WO2007128607A1 - Magnetventil mit geflutetem ankerraum - Google Patents

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WO2007128607A1
WO2007128607A1 PCT/EP2007/052266 EP2007052266W WO2007128607A1 WO 2007128607 A1 WO2007128607 A1 WO 2007128607A1 EP 2007052266 W EP2007052266 W EP 2007052266W WO 2007128607 A1 WO2007128607 A1 WO 2007128607A1
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armature
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magnetic yoke
solenoid valve
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PCT/EP2007/052266
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Nestor Rodriguez-Amaya
Peter Grabandt
Eckart Domroes
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M2200/308—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped using pneumatic means

Definitions

  • DE 199 50 861 A1 relates to a solenoid valve. It is disclosed a solenoid valve, the armature is formed in several parts and has an armature plate and an anchor bolt. The anchor bolt is guided in a slider. In order to avoid ringing of the armature disk after closing the solenoid valve, a damping device is provided on the armature. With such a damping device exactly the required short switching times of the solenoid valve can be maintained.
  • the solenoid valve is intended for use in injection systems with high-pressure accumulator injection systems (common rail) on self-igniting internal combustion engines.
  • a magnetic actuator for actuating a fuel injector comprises a magnetic core, in which a magnetic coil is accommodated.
  • a closing spring acts on the armature in the closing direction.
  • an exit slit for an actuating fluid is formed between an armature facing side of a stop sleeve and the armature.
  • the outlet gap opens into a hydraulic damping chamber, which is delimited by an end face of the magnet armature and by a damping surface made of non-magnetic material.
  • the residual air gaps of the magnetic circuits are designed very small to realize extremely short switching times.
  • the residual air gap is the distance between a magnetic yoke and the armature after its actuation.
  • the fuel which passes due to the pressure relief of a control chamber, for example, in the resulting cavity between the yoke (magnetic core) and the armature is displaced by the very fast switching operation and tends due to the high Abfi foiieri, for vapor bubble formation, ie for cavitation.
  • the vapor bubbles break down, which leads to a high mechanical load, in extreme cases even to cavitation erosion, of the components which are exposed to the high pressures are, who adjust to the sudden implosion of the vapor bubbles.
  • the resulting in the cavitation erosion damage of the components cause the set stroke of an armature assembly is impaired within a solenoid valve, so that it comes to inaccurate, undefined strokes of the armature assembly upon energization of the solenoid of the solenoid valve, which in turn leads to scattering in the combustion chamber injected fuel quantity leads.
  • the present invention has for its object to provide a structural design of a solenoid valve, which avoids damage to the components of a solenoid valve by Kavitationserosion.
  • the contour of either a magnetic yoke of the solenoid valve or the contour of an end face of the armature assembly opposite the magnet yoke is designed so that a large volume of kavitationi- onserosionskritica bodies and a small volume cavitation erosionsunkritica points in the cavity, d. H. in the air gap between the armature and the magnetic yoke of the solenoid valve.
  • the design of the contours either on the armature opposite end face of the magnetic yoke or on the magnet yoke opposite end side of the armature assembly does not affect the magnetic properties of the solenoid valve, in particular the magnetic flux.
  • the residual air gap which adjusts in the energized state of the magnetic yoke between the end face and the end face of the armature assembly, at the edge of the end face of the armature assembly or at the edge of Magnet yokes are designed to be smaller than in the middle. This results in a smaller gap width within the edge region between the end face of the magnetic yoke and the end face of the armature assembly, whereby the flow rate of the fuel from the Cavity between yoke and armature at the end of Ankerhubterrorism throttled, that is slowed down and the Kavitationsne Trent is significantly reduced.
  • Detail Z is an enlarged view of the cavity between an end face of the magnetic yoke and the end face of the armature opposite the magnet yoke,
  • Figure 2 shows a first embodiment of the end face of the anchor in plan trained
  • FIG. 2.1 shows the embodiment variant of a solenoid valve assembly in the energized state shown in FIG.
  • FIG. 3 shows a further embodiment variant of a contouring of the front side of an anchor
  • Figure 4 shows a first embodiment of the contouring of the end face of the yoke with plan trained anchor end face
  • Figure 5 shows a second embodiment of the contouring of the end face of the magnetic yoke with plane executed end face of the armature.
  • FIG. 1 shows a section through a solenoid valve assembly of a fuel injector according to the prior art.
  • a solenoid valve 12 is housed in a fuel injector 10.
  • the fuel injector 10 comprises an injector body 14, in which further components of the fuel injector 10, such as a pressure-relieved control chamber, with which a preferably needle-shaped injection valve member is actuated, are arranged. These further components of the fuel injector 10 are not shown in greater detail in the illustration according to FIG.
  • the solenoid valve 12 comprises a magnetic coil 18, which is enclosed by a magnetic yoke 16.
