE 23 06 007 C3 is, in particular, the complex manufacture of an arrangement with three circuits which control three windings of the magnetic coil.
  • the increased space required by the circuits is also a disadvantage.
  • the fuel injection valve according to the invention with the features of claim 1, of course, has the advantage that a closing force can be generated with the first solenoid.
  • the opening can be prepared by energizing both solenoids and then the solenoid acting in the closing direction can be switched off.
  • the start of the spmsp ⁇ tzvorgangs is then advantageously initiated by switching off one of the two solenoids, which is in contrast to the usual arrangement, which the opening process is initiated by energizing the solenoid.
  • the magnetic field dynamics are positively influenced by magnetic fields that have already been built up. This leads to short opening times. In The closing direction can be reversed to achieve short closing times.
  • a radial gap located between the magnetic circuits, which is filled with non-magnetizable material, leads to a maximization of the magnetic forces, since the magnetic flux can only pass through the insulating material in a weakened manner. Thus the magnetic fields do not interfere with each other.
  • the maximum force and a force compensation can be coordinated by the length of the gap arranged between the magnetic coils in the radial direction.
  • the position of the gap in the axial direction relative to the two solenoids allows the arrangement to be symmetrized.
  • Recesses in the armature parts are also advantageous, which allow a considerable reduction in weight of the moving parts without loss of magnetic force.
  • Fig. 1 a partial.
  • Thomas ⁇ arsteliun ⁇ an embodiment of a fuel injection valve according to the invention
  • FIG. 2 shows a diagram of the switching phases of the exemplary embodiment of the fuel injection valve according to the invention shown in FIG. 1 and the forces acting during the switching processes
  • FIG. 3 shows a detail of the fuel injection valve according to the invention shown in FIG. 1 in the area III in FIG. 1,
  • the fuel injection valve 1 shows an excerpted sectional view of the middle part of a fuel injection valve 1.
  • the fuel injection valve 1 is particularly suitable for the direct injection of fuel in a combustion chamber (not shown) of a mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engine.
  • the fuel injection valve 1 can be designed as an inward or outward opening fuel injection valve 1.
  • cn is an inward opening fuel injection valve 1.
  • the fuel injection valve 1 comprises a first solenoid coil 2, which is connected to a first armature part 5a of an armature 3 which in the exemplary embodiment is in two parts cooperates, and a second magnetic coil 4, which cooperates with a second armature part 5b of the armature 3.
  • the first magnet coil 2 is wound on a first coil carrier 6 and the second magnet coil 4 is wound on a second coil carrier 7.
  • the first magnet coil 2 surrounds a first core part 8, while the second magnet coil 4 surrounds a second core part 9.
  • the first magnet coil 2 and the second magnet coil 4 are separated from one another axially by a web 10.
  • the web 10 is composed of a first web part 10a facing the first magnet coil 2 and a second web part 10b facing the second magnet coil 4, which are separated from one another by a layer 11, which consists of non-agglomerable material.
  • the web parts 10a and 10b are not necessarily the same size.
  • the axial position of the layer 11 can be adjusted. If the balancing z. B. optimized in favor of the opening process, the axial position of the non-magnetizable layer 11 is shifted slightly from the central position m direction of the first solenoid 2. As a result, the magnetic flux density m of the web part 10a adjoining the first magnet coil 2 is increased compared to that in the web part 10b.
  • the first anchor part 5a and the second anchor part 5b are arranged between the first core part 8 and the second core part 9.
  • the anchor parts 5a and 5b have a cutout 12 which is conical in shape and leads to a reduction in the weight of the movable parts.
  • a valve needle 13 extends through the first core part 8, the second core part 9 and the two anchor parts 5a and 5b.
  • a working gap 25 is formed between the second armature part 5b and the second core part 9 in the closed state of the fuel injection valve 1.
  • the first anchor part 5a stands with the Valve needle 13 via a first flange 14 m operative connection, while the second anchor part 5b is connected via a second flange 15 to the valve needle 13 m operative connection.
  • a return spring 17 is clamped, which presses the valve needle 13 in the spraying direction onto a sealing seat, not shown, and thus holds the fuel injection valve 1 m in the closed position.
  • the fuel injection valve 1 is surrounded by a valve housing 20, which in the area of the second solenoid 4 and in the area of the first solenoid 2 z. B. one, ideally has two slots 21 which run in the axial direction and ensure a reduction in the influence of the eddy currents or the diffusion of the magnetic field induced in the valve housing 20 during operation of the fuel injection valve 1.
  • a slotted valve housing 20 such slits 21 can, for. B. also be provided in the core parts 8 and 9, as is apparent from FIGS. 4B and 5B.