  • the magnetic yoke 16 is also referred to as a magnetic core.
  • the magnet coil 18 is electrically contacted via at least one coil contact 20.
  • the magnetic yoke 16 is received in the fuel injector 10 via an intermediate plate 22 and an attachment 24 arranged above it.
  • the magnetic yoke 16 is supported on a disk-shaped insert 42 of the fuel injector 10.
  • the magnetic yoke 16 extends through opening 28, in which a sleeve 30 is inserted.
  • the sleeve 30 encloses a closing spring 26, which is supported on the attachment 24.
  • the closing spring 26 encloses an anchor pin 36, which extends at the upper end face of an anchor bolt 34.
  • An anchor plate 32 is also received on the anchor bolt 34.
  • the armature plate 32 and an anchor bolt 34 comprehensive anchor assembly is guided in a guide opening 40 of the disc-shaped insert 42.
  • a guide gap 38 results, via which a control quantity flowing out of the control chamber of the fuel injector 10, not shown in FIG. 1, flows in the direction of a low-pressure side return.
  • the armature disk 32 is attracted by the arrangement shown in FIG. 1 when the magnet coil 18, which is optionally enclosed by a sheath 44, is energized.
  • the anchor bolt 34 connected to the armature disk 32 is pulled up in the vertical direction and releases a discharge throttle of a control chamber acting upon an injection valve member, in which system pressure is present.
  • the system pressure applied to the control chamber is generated by a high pressure source such as a high pressure fuel injection system common rail.
  • Detail Z shows the self-adjusting between the magnetic yoke and the armature disk of the armature assembly cavity in an enlarged view.
  • Reference numeral 68 denotes an end face of the sleeve 30 surrounding the closing spring 26, which is embedded in a passage opening 28 of the magnetic yoke 16 or of the magnetic core.
  • the gap between the flat end face 58 of the magnetic yoke 16 and the flat end face 54 of the armature disk 32 has a substantially constant course in the radial direction, which results in the occurrence of cavitation bubbles when the solenoid valve 12 is switched the high flow rate from the cavity 50 favors.
  • Figure 2 shows a first embodiment of the contour of an end face of an anchor according to the inventive solution.
  • the valve spring 26 encloses the anchor pin 36 which is formed on the upper end face of the anchor bolt 34 and acts on the upper end face of the anchor bolt 34.
  • the armature disk 32 is located on the anchor bolt 34 in a force, positive or material fit Z plan formed end face 54 of the armature disk 32 is, according to the proposed solution according to the invention, provided with a conical recess 56.
  • the conical recess 56 extends radially outwards from the seat face of the armature disk 32 on the circumference of the anchor bolt 34 and is constructed in such a way that the conical recess 56 forms a maximum recess (see illustration according to FIG.
  • Figure 2.1 shows the illustrated in Figure 2, fiction, contemporary design of the solenoid valve assembly in the energized state of the solenoid valve.
  • the armature disk 32 In energized state of the magnet yoke 16 enclosed by the magnetic coil 18, the armature disk 32 is attracted and moves into the cavity 50 as shown in Figure 2 inside.
  • the existing in the cavity 50 control volume is displaced and flows in the radial direction sideways from the cavity 50 from.
  • the outflow velocity of the control volume contained in the cavity 50 is throttled by an air gap 60 with throttle effect, which adjusts the outer edge of the armature disk 32 with respect to the flat end face 58 of the magnetic yoke 16, so that the inclination of the flowing out of the cavity 50 fuel volume to Cavitation is significantly reduced.
  • Reference numeral 52 denotes an averaged residual air gap, which represents an average value between the air gap 62 at its longest extent and an air gap in the edge region between the armature disk 32 and the planar end face 58 of the magnetic yoke 16.
  • cavitation bubbles which have formed there can be made to implode, so that the damage to the front side 54 can be considerably reduced by cavitation erosion.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the solenoid valve assembly proposed according to the invention.
  • an annular, trough-shaped recess 66 is formed on the end face 54 of the armature disk 32. Seen in the radial direction, the trough-shaped recess 66 on the end face 54 of the kerusion 32 bounded by an edge web 64.
  • the edge web 64 takes over the throttle effect similar to the conical tapered recess 56 according to the embodiment of the solenoid valve 12 shown in Figure 2.
  • the volume of fuel displaced from the cavity 50 flows through a gap that extends between the plane-shaped end face 58 of the magnetic yoke 16 and the upper side of the edge web 64 sets in the radial direction from the cavity 50 from.
  • the discharge rate of the control volume from the cavity 50 is limited, which considerably reduces the tendency of the control volume contained therein to cavitate.
  • the sleeve 60 which surrounds the closing spring 26, is located in the passage opening 28 in the magnetic yoke 16.