  • the fuel is supplied centrally and in the flow direction indicated by the arrow 22 through the central recess 23 of the fuel injection valve 1 and through the fuel channels 24a, the armature parts 5a and 5b and fuel channels 24b in the guide element 18 to the sealing seat.
  • first magnet coil 2 and the second magnet coil 4 If an oppositely directed excitation current is applied to the first magnet coil 2 and the second magnet coil 4, a magnetic field is induced in each case in the first magnet coil 2 and the second magnet coil 4, which are opposite to each other. Since the magnetic fields in the first magnet coil 2 and the second magnet coil 4 are directed in opposite directions, the effect of the magnetic fields in the spray direction and in the feed direction is initially canceled.
  • the armature 3 is held in contact with the first core part 8 by the magnetic force of the first magnet coil 2 acting on it.
  • the effect of the second magnet coil 4 is small due to the working gap 25 between the second armature part 5b and the second core part 9.
  • the current exciting the first solenoid 2 is switched off, as a result of which no magnetic force is exerted on the armature 3 by the first solenoid 2.
  • the armature 3 is now drawn in by a distance which corresponds to the working gap 25, i the second solenoid 4 against the force of the return spring 17.
  • the valve needle 13 is carried along by the armature 3 in the opening direction via the second flange 15.
  • a valve closing body (not shown) is formed, which lifts off from a valve seat surface (not shown) due to the movement of the valve needle 13 and thereby opens the fuel injection valve 1.
  • the working gap 25 formed between the second armature part 5b and the second core part 9 is now closed.
  • An equally large working gap 25 is in the open state of the fuel injection valve 1 between the first armature part 5 a and the first core part 8.
  • the first solenoid 2 is energized again, so that the armature 3 experiences a force in the direction of the first solenoid 2, which, however, is smaller than the force exerted by the second solenoid 4 due to the working gap 25. If the current that excites the second magnet coil 4 is switched off, the armature 3 is accelerated in the spray direction by the sum of the forces of the return spring 17 and the first magnet coil 2 together with the valve needle 13. Through the previous energization the first solenoid 2 and the resulting fall of the armature 3 from the second core part 9, a rapid closing movement is achieved. Short and, above all, precise closing times, which are only slightly affected by adhesion and eddy currents, are the positive result.
  • the upper diagram indicates the electrical control command t x for the valve opening.
  • the acting magnetic forces F mag are shown as a function of time t.
  • the magnetic force of the second magnet coil 4 is shown above the time axis, while the magnetic force of the first magnet coil 2 is shown below the time axis.
  • the first solenoid 2 and the second solenoid 4 are simultaneously energized with an excitation current which is approximately the same in terms of magnitude but in the opposite direction.
  • the first solenoid 2 is switched off to open the fuel injector 1.
  • the magnetic force of the second magnet coil 4 attracts the armature 3 m opening direction. If the armature 3 strikes the second core part 9, the magnetic force can be reduced to the necessary holding force by regulating the excitation current.
  • the first solenoid 2 is energized again and at the same time the excitation current through the second solenoid 4 is increased again.
  • the first magnet coil 2 again exerts a magnetic force on the armature 3, which moves the valve needle 13 in the closing direction together with the force of the return spring 17 via the first flange 14 and the second flange 15 after the second magnet coil 4 has been switched off.
  • the magnetic force drops slowly after switching off ⁇ es the first magnet coil 2 exciting current to zero.
  • the lower diagram in FIG. 2 represents the sum of the forces (magnetic force of the first and second solenoid coils 2 and 4 and the restoring force of the return spring 17).
  • the first solenoid coil 2 and the second solenoid coil 4 are energized in the preparatory phase when the fuel injector 1 is opened , only the restoring force of the return spring 17 remains as the resultant force, since the magnetic fields are of the same size but are directed in opposite directions.
  • the return spring 17 keeps the fuel injection valve 1 m closed during this phase. If the first magnet coil 2 is switched off, the magnetic force of the second magnet coil 4 exceeds the restoring force of the restoring spring 17, as a result of which the fuel injection valve 1 is opened.
  • the magnetic force decreases again by regulating the excitation current down to the holding current. However, it still exceeds the force of the return spring 17, so that the fuel injection valve remains 1 m in the open position. If the first solenoid 2 is energized again in preparation for the closing process, this initially has no effect on the prevailing force relationships. Only when the second solenoid 4 is switched off, only the magnetic force of the first solenoid 2 and the restoring force of the return spring 17 m act in the same direction, as a result of which the fuel injection valve 1 is closed.
  • FIG 3 shows a detail of the sectional view of a detail of the exemplary embodiment of the fuel injector 1 according to the invention described in FIG. 1 in the area III m.
  • FIG Magnetic coil 2 and the second magnet coil 4 is the energization state of the first magnet coil 2 and the second magnet coil 4 during the open phase of the Fuel injector 1 shown.