  • the closing spring 26 encloses with their individual turns the formed on the front side of the anchor bolt 34 anchor pin 36.
  • the cavity 50 between the end face 54 of the armature disk 32 and the end face 58 of the magnetic yoke 16 is limited, which is executed plan.
  • FIG. 4 shows a further embodiment variant of the solenoid valve assembly proposed according to the invention.
  • the end face 58 of the magnetic yoke 16 is contoured in the illustration of Figure 4, whereas the end face 54 of the armature disk 32 is formed flat.
  • the trough-shaped recesses 66 formed on the front side 54 according to the embodiment in FIG. 3 are not on the front side 54 of the armature disk 32 but on the front side 58 of the magnetic yoke 16.
  • the vane-shaped recess 66 on the end face 58 is delimited by an edge web 64 formed in the magnetic yoke 16, whereby an action with respect to the reduction of the discharge rate of control volume from the cavity 50 analogous to the embodiment of FIG.
  • the end face 54 of the armature disk 32 ends flush with the end face of the anchor bolt 34, on which the anchor pin 36 is located, which projects into the interior of the closing spring 26.
  • the ring-shaped, trough-shaped recess 66 formed in the magnetic yoke 16 is capable of attenuating the stroke movement of the armature disk 32 in the direction of the magma. netjoch to afford 16, in the event that the magnet yoke 16 enclosed by the magnetic coil 18 is energized via the at least one coil contact 20 shown in Figure 1.
  • FIG. 5 shows an embodiment of the solenoid valve assembly proposed according to the invention, in which the end face of the magnetic yoke 16 is provided with a conically formed recess.
  • FIG. 5 represents a reversal of the embodiment variant according to the representations in FIGS. 2 and 2.1.
  • the conically shaped recess 56 is located on the end face 58 of the magnetic yoke 16 or magnetic core. This still has the sleeve 30, which surrounds the closing spring 26.
  • the closing spring 26 is supported, the anchor pin 36 of the anchor bolt 34 enclosing, on the front side of the anchor bolt 34 from.
  • the cavity 50 between the front side 58 of the magnetic yoke 16 and the front side 54 of the armature disk 32 increases upon cancellation of the energization of the solenoid 18 of the solenoid valve 12, since the anchor bolt 34 is pressed by the closing spring 36 in its closed position in which a closing element not shown in detail, a pressure relief of a control chamber for actuating an injection valve member terminated.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor (10) mit einem Magnetventil (12), welches ein Magnetjoch (16) und eine Magnetspule (18) sowie einen Anker (32, 34) umfasst. Der Anker (32, 34) ist durch eine Schließfeder (26) in Schließrichtung beaufschlagt. Zwischen einer Stirnseite (58) des Magnetjochs (16) und einer Stirnseite (54) des Ankers (32, 34) verläuft ein steuermengenaufnehmender Hohlraum (50). An mindestens einer der Stirnseiten (54, 58) ist eine das Volumen des Hohlraumes (50) vergrößernde Ausnehmung (56, 66) ausgebildet.

Description

Beschreibung
Titel
Magnetventil mit geflutetem Ankerraum
Stand der Technik
DE 199 50 861 Al bezieht sich auf ein Magnetventil. Es wird ein Magnetventil offenbart, dessen Magnetanker mehrteilig ausgebildet ist und eine Ankerscheibe sowie einen Ankerbolzen aufweist. Der Ankerbolzen ist in einem Gleitstück geführt. Um ein Nachschwingen der Ankerscheibe nach einem Schließen des Magnetventils zu vermeiden, ist am Anker eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen. Mit einer solchen Dämpfungseinrichtung sind exakt die erforderlichen kurzen Schaltzeiten des Magnetventils einhaltbar. Das Magnetventil ist bestimmt zur Anwendung bei Einspritzanlagen mit Hochdruckspeichereinspritzsystemen (Common rail) an selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen.