  • Only those parts of the fuel injector 1 are shown which are required to explain the mode of operation. Components already described are provided with the same reference numerals.
  • the position of the layer 11 enables the optimization of either the opening or the closing process, depending on whether the layer 11 is arranged closer to the first magnet coil 2 or the second magnet coil 4, since either the first armature part 5a or the second armature part 5b is stronger due to the respective magnetic field being affected.
  • the radial expansion of the layer 11 need not divide the entire valve housing 20. It is sufficient to make a slot in the valve housing 20 up to the desired radial extent and to fill it with the non-magnetizable layer 11.
  • FIGS. 4A and 4B show the diffusion of the magnetic field in a radial sectional view in FIGS. 4A and 4B and in a radial sectional view the course of the eddy currents in the core part 8 in FIGS. 5A and 5B.
  • the cuts run along the line IV-IV, VV in FIG. 1.
  • 4A shows, for comparison, an unslit core part 8 in a radial section along the line IV-IV and the diffusion of the magnetic field induced in the core part 8 of the first magnet coil 2.
  • FIG. 4B shows the core part 8 in a radial section along the line IV-IV in a double slotted area and the diffusion of the magnetic field induced in the core part 8 of the first magnet coil 2.
  • the core part 8 is in two parts 8a and 8b divided.
  • the magnetic field is not closed in a circle due to the slots 21 between the parts 8a and 8b. As a result, losses can be kept lower, which has a positive effect on the drive performance of the magnetic circuits.
  • FIG. 5A shows, for comparison, the course of the eddy currents in a closed core part 8 in a radial section along the line V-V.
  • the eddy currents are strongly pronounced due to the uninterrupted shape of the core part 8 and therefore have a considerable influence on the closing time of the fuel injection valve 1.
  • 5B shows a section along the line V-V through the double-slit core part 8.
  • the eddy currents do not pass through the slots 21, but instead build up into closed eddy currents in the two parts 8a and 8b. The effect of the eddy currents is reduced overall.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiment described, but is suitable for any fuel injection valves 1 of any design, in particular also for fuel injection valves 1 opening outwards.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere ein Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, umfaßt eine mit einem Anker (3) zusammenwirkende erste Magnetspule (2), eine mit dem Anker (3) zusammenwirkende zweite Magnetspule (4) und eine mit dem Anker (3) kraftschlüssig in Verbindung stehende Ventilnadel (13) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers, wobei mit der ersten Magnetspule (2) eine Kraft in einer Schließrichtung und mit der zweiten Magnetspule (4) eine Kraft in einer Öffnungsrichtung auf den Anker (3) ausübbar ist.

Description

Brennstoffeinspritz entil und Verfahren zu dessen Betrieb
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffemspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1 bzw. von einem Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffemspritzventils nach der Gattung der Anspruchs 10.
Die Schließzeiten von Brennstoffemspritzventilen werden durch Adhäsionskräfte zwischen Anker und Kern einerseits und durch Wirbelströme andererseits verlängert. Zur Verringerung der Verzögerungen ist es bekannt, bei Beendigung des das Brennstoffemspritzventil erregenden Stromimpulses einen Strom umgekehrter Richtung durch die Magnetspule fließen zu lassen, um den Abbau des Restfeldes zu beschleunigen. Die Konstruktion entsprechender Steuerelemente ist jedoch aufwendig und führt auch lediglich zu geringfügigen Verkürzungen der Schließzeit .
Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein Magnetfeld zum Öffnen des Brennstoffemspritzventils und ein zweites Magnetfeld zum Halten des Brennstoffemspritzventils m seiner geöffneten Stellung aufzubauen. Die Stärke des Haltefeldes kann dann so klein gewählt werden, daß die Wirbelströme nach Abschalten des Haltefeldes klein smα und dadurch die Schließzeit ver urzt werden kann.
Aus der DE 23 06 007 C3 ist e n elektromagnetisch betatigbares Brennstoffemspritzventil zum Einspritzen von Brennstoff m eine Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem die Magnetspule drei Wicklungen aufweist, welche von drei getrennten Schaltkreisen angesteuert werden. Daoei dient der erste Schaltkreis zum schnellen Offnen des Brennstoffemspritzventils, der zweite Schaltkreis zum Offenhalten des Brennstoffemspritzventils und der dritte Schaltkreis zum Erzeugen eines das Restmagnetfeld loschenden Gegenfeldes zum schnellen Schließen des Brennstoffemspritzventils .
Nachteilig an dem aus der DE 23 06 007 C3 bekannten Brennstoffemspritzventil ist insbesondere die aufwendige Herstellung einer Anordnung mit drei Schaltkreisen, die drei Wicklungen der Magnetspule ansteuern. Auch der durch die Schaltkreise erhöhte Platzbedarf ist von Nachteil. Eine aktive Rückstellung durcn eine m Schließrichtung gerichtete magnetische Kraftkomponente findet nicht statt.