Aus DE 103 05 985 Al ist ein prellerfreier Magnetsteller für Einspritzventile bekannt. Ein Magnetsteller zur Betätigung eines Kraftstoffinjektors umfasst einen Magnetkern, in dem eine Magnetspule aufgenommen ist. Eine Schließfeder wirkt auf den Magnetanker in Schließrichtung. Zwischen einer dem Magnetanker zuweisenden Seite einer Anschlaghülse und dem Magnetanker ist ein Austrittsspalt für ein Betätigungsfluid gebildet. Der Austrittsspalt mündet in einen hydraulischen Dämpfungsraum, der von einer Stirnseite des Magnetankers und von einer Dämpfungsfiäche aus nicht-magnetischem Werkstoff begrenzt ist.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Magnetventilen werden zur Realisierung extrem kurzer Schaltzeiten die Restluftspalte der Magnetkreise sehr klein ausgelegt. Als Restluftspalt wird der Abstand zwischen einem Magnetjoch und dem Anker nach dessen Betätigung bezeichnet. Der Kraftstoff, der aufgrund der Druckentlastung eines Steuerraums zum Beispiel in den sich ergebenden Hohlraum zwischen dem Magnetjoch (Magnetkern) und den Anker gelangt, wird durch den sehr schnell ablaufenden Schaltvorgang verdrängt und neigt dazu, bedingt durch die hohe Abfiießgeschwindigkeit, zur Dampfblasenbildung, d. h. zur Kavitation. Bei der darauf folgenden Wiederbefüllung des Hohlraums mit Kraftstoff brechen die Dampfblasen zusammen, was zu einer hohen mechanischen Belastung, im Extremfall gar zur Kavitationserosion, der Bauteile führt, die den hohen Drücken ausgesetzt sind, die sich bei der schlagartigen Implosion der Dampfblasen einstellen. Die sich bei der Kavitationserosion ergebenden Beschädigungen der Bauteile führen dazu, dass der eingestellte Hub einer Ankerbaugruppe innerhalb eines Magnetventils beeinträchtigt wird, so dass es zu ungenauen, Undefinierten Hüben der Ankerbaugruppe bei Bestromung der Magnetspule des Magnetventils kommt, was wiederum zu Streuungen der in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmenge führt.
Offenbarung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktive Ausgestaltung eines Magnetventils bereitzustellen, welche Beschädigungen der Komponenten eines Magnetventils durch Kavitationserosion vermeidet.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, wird die Kontur entweder eines Magnetjochs des Magnetventiles oder die Kontur einer dem Magnetjoch gegenüberliegenden Stirnseite der Ankerbaugruppe so ausgelegt, dass sich ein großes Volumen an kavitati- onserosionskritischen Stellen und ein kleines Volumen an kavitationserosionsunkritischen Stellen im Hohlraum, d. h. im Luftspalt zwischen dem Anker und dem Magnetjoch des Magnetventils einstellt. Die Auslegung der Konturen entweder an der dem Anker gegenüberliegenden Stirnseite des Magnetjochs oder an der dem Magnetjoch gegenüberliegenden Stirnseite der Ankerbaugruppe, beeinflusst die magnetischen Eigenschaften des Magnetventils, insbesondere den magnetischen Fluss, nicht.
Durch die vorgeschlagene Konturierung entweder des Magnetjochs oder der Stirnseite der Ankerbaugruppe werden innerhalb des vergrößerten Volumens sich einstellende Kavitationsblasen zur Implosion gebracht, wodurch die Oberflächenbeanspruchung sowohl der Stirnseite des Magnetjochs als auch insbesondere der Stirnseite der Ankerbaugruppe erheblich herabgesetzt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Konturierung entweder der Stirnseite des Magnetjochs oder der Stirnseite der Ankerbaugruppen, kann der Restluftspalt, der sich im bestrom- ten Zustand des Magnetjoches zwischen dessen Stirnseite und der Stirnseite der Ankerbaugruppe einstellt, am Rande der Stirnseite der Ankerbaugruppe oder am Rand des Magnetjo- ches kleiner ausgelegt werden als in der Mitte. Dadurch stellt sich eine kleinere Spaltweite innerhalb des Randbereiches zwischen der Stirnseite des Magnetjoches und der Stirnseite der Ankerbaugruppe ein, wodurch die Abfließgeschwindigkeit des Kraftstoffes aus dem Hohlraum zwischen Magnetjoch und Anker am Ende der Ankerhubbewegung gedrosselt, d. h. verlangsamt wird und die Kavitationsneigung erheblich herabgesetzt wird.
Ein weiterer durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung erzielbarer Vorteil ist darin zu erblicken, dass eine gedämpfte Bewegungsbegrenzung der Ankerbaugruppe mit einer geringeren mechanischen Beanspruchung der Bauteile des Magnetventils erfolgt, was die Lebensdauer des vorgeschlagenen Magnetventiles erheblich erhöht.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 eine Magnetventilbaugruppe eines Kraftstoffinjektors gemäß des Standes der Technik,
Detail Z eine vergrößerte Darstellung des Hohlraumes zwischen einer Stirnseite des Magnetjochs und der Stirnseite des dem Magnetjoches gegenüberliegenden Ankers,
Figur 2 eine erste Ausführungsvariante der Stirnseite des Ankers bei plan ausgebildeter
Stirnseite des Magnetjoches im unbestromten Zustand des Magnetventils,
Figur 2.1 die in Figur 2 dargestellte Ausführungsvariante einer Magnetventilbaugruppe im bestromten Zustand,
Figur 3 eine weitere Ausführungsvariante einer Konturierung der Stirnseite eines An- kers,
Figur 4 eine erste Ausführungsvariante der Konturierung der Stirnseite des Magnetjoches mit plan ausgebildeter Ankerstirnfläche und
Figur 5 eine zweite Ausführungsvariante der Konturierung der Stirnseite des Magnetjoches bei plan ausgeführter Stirnfläche des Ankers. -A- Ausführungsvarianten
Aus der Darstellung gemäß Figur 1 geht ein Schnitt durch eine Magnetventilbaugruppe eines Kraftstoffinjektors gemäß des Standes der Technik hervor.