Vorteile der Erfindung
Das erfmdungsgemaße Brennstoffemspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 nat dem gegenüber den Vorteil, daß Schließrichtung mit der ersten Magnetspule eine Schließkraft erzeugt werden kann. Entsprechend dem m Anspruch 10 angegebenen Verfahren kann das Offnen durch Bestromen beider Magnetspulen vorbereitet werden und dann die m Schließrichtung wirkende Magnetspule abgeschaltet werden. Der Beginn des Ξmspπtzvorgangs wird dann vorteilhafterweise durch das Abschalten einer der beiden Magnetspulen eingeleitet, was im Gegensatz zu der üblichen Anordnung steht, welcher der Öffnungsvorgang durch das Bestromen der Magnetspule eingeleitet wird. Durch bereits aufgebaute Magnetfelder wird die Scnaltdynamik positiv beeinflußt. Dies fuhrt zu kurzen Öffnungszeiten. In Schließrichtung kann umgekehrt vorgegangen werden, um kurze Schließzeiten zu erreichen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffemspritzventils bzv;. des im Anspruch 10 angegebenen Verfahrens möglich.
Durch eine axiale Schlitzung der Magnetkreise, z. E. der Kernteiie oder des Ventilgehäuses , kann eine Verringerung des Einflusses der Wirbelströme erreicht werden.
Ein zwischen den Magnetkreisen befindlicher radialer Spalt, welcher mit nicht magnetisierbarem Material gefüllt ist, führt zu einer Maximierung der Magnetkräf e, da der magnetische Fluß nur abgeschwächt durch das isolierend wirkende Material durchtreten kann. Somit stören sich die Magnetfelder nicht gegenseitig.
Durch die Länge des zwischen den Magnetspulen angeordneten Spalts in radialer Richtung können die Maximalkraft und ein Kraftausgleich abgestimmt werden. Die Lage des Spalts in Axialrichtung relativ zu den zwei Magnetspulen erlaubt eine Symmetrisierung der Anordnung.
Von Vorteil ist auch die Bestromung der zwei Magnetspulen mit entgegengesetzt gerichteten nahezu gleich großen Strömen, welche zwei entgegengesetzte Felder induzieren.
Von Vorteil sind auch Aussparungen in den Ankerteilen, welche eine erhebliche Gewichtsreduktion der beweglichen Teile ohne Einbußen bei der Magnetkraft erlauben.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einer teilweiser. Schnittαarsteliunσ ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffemspritzventils ,
Fig. 2 ein Diagramm der Schaltphasen des m Fig. 1 dargestellten Ausfunrungsbeispiels des erfindungsgemäßen Brennstoffemspritzventils sowie die während der Schaltvorgange wirkenden Kräfte,
Fig. 3 ein Detail des m Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Brennsto femspritzventils im Bereich III m Fig. 1,
Fig. 4A-4B die Diffusion des Magnetfeldes für einen ungeschlitzten und einen doppelt geschlitzten Magnetkern der Schnittebene IV- IV Fig. 1, und
Fig. 5A-5B den Verlauf der Wirbelstrόme m einem ungeschlitzten und einem doppelt geschlitzten Magnetkern der Schnittebene V-V m Fig. 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Fig. 1 zeigt m einer auszugsweisen Scnnittdarstellung den mittleren Te l eines Brennstoffemspritzventils 1. Das Brennstoffemspritzventil 1 ist insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff m einen nicht dargestellten Brennraum einer gemischverdichtenden, f emdgezündeten Brennkraftmaschine geeignet. Das Brennstoffemspritzventil 1 kann dabei als nach innen oder nach außen öffnendes Brennstoffemspritzventil 1 ausgeführt sein. Bei dem Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es s cn um ein nach innen öffnendes Brennstoffemspritzventil 1.
Das Brennstoffemspritzventil 1 umfaßt eine erste Magnetspule 2, welche mit einem ersten Ankerteil 5a eines im Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgebildeten Ankers 3 zusammenwirkt, und eine zweite Magnetspule 4, welcne mit einem zweiten Ankerteil 5b des Ankers 3 zusammenwirkt . Die erste Magnetspule 2 ist auf einen ersten Spulentrager 6 und die zweite Magnetspule 4 ist auf einen zweiten Spulenträger 7 gewickelt. Die erste Magnetspule 2 umgibt ein erstes Kernteil 8, während die zweite Magnetspule 4 ein zweites Kernteil 9 umgibt. Die erste Magnetspule 2 und die zweite Magnetspule 4 werden axialer Ricntung durch einen Steg 10 voneinander getrennt. Der Steg 10 setzt sich aus einem der ersten Magnetspule 2 zugewandten ersten Stegteil 10a und einem der zweiten Magnetspule 4 zugewandten zweiten Stegteil 10b zusammen, die durch eine Schicht 11, welche aus nicht agnetisierbarem Material besteht, voneinander getrennt sind.