In einem Kraftstoffinjektor 10 ist ein Magnetventil 12 untergebracht. Der Kraftstoffinjektor 10 umfasst einen Injektorkörper 14, in dem weitere Komponenten des Kraftstoffinjektors 10, wie zum Beispiel ein druckentlastbarer Steuerraum, mit dem ein bevorzugt nadeiförmig ausgebildetes Einspritzventilglied betätigbar ist, angeordnet sind. Diese weiteren Kompo- nenten des Kraftstoffinjektors 10 sind in der Darstellung gemäß Figur 1 nicht näher gezeigt.
Das Magnetventil 12 umfasst eine Magnetspule 18, welche von einem Magnetjoch 16 umschlossen ist. Das Magnetjoch 16 wird auch als Magnetkern bezeichnet. Die Magnetspule 18 wird über mindestens eine Spulenkontaktierung 20 elektrisch kontaktiert. Das Magnet- joch 16 wird über eine Zwischenplatte 22 und eine darüber angeordnete Befestigung 24 im Kraftstoffinjektor 10 aufgenommen. Das Magnetjoch 16 stützt sich auf einem scheibenförmigen Einsatz 42 des Kraftstoffinjektors 10 ab.
Im Magnetjoch 16 verläuft eine Durchgangsöffnung 28, in welche eine Hülse 30 eingelassen ist. Die Hülse 30 umschließt eine Schließfeder 26, die sich an der Befestigung 24 abstützt. Die Schließfeder 26 umschließt einen Ankerzapfen 36, der sich an der oberen Stirnseite eines Ankerbolzens 34 erstreckt. Am Ankerbolzen 34 ist darüber hinaus eine Ankerscheibe 32 aufgenommen.
Die eine Ankerscheibe 32 und einen Ankerbolzen 34 umfassende Ankerbaugruppe ist in einer Führungsöffnung 40 des scheibenförmigen Einsatzes 42 geführt. Zwischen dem Außenumfang der Ankerscheibe 32 und dem Innendurchmesser der Führungsöffnung 40 im scheibenförmigen Einsatz 42 ergibt sich ein Führungsspalt 38, über welchen eine aus dem in Figur 1 nicht dargestellten Steuerraum des Kraftstoffinjektors 10 abströmende Steuermenge in Richtung eines niederdruckseitigen Rücklaufes abströmt.
Über die in Figur 1 dargestellte Anordnung wird bei Bestromung der optional von einer Umhüllung 44 umschlossenen Magnetspule 18, die Ankerscheibe 32 angezogen. Dadurch wird der mit der Ankerscheibe 32 verbundene Ankerbolzen 34 in vertikale Richtung aufge- zogen und gibt eine Ablaufdrossel eines ein Einspritzventilglied beaufschlagenden Steuerraumes frei, in dem Systemdruck ansteht. Der Systemdruck, mit welchem der Steuerraum beaufschlagt ist, wird durch eine Hochdruckquelle wie zum Beispiel einen Hochdruckspeicherraum (Common rail) eines Hochdruckkraftstoffeinspritzsystems erzeugt. Bei Druckent- lastung des Steuerraumes durch Öffnen eines Schließelementes tritt eine Steuermenge aus dem Steuerraum aus und strömt einem niederdruckseitigen Ablauf zu und passiert dabei einen in Figur 2 näher dargestellten Hohlraum 50 zwischen der Ankerscheibe 32 und dem Magnetjoch 16 des Magnetventils 12.
Detail Z zeigt den sich zwischen dem Magnetjoch und der Ankerscheibe der Ankerbaugruppe einstellenden Hohlraum in vergrößerter Darstellung.
Aus dem Detail z geht hervor, dass der Hohlraum 50 zwischen einer Stirnseite 54 der An- kerscheibe 32 und einer Stirnseite 58 des Magnetjoches 16 (Magnetkern) liegt und von der plan ausgeführten Stirnseite 58 des Magnetjoches 16 und der ebenfalls plan ausgeführten Stirnseite 54 der Ankerscheibe 32 begrenzt ist. Mit Bezugszeichen 68 ist eine Stirnseite der die Schließfeder 26 umschließenden Hülse 30 bezeichnet, die in einer Durchgangsöffnung 28 des Magnetjoches 16 beziehungsweise des Magnetkerns eingelassen ist. Aus dem Detail Z geht hervor, dass der Spalt zwischen der plan ausgeführten Stirnseite 58 des Magnetjochs 16 und der plan ausgebildeten Stirnseite 54 der Ankerscheibe 32 in radiale Richtung gesehen einen im Wesentlichen konstanten Verlauf hat, was das Auftreten von Kavitationsblasen beim Schalten des Magnetventils 12 aufgrund der hohen Abfließgeschwindigkeit aus dem Hohlraum 50 begünstigt.
Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsvariante der Kontur einer Stirnseite eines Ankers nach der erfindungsgemäßen Lösung.
Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass die Stirnseite 28 des Magnetjochs 16 nach wie vor plan ausgeführt ist. Die Ventilfeder 26 umschließt den Ankerzapfen 36, der an der oberen Stirnseite des Ankerbolzens 34 ausgebildet ist und beaufschlagt die obere Stirnseite des Ankerbolzens 34. Am Ankerbolzen 34 befindet sich kraft-, form- oder stoffschlüssig aufgenommen die Ankerscheibe 32. Die in der Darstellung gemäß Detail Z plan ausgebildete Stirnseite 54 der Ankerscheibe 32 wird, der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lö- sung folgend, mit einer konischen Ausnehmung 56 versehen. Die konische Ausnehmung 56 erstreckt sich von der Sitzfiäche der Ankerscheibe 32 am Umfang des Ankerbolzens 34 radial nach außen und ist derart konstruiert, dass die konische Ausnehmung 56 eine Maximalvertiefung bildet (vgl. Darstellung gemäß Figur 2.1), ab deren Radiallage die konische Ausnehmung 56 radial zum Randbereich der Ankerscheibe 32 ausläuft. Durch die konische Ausnehmung 56 an der Stirnseite 54 der Ankerscheibe 32 entsteht an der kavitationskritischen Stelle ein großes Volumen und weiter am Randbereich der Stirnseite 54 der Ankerscheibe 32 ein kleineres Volumen. Der Randbereich der Ankerscheibe 32 stellt einen kavitationsunkritischen Bereich innerhalb des Hohlraumes 50 dar. Der im Hohlraum 50 enthaltene Kraftstoff, der aufgrund der hohen Abfließgeschwindigkeiten aus dem Hohlraum 50 zur Bildung von Kavitationsblasen in diesem neigt, bildet ein Dämpfungsvolumen zwischen der Stirnseite 68 der Hülse 30 und der Stirnseite des Ankerbolzens 34, an dem die Ankerscheibe 32 befestigt ist.
Figur 2.1 zeigt die in Figur 2 dargestellte, erfindungs gemäße Ausführung der Magnetventilbaugruppe in bestromten Zustand des Magnetventiles.
In bestromten Zustand der von dem Magnetjoch 16 umschlossenen Magnetspule 18 wird die Ankerscheibe 32 angezogen und bewegt sich in den Hohlraum 50 gemäß der Darstellung in Figur 2 hinein. Das im Hohlraum 50 vorhandene Steuermengenvolumen wird verdrängt und fließt in radiale Richtung seitwärts aus dem Hohlraum 50 ab. Die Abflussge- schwindigkeit des im Hohlraum 50 enthaltenen Steuermengenvolumens wird durch einen Luftspalt 60 mit Drosselwirkung, der sich am Außenrand der Ankerscheibe 32 gegenüber der plan ausgebildeten Stirnseite 58 des Magnetjochs 16 einstellt, gedrosselt, so dass die Neigung des aus dem Hohlraum 50 abströmenden Kraftstoffvolumens zur Kavitation erheblich reduziert wird. Des weiteren wird durch die sich ringförmig an der Stirnseite 54 der Ankerscheibe 32 erstreckende, konische Ausnehmung 56 im Bereich eines Luftspaltes 62 ein größeres Volumen gebildet, welches an der kavitationskritischsten Stelle der Stirnfläche 54 der Ankerscheibe 32 liegt. Bezugszeichen 52 bezeichnet einen gemittelten Restluftspalt, der einen Mittelwert zwischen dem Luftspalt 62 an seiner längsten Erstreckung und einem Luftspalt im Randbereich zwischen der Ankerscheibe 32 und der plan ausgebildeten Stirnseite 58 des Magnetjochs 16 darstellt.
In der Figur 2.1 dargestellten Position bei bestromter Magnetspule 18 des Magnetventiles 12 liegt die Stirnseite des Ankerbolzens 34, an dem der Ankerzapfen 36 ausgebildet ist, am Anschlag 68, der die Schließfeder 26 umschließenden Hülse 30 an.
In dem durch den innenliegenden Luftspalt 62 definierten Volumen können Kavitationsbla- sen, die sich dort gebildet haben zur Implosion gebracht werden, so dass die Beschädigungen der Stirnseite 54 durch Kavitationserosion erheblich reduziert werden können.