Dabei sind die Stegteile 10a und 10b nicht unbedingt gleich groß. Zur Optimierung des Öffnungs- oder des Schließvorgangs kann die axiale Position der Schicht 11 angepaßt werden. Wird der Kraftausgleich z. B. zugunsten des Offnungsvorgangs optimiert, wird die axiale Lage der nichtmagnetisierbaren Schicht 11 von der Mittelstellung geringfügig m Richtung der ersten Magnetspule 2 verschoben. Dadurch wird d e magnetiscne Flußdichte m dem an die erste Magnetspule 2 angrenzenden Stegteil 10a gegenüber der enigen im Stegteil 10b erhöht.
Das erste Ankerteil 5a und das zweite Ankerteil 5b sind zwischen dem ersten Kernteil 8 und dem zweiten Kernteil 9 angeordnet . Die Ankerteile 5a und 5b weisen im Ausführungsoeispiel ]e eine Aussparung 12 auf, welche kegelförmig gestaltet ist und zu einer Gewichtsreduktion der beweglichen Teile führt.
Eine Ventilnadel 13 erstreckt sich durch das erste Kernteil 8, das zweite Kernteil 9 sowie die beiden Ankerteile 5a und 5b. Dabei ist zwischen dem zweiten Ankerteil 5b und dem zweiten Kernteil 9 im geschlossenen Zustand des Brennstoffemspritzventils 1 ein Arbeitsspalt 25 ausgebildet. Das erste Ankerteil 5a steht mit der Ventilnadel 13 über einen ersten Flansch 14 m Wirkverbindung, während das zweite Ankerteil 5b über einen zweiten Flansch 15 mit der Ventilnadel 13 m WirKverßindung steht .
Zwischen einer m eine zentrale Ausnehmung 23 des zweiten Kernteils 9 insbesondere eingepreßten Vorspannnülse 16 und dem zweiten Flansch 15 st eine Rückstellfeder 17 eingespannt, welche die Ventilnadel 13 m Abspritzrichtung auf einen nicht dargestellten Dichtsitz preßt und somit das Brennstoffemspritzventil 1 m geschlossener Stellung hält.
In Abspritzrichtung vom ersten Kernteil 8 aus gesehen schließen sich ein Führungselement 18, ein Dichtelement 19 sowie der nicht dargestellte Ventilschließkörper an.
Das Brennstoffemspritzventil 1 ist von einem Ventilgehäuse 20 umgeben, welches im Bereich der zweiten Magnetspule 4 und im Bereich der ersten Magnetspule 2 z. B. einen, idealerweise zwei Schlitze 21 aufweist, die m axialer Richtung verlaufen und für eine Reduktion des Einflusses der Wirbelströme bzw. der Diffusion des im Ventilgehäuse 20 induzierten Magnetfeldes beim Betrieb des Brennstoffemspritzventils 1 sorgen. Alternativ zu einem geschlitzten Ventilgehäuse 20 können derartige Schlitze 21 z. B. auch im Kernteil 8 und 9 vorgesehen sein, wie dies den Figuren 4B und 5B entneh oar ist.
Der Brennstoff wird zentral zugeführt und m der durch den Pfeil 22 angezeigten Strömungsπchtung durch die zentrale Ausnehmung 23 des Brennstoffemspritzventils 1 sowie durch Brennstoffkanäle 24a den Ankerteilen 5a und 5b und Brennstoffkanäle 24b im Führungselement 18 zum Dichtsitz geleitet .
Wird an die erste Magnetspule 2 und die zweite Magnetspule 4 jeweils ein entgegengesetzt gerichteter Erregerstrom angelegt, wird der ersten Magnetspule 2 sowie der zweiten Magnetspule 4 jeweils ein Magnetfeld induziert, welche entgegengesetzt zueinander gerichtet sind. Da die Magnetfelder in der ersten Magnetspule 2 und der zweiten Magnetspule 4 entgegengesetzt gerichtet sind, hebt sich die Wirkung der Magnetfelder in Abspritzrichtung und in Zulaufrichtung zunächst auf. Der Anker 3 wird durch die auf ihn wirkende Magnetkraft der ersten Magnetspule 2 in Anlage am ersten Kernteil 8 gehalten. Die Wirkung der zweiten Magnetspule 4 ist aufgrund des Arbeitsspaltes 25 zwischen dem zweiten Ankerteil 5b und dem zweiten Kernteil 9 gering.
Zum Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der die erste Magnetspule 2 erregende Strom abgeschaltet, wodurch von der ersten Magnetspule 2 auf den Anker 3 keine Magnetkraft mehr ausgeübt wird. Der Anker 3 wird nun um eine Strecke, welche dem Arbeitsspalt 25 entspricht, i die zweite Magnetspule 4 gegen die Kraft der Rückstellfeder 17 hineingezogen. Dadurch wird die Ventilnadel 13 in Öffnungsrichtung über den zweiten Flansch 15 vom Anker 3 mitgenommen. Am abspritzseitigen Ende der Ventilnadel 13 ist ein nicht dargestellter Ventilschließkörper ausgebildet, welcher durch die Bewegung der Ventilnadel 13 von einer nicht dargestellten Ventilsitzfläche abhebt und dadurch das Brennstoffeinspritzventil 1 öffnet.
Der zwischen dem zweiten Ankerteil 5b und dem zweiten Kernteil 9 ausgebildete Arbeitsspalt 25 ist nu geschlossen. Ein gleich großer Arbeitsspalt 25 befindet sich in geöffnetem Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 zwischen dem ersten Ankerteil 5a und dem ersten Kernteil 8.
Zur Vorbereitung auf den Schließvorgang wird die erste Magnetspule 2 wieder bestromt, so daß der Anker 3 eine Kraft in Richtung der ersten Magnetspule 2 erfährt, die jedoch aufgrund des Arbeitsspalts 25 kleiner als die durch die zweite Magnetspule 4 ausgeübte Kraft ist. Schaltet man nun den die zweite Magnetspule 4 erregenden Strom ab, wird der Anker 3 durch die Summe der Kräfte der Rückstellfeder 17 und der ersten Magnetspule 2 zusammen mit der Ventilnadel 13 in Abspritzrichtung beschleunigt. Durch das vorherige Bestromen der ersten Magnetspule 2 und das resultierende Abfallen des Ankers 3 vom zweiten Kernteil 9 wird e ne schnelle Schließbewegung erreicht. Kurze und vor allem präzise Schließzeiten, welche nur noch geringfügig von Adhäsion und Wirbelströmen beeinträchtigt sind, s nd die positive Folge.
In Fig. 2 s nd qualitativ die während des Öffnungs- und Schließvorgangs des Brennstoffeinspritzventils 1 herrschenden Kräfte dargestellt.
Das obere Diagramm deutet den elektrischen Steuerbefehl tx für die Ventilöffnung an. Im zweiten mittleren Diagramm sind die wirkenden Magnetkräfte Fmag als Funktion der Zeit t dargestellt. Dabei ist oberhalb der Zeitachse die Magnetkraft der zweiten Magnetspule 4 dargestellt, während unterhalb der Zeitachse die Magnetkraft der ersten Magnetspule 2 dargestellt ist. Zur Vorbereitung auf das Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 1 werden die erste Magnetspule 2 und die zweite Magnetspule 4 gleichzeitig mit einem betragsmäßig etwa gleichen, aber entgegengesetzt gerichteten Erregerstrom bestromt. Haben beide Magnetfelder ihre volle Stärke erreicht, wird zum Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 1 die erste Magnetspule 2 abgeschaltet. Die Magnetkraft der zweiten Magnetspule 4 zieht den Anker 3 m Öffnungsrichtung an. Schlägt der Anker 3 am zweiten Kernteil 9 an, kann die Magnetkraft durch Zurückregeln des Erregerstromes auf die notwendige Haltekraft reduziert werden.
Zur Vorbereitung auf das Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1 wird d e erste Magnetspule 2 wieder bestromt und gleichzeitig der Erregerstrom durch die zweite Magnetspule 4 wieder erhöht. Dadurch übt die erste Magnetspule 2 wieder eine Magnetkraft auf den Anker 3 aus, welche nach Abschalten der zweiten Magnetspule 4 gemeinsam mit der Kraft der Rückstellfeder 17 über den ersten Flansch 14 und den zweiten Flansch 15 die Ventilnadel 13 in Schließrichtung bewegt. Nach Beendigung der Flugphase des Ankers 3 sinkt die Magnetkraft nach Abschalten αes die erste Magnetspule 2 erregenden Stromes langsam auf Null ab.