Der Darstellung gemäß Figur 3 ist eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetventilbaugruppe zu entnehmen.
Der Darstellung gemäß Figur 3 ist entnehmbar, dass an der Stirnseite 54 der Ankerscheibe 32 eine ringförmig verlaufende, wannenförmige Ausnehmung 66 ausgebildet ist. In radialer Richtung gesehen, wird die wannenförmige Ausnehmung 66 an der Stirnfläche 54 der An- kerscheibe 32 durch einen Randsteg 64 begrenzt. Der Randsteg 64 übernimmt die Drosselwirkung ähnlich wie die konisch auslaufende konische Vertiefung 56 gemäß der in Figur 2 dargestellten Ausführungsvariante des Magnetventils 12. Im angezogenen Zustand der Ankerscheibe 32 bei bestromter Magnetspule 18, strömt das aus dem Hohlraum 50 verdrängte Kraftstoffvolumen über einen Spalt, der sich zwischen der plan ausgebildeten Stirnseite 58 des Magnetjochs 16 und der Oberseite des Randstegs 64 einstellt, in radiale Richtung aus dem Hohlraum 50 ab. Durch die über den Randsteg 64 an der Stirnseite 54 der Ankerscheibe 32 entstehende Drosselwirkung wird die Abfiießgeschwindigkeit des Steuermengenvolumens aus dem Hohlraum 50 begrenzt, was die Kavitationsneigung des dort enthaltenen Steuermengenvolumens erheblich vermindert. Da in der wannenförmigen Ausnehmung 66 an der Stirnseite 54 der Ankerscheibe 32 ein Kraftstoffvolumen enthalten bleibt, ist eine Dämpfung der Hubbewegung der Ankerbaugruppe, die Ankerscheibe 32 und den Ankerbolzen 34 umfassend, erreichbar. Analog zu den Ausführungsvarianten gemäß den Figuren 2 und 2.1 befindet sich in der Durchgangsöffnung 28 im Magnetjoch 16 die Hülse 60, welche die Schließfeder 26 umschließt. Die Schließfeder 26 umschließt mit ihren Einzelwindungen den an der Stirnseite des Ankerbolzens 34 ausgebildeten Ankerzapfens 36. In der Darstellung gemäß Figur 3, ist der Hohlraum 50 zwischen der Stirnseite 54 der Ankerscheibe 32 und die Stirnseite 58 des Magnetjochs 16 begrenzt, die plan ausgeführt ist.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetventilbaugruppe.
In Abwandlung der in Figur 2 und 3 dargestellten Ausführungsvariante ist in der Darstellung gemäß Figur 4 die Stirnseite 58 des Magnetjochs 16 konturiert, wohingegen die Stirnfläche 54 der Ankerscheibe 32 plan ausgebildet ist. In der Darstellung gemäß Figur 4 befinden sich die gemäß der Ausführungsvariante in Figur 3 an der Stirnseite 54 ausgebildeten, wannenförmigen Ausnehmungen 66, nicht an der Stirnseite 54 der Ankerscheibe 32 sondern an der Stirnseite 58 des Magnetjochs 16. Die wannenförmige Ausnehmung 66, die an der Stirnseite 58 des Magnetjochs 16 ausgebildet ist, verläuft an der Stirnseite 58 in Ringform. Die wan- nenförmige Ausnehmung 66 an der Stirnseite 58, wird durch einen im Magnetjoch 16 ausgebildeten Randsteg 64 begrenzt, wodurch sich eine Wirkungsweise in Bezug auf die Verringerung der Abfließgeschwindigkeit von Steuermengenvolumen aus dem Hohlraum 50 analog zur Ausführungsvariante gemäß Figur 3, einstellt. Die Stirnfläche 54 der Ankerscheibe 32 endet bündig mit der Stirnfläche des Ankerbolzens 34, an dem sich der Anker- zapfen 36 befindet, der in das Innere der Schließfeder 26 hineinragt. Die im Magnetjoch 16 ausgebildete, ringförmig verlaufende, wannenförmige Ausnehmung 66 vermag ein Dämpfungsbeitrag hinsichtlich der Hubbewegung der Ankerscheibe 32 in Richtung auf das Mag- netjoch 16 zu leisten, für den Fall, dass die vom Magnetjoch 16 umschlossene Magnetspule 18 über die in Figur 1 dargestellten mindestens eine Spulenkontaktierung 20 bestromt wird.
Der Darstellung gemäß Figur 5 schließlich ist eine Ausführungsvariante der erfindungsge- maß vorgeschlagenen Magnetventilbaugruppe zu entnehmen, bei dem die Stirnseite des Magnetjochs 16 mit einer konisch ausgebildeten Ausnehmung versehen ist.