Das untere Diagramm Fig. 2 stellt die Summe der Kräfte (Magnetkraft der ersten und zveiten Magnetspule 2 und 4 sowie die Ruckstellkraft der Rückstellfeder 17) dar. Werden m der Vorcereitungspnase auf das Offnen des Brennstoffeinspritzventils 1 die erste Magnetspule 2 und die zweite Magnetspule 4 bestromt, bleibt als resultierende Kraft lediglich die Rückstellkraft der Ruckstellfeder 17 übrig, da die Magnetfelder gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet sind. Die Ruckstellfeder 17 hält das Brennstoffemspritzventil 1 m dieser Phase geschlossen. Wird die erste Magnetspule 2 abgeschaltet, übersteigt die Magnetkraft der zweiten Magnetspule 4 die Rückstellkraft der Rückstellfeder 17, wodurch das Brennstoffemspritzventil 1 geöffnet wird. Hat der Anker 3 seine Endposition erreicht, nimmt die Magnetkraft durch das Hinunterregeln des Erregerstroms auf die Haltestromstärke wieder ab. Sie übersteigt aber immer noch die Kraft der Rückstellfeder 17, so daß das Brennstoffemspritzventil 1 m der geöffneten Stellung verbleibt. Wird zur Vorbereitung des Schließvorgangs die erste Magnetspule 2 wieder bestromt, hat dies zunächst keine Auswirkung auf die herrschenden Kraftverhältnisse. Erst wenn die zweite Magnetspule 4 ausgeschaltet wird, wirken nur noch die Magnetkraft der ersten Magnetspule 2 und die Rücksteilkraft der Rückstellfeder 17 m die gleiche Richtung, wodurch das Brennstoffemspritzventil 1 geschlossen wird.
Fig. 3 zeigt m einer ausschnittsweisen Schnittdarstellung ein Detail des m Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich III m Fig. 1. Zur Verdeutlichung der Wirkung der nichtmagnetisierbaren Schicht 11 zwischen dem ersten Stegteil 10a und dem zweiten Stegteil 10b zwischen der ersten Magnetspule 2 und der zweiten Magnetspule 4 ist der Bestromungszustand der ersten Magnetspule 2 und der zweiten Magnetspule 4 wahrend der geöffneten Phase des Brennstoffeinspritzventils 1 dargestellt. In der Zeichnung sind nur diejenigen Teile des Brennstoffeinspritzventils 1 dargestellt, welche zur Erläuterung der Wirkungsweise benötigt werden. Dabei sind bereits beschriebene Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Aus den in Fig. 3 dargestellten Magnetfeldl ien 30 ist ersichtlich, daß diese bedingt durch die Geometrie der Anordnung und die Lage der nichtmagnetisierbaren Schicht 11 lediglich das Ventilgehäuse 20 im Bereich der zweiten Magnetspule 4, das zweite Kernteil 9 und das zweite Ankerteil 5b durchdringen. Diejenigen Anteile des Magnetfeldes, welche das erste Ankerteil 5a, das Ventilgehäuse 20 im Bereich der ersten Magnetspule 2 sowie das erste Kernteil 8 durchdringen, sind äußerst gering. Das Material der nicht magnetisierbaren Schicht 11 sowie ihre Lage zwischen der ersten Magnetspule 2 und der zweiten Magnetspule 4 und ihre axiale Ausdehnung können so gewählt werden, daß die Verluste nahezu verschwinden. Die Lage der Schicht 11 ermöglicht die Optimierung entweder des Öffnungsoder des Schließvorgangs, je nachdem ob die Schicht 11 näher an der ersten Magnetspule 2 oder der zweiten Magnetspule 4 angeordnet ist, da entweder das erste Ankerteil 5a oder das zweite Ankerteil 5b stärker durch das jeweilige Magnetfeld beeinflußt wird. Zur einfacheren Herstellung des Ventilgehäuses 20, wenn es beispielsweise wünschenswert ist, das Ventilgehäuse 20 einstückig auszubilden, braucht die radiale Ausdehnung der Schicht 11 nicht das ganze Ventilgehäuse 20 zu teilen. Es genügt, einen Schlitz bis zur gewünschten radialen Ausdehnung im Ventilgehäuse 20 anzubringen und diesen mit der nichtmagnetisierbaren Schicht 11 zu füllen.
Zur Verdeutlichung der eingangs erwähnten axialen Schütze 21 wird in Fig. 4A und Fig. 4B m einer radialen Schnittdarstellung die Diffusion des magnetischen Feldes und in den Fig. 5A und 5B in einer radialen Schnittdarstellung der Verlauf der Wirbelströme im Kernteil 8 dargestellt. Die Schnitte verlaufen entlang der Linie IV- IV, V-V in Fig. 1. Fig. 4A zeigt zum Vergleich ein ungeschlitztes Kernteil 8 in einem radialen Schnitt entlang der Linie IV- IV und die Diffusion des im Kernteil 8 induzierten Magnetfeldes der ersten Magnetspule 2.
Fig. 4B zeigt das Kernteil 8 in einem radialen Schnitt entlang der Linie IV- IV in einem zweifach geschlitzten Bereich und die Diffusion des im Kernteil 8 induzierten Magnetfeldes der ersten Magnetspule 2. Durch die Schlitze 21 ist das Kernteil 8 in zwei Teile 8a und 8b unterteilt. Das Magnetfeld ist bedingt durch die Schlitze 21 zwischen den Teilen 8a und 8b nicht kreisförmig geschlossen. Dadurch können Verluste geringer gehalten werden, was sich pcsitiv auf die Ansteuerleistung der Magnetkreise auswirkt.