Die Darstellung gemäß Figur 5 stellt eine Umkehrung der Ausführungsvariante gemäß den Darstellungen in den Figuren 2 und 2.1 dar. Gemäß der in Figur 5 dargestellten Ausfüh- rungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetventilbaugruppe befindet sich die konisch ausgebildete Ausnehmung 56 an der Stirnseite 58 des Magnetjochs 16 beziehungsweise des Magnetkerns. Dieser weist nach wie vor die Hülse 30 auf, welche die Schließfeder 26 umgibt. Die Schließfeder 26 stützt sich, den Ankerzapfen 36 des Ankerbolzens 34 umschließend, auf der Stirnseite des Ankerbolzens 34 ab. Durch die konische Geo- metrie der Ausnehmung 56 an der Stirnseite 58 des Magnetjochs 16 wird einerseits ein hohes Volumen an der kavitationskritischsten Stelle zur Verfügung gestellt, indem bei Anziehen der Ankerscheibe 32 und dem daraus resultierenden Abfließen von Steuermengenvolumen in diesem gebildete Kavitationsblasen zur Implosion gebracht werden können, ohne dass es zu Kavitationserosion sowohl an der plan ausgebildeten Stirnfläche 54 der Anker- scheibe 32, als auch an der Stirnseite 58 des Magnetkerns 16 kommt. Darüber hinaus bildet die an der Stirnfläche 58 ausgebildete konische Ausnehmung 56 ein Dämpfungsvolumen, durch welches die Anschlagbewegung der Stirnseite des Ankerbolzens 34 an den Anschlag 68 der Hülse 30 gedämpft werden kann. Idealerweise lässt sich durch das im Hohlraum 50 aufgenommene Steuermengenvolumen ein Materialkontakt zwischen der Stirnseite des An- kerbolzens 34 und der Stirnseite 68 der Hülse 30, welche die Schließfeder 26 umschließt, vollständig vermeiden. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass sich der in Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 5 dargestellte Hohlraum 50 bei Bestromung der Magnetspule 18, die vom Magnetjoch 16 umschlossen ist, durch die Anziehbewegung der Ankerscheibe 32 kontinuierlich verkleinert, wodurch es zu den hohen Abströmgeschwindigkeiten von Steu- ermengenvolumen aus dem sich kontinuierlich verkleinernden Hohlraum 50 kommt. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung, lassen sich etwa in der Mitte des Radius" der Ankerscheibe 32 große Volumina darstellen und im Randbereich in radiale Richtung bezogen auf die Ankerscheibe 32, geringe Volumina einstellen. Der Hohlraum 50 zwischen der Stirnseite 58 des Magnetjochs 16 und der Stirnseite 54 der Ankerscheibe 32 vergrößert sich bei Aufhebung der Bestromung der Magnetspule 18 des Magnetventiles 12, da der Ankerbolzen 34 durch die Schließfeder 36 in seine Schließstellung gedrückt wird, in der ein nicht näher dargestelltes Schließelement eine Druckentlastung eines Steuerraumes zur Betätigung eines Einspritzventilgliedes beendet.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffinjektor (10) mit einem Magnetventil (12), welches ein Magnetjoch (16) und eine Magnetspule (18) sowie einen Anker (32, 34) umfasst, wobei der Anker (32, 34) durch eine Schließfeder (26) in Schließrichtung beaufschlagt ist, und zwischen einer Stirnseite (58) des Magnetjochs (16) und einer Stirnseite (54) des Ankers (32, 34) ein ein Steuerungsvolumen aufnehmender Hohlraum (50) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer der Stirnseiten (54, 58) eine das Volumen des Hohlrau- mes (50) vergrößernde Ausnehmung (56, 66) ausgebildet ist.
2. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximale Volumenvergrößerung (62) des Hohlraums (50) an der kavitationskritischsten Stelle liegt, die - in radialer Richtung der Stirnseiten (54, 58) gesehen - zwischen einem In- nenradius einer Ankerscheibe (32) und der Hälfte von deren Außenradius (rr-r/2) liegt.
3. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (56, 66) konisch verlaufend oder wannenförmig ausgebildet ist.
4. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die konisch verlaufende Ausnehmung (56) einen Luftspalt (60) mit Drosselwirkung mit einer gegenüberliegenden Stirnseite (54, 58) bildet.
5. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die konisch verlau- fende Ausnehmung (56) entweder an der Stirnseite (58) des Magnetjochs (16) oder an der Stirnseite (54) des Ankers (32, 34) verläuft.
6. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wannenförmige Ausnehmung (66) entweder an der Stirnseite (58) des Magnetjochs (16) oder an der Stirnseite (54) des Ankers (32, 34) verläuft.
7. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wannenförmige Ausnehmung (66) durch einen Randsteg (64) begrenzt ist.
8. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Ausnehmung (56), in radialer Richtung gesehen, stetig verläuft.
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