In Fig. 5A ist zum Vergleich der Verlauf der Wirbelstrcme in einem geschlossenen Kernteil 8 in einem radialen Schnitt entlang der Linie V-V dargestellt. Die Wirbelströme sind durch die ununterbrochene Form des Kernteils 8 stark ausgeprägt und beeinflussen daher die Schließzeit des Brennstoffeinspritzventils 1 erheblich.
In Fig. 5B ist ein Schnitt entlang der Linie V-V durch das doppelt geschlitzte Kernteil 8 dargestellt. Die Wirbeiströme treten hierbei nicht durch die Schlitze 21, sondern bauen sich in den beiden Teilen 8a und 8b wiederum zu geschlossenen Wirbelströmen auf. Die Wirkung der Wirbelströme wird dadurch insgesamt reduziert.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern eignet sich für beliebige Brennstoffeinspritzventile 1 in beliebiger Bauweise, insbesondere auch für nach außen öffnende Brennstoffeinspritzventile 1.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffemspritzventil (1), insbesondere Brennstoffemspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer mit einem Anker (3) zusammenwirkenden ersten Magnetspule (2), einer mit dem Anker (3) zusammenwirkenden zweiten Magnetspule (4) und einer mit dem Anker (3) kraftschlüssig m Verbindung stehenden Ventilnadel (13) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers , dadurch gekennzeichnet, daß mit der ersten Magnetspule (2) eine Kraft m einer Schließrichtung und mit der zweiten Magnetspule (4) eine Kraft m einer Öffnungsrichtung auf den Anker (3) ausübbar ist .
2. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilgehäuse (20) oder als Innenpol dienende Kernteile (8, 9) des Brennstoffeinspritzventils (1) mindestens einen Schlitz (21) axialer Richtung aufweisen.
3. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Schlitz (21) entlang mindestens einer der Magnetspulen (2, 4) erstreckt.
4. Brennstoffemspritzventil nach einem der Ansprücne 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der ersten Magnetspule (2) und der zweiten Magnetspule (4) eine nicht magnetisierbare Schicht (11) befindet .
5. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht magnetisierbare Schicht (11) einen zwischen der ersten Magnetspule (2) und der zweiten Magnetspule (4) angeordneten Steg (10) m ein der ersten Magnetspule (2) zugewandtes erstes Stegteil '10a) und ein der zweiten Magnetspule (4) zugewandtes zweites Stegteil (10b) teilt.
6. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der ersten Magnetspule (2) und der nicht magnetisierbaren Schicht (11) und der Abstand zwischen der zweiten Magnetspule (4) und der nicht magnetisierbaren Schicht (11) unterschiedlicn groß bemessen ist.
7. Brennstoffemspritzventil nacn Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtmagnetisierbare Scnicht (11) sich näher an der ersten Magnetspule (2) als an der zweiten Magnetspule (4) befindet .
8. Brennstoffemspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (3) zweiteilig ausgebildet ist und sich m ein erstes Ankerteil (5a) und ein zweites Ankerteil (5b) gliedert, wobei das erste Ankerteil (5a) über einen ersten Flansch (14) Wirkverbindung mit der Ventilnadel (13) steht und das zweite Ankerteil (5b) über einen zweiten Flansch (15) m Wirkverbindung mit der Ventilnadel (13) steht .
9 . Brennstof f emspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
8 , dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ankerteil (5a) und das zweite Ankerteil (5b) jeweils eine kegelförmige Aussparung (12) aufweisen.
10. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffeinspritzventils (1) , insbesondere eines Brennstoffeinspritzventils (1) für
Brennstoffeinspritzanlagen, mit einer mit einem Anker (3) zusammenwirkenden ersten Magnetspule (2), einer mit dem
Anker (3) zusammenwirkenden zweiten Magnetspule (4) und einer mit dem Anker (3) kraftschlüssig in Verbindung stehenden Ventilnadel (13) zur Betätigung eines
Ventilschließkörpers, wobei mit der ersten Magnetspule (2 eine Kraft m einer Scnließrichtung und mit der zweiten
Magnetspule (4) eine Kraft m einer Offnungsrichtung auf den
Anker (3) ausübbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Öffnen des Brennstoffeinspritzventils (1) zunächst sowohl die erste Magnetspule (2) als auch die zweite
Magnetspule (4) bestromt werden und anschließend die erste
Magnetspule (2) abgeschaltet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schließen des Brennstoffeinspritzventils (1) die erste Magnetspule (2) wieder bestromt wird und anschließend die zweite Magnetspule (4) abgeschaltet wird.
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