WO2016020254A1 - Magnetventil - Google Patents

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WO2016020254A1
WO2016020254A1 PCT/EP2015/067479 EP2015067479W WO2016020254A1 WO 2016020254 A1 WO2016020254 A1 WO 2016020254A1 EP 2015067479 W EP2015067479 W EP 2015067479W WO 2016020254 A1 WO2016020254 A1 WO 2016020254A1
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WO
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magnetically conductive
solenoid valve
armature
magnetically
magnetic
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PCT/EP2015/067479
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Kromer
Joerg Abel
Jochen Rager
Katrin Gruss
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F02M51/0625—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
    • F02M51/0664—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding
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    • F02M2200/9053—Metals
    • F02M2200/9069—Non-magnetic metals

Definitions

  • the invention relates to a solenoid valve, in particular for equipment
  • Such an installation for an internal combustion engine can be an injection system or an exhaust aftertreatment system in which a suitable agent is injected into the exhaust gas line.
  • a suitable agent is injected into the exhaust gas line.
  • a solenoid valve in particular a quantity control valve of a high-pressure fuel pump, is known.
  • the known solenoid valve has a pole core and an axially movable armature, wherein an end face of the pole core forms a stop for the armature.
  • the pole core is made of a ferritic material, in particular a stainless ferritic steel.
  • the stopper-forming end face of the pole core is provided on a section made by cold plastic working.
  • the stopper may be coated with a hard chrome layer.
  • the anchor is inserted in an annular, non-magnetic component.
  • the annular, non-magnetic component encloses in sections the armature in sections and in sections the ferritic pole core with the stopper forming, cold-formed end face.
  • the known fuel injection valve has a solenoid valve which serves to pressure the fuel in a control chamber via a Throttle with at least one, defined by channel walls throttle channel section to relieve (injection position) or build (closed position).
  • the solenoid valve has a spring acting in the closing direction and a magnetic coil, which causes a tightening of a valve member upon energization, whereby the throttle is opened.
  • a magnetic separation of a magnetic circuit is provided by a corresponding ausgestaltetes component.
  • This component can, as in DE 10 201 1 089 999 A1, be designed as an annular, non-magnetic component. At this made of the magnetically non-conductive material separation of the inner pole can be attached.
  • the magnetic holding force holding the armature at the inner pole can be increased.
  • a preferred plurality of non-magnetically conductive separating bodies and / or a plurality of magnetically conductive bodies can be used.
  • the separating body can also be designed as a poorly magnetically conductive separating body.
  • the magnetically conductive body is formed of at least one magnetic material.
  • the magnetic material of the available magnetic Materials selected suitable, in particular a ferritic material can be used.
  • the inner pole is at least substantially connected to the magnetically conductive body and that the outer pole is at least substantially connected to the non-magnetically conductive separating body.
  • the non-magnetically conductive separating body is at least substantially formed from a material having an austenitic microstructure.
  • the magnetic body is formed at least substantially of a ferromagnetic material. In this case, the magnetic body can be used advantageously in the non-magnetically conductive separating body.
  • the magnetically conductive body can be connected in this way on the one hand firmly with the non-magnetically conductive separating body and on the other hand firmly with the inner pole.
  • the magnetically conductive body is annularly closed and / or designed sleeve-shaped. Furthermore, it is advantageous that the non-magnetically conductive separating body is annularly closed and / or designed sleeve-shaped.
  • the non-magnetically conductive separating body can be configured as a separating ring.
  • the magnetically conductive body can thus be designed specifically as a magnetically conductive ring, which is firmly connected to such a separating ring.
  • the magnetically conductive body has an axially extending
  • Cylinder jacket-shaped inner surface of the composite of the body and body yield. This also allows a targeted positioning of the inner pole with high accuracy and related tolerances in the design of the composite.
  • the magnetically conductive body is designed such that at least over a working stroke range of the armature amplification of the force acting on the armature magnetic attraction in the energization of the magnetic coil due to the magnetically conductive body enabled shaping of the magnetic circuit at a given working air gap between the inner pole and the anchor is reached.
  • this gain is achieved for any given working air gap.
  • the working stroke range is given here by the function-relevant stroke range of the solenoid valve. If appropriate, the entire possible stroke range of the solenoid valve can also be greater than the working stroke range. In a modified embodiment, however, a gain can be achieved only for a particularly relevant part of the working stroke. This may be sufficient in the given application.
  • the magnetically conductive body can be designed so that an amplification of the magnetic attraction force acting on the armature when energizing the solenoid coil is achieved due to the magnetically conductive body formed shaping of the magnetic circuit at small working air gaps or at large working air gaps within the working stroke of the armature , As a result, depending on the embodiment, an amplification of the magnetic holding force when the armature is tightened or an increase in the tightening force at the beginning of the actuation can be achieved.
  • the magnetically conductive body is arranged axially within the inner pole and that the non-magnetically conductive separating body axially extends over an armature facing the front side of the inner pole.
  • the outer pole can be formed at least partially by a valve housing.
  • the inner pole can also be formed at least partially by the valve housing.
  • the valve housing is designed in several parts, so that individual housing parts may be formed of a magnetic material and other housing parts of an at least non-magnetic material.
  • FIG. 1 shows a solenoid valve in an excerptional, schematic sectional view according to an embodiment of the invention
  • Fig. 3 is a diagram for explaining the operation of the solenoid valve of the invention according to a possible embodiment.
  • Fig. 1 shows a solenoid valve 1 in a partial, schematic sectional view according to an embodiment of the invention.
  • the solenoid valve 1 is used in particular for systems of internal combustion engines.
  • the solenoid valve 1 can be used especially as a fuel injection valve for injecting fuel in a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the solenoid valve 1 can also be used for injecting a means for exhaust aftertreatment in an exhaust line of the internal combustion engine or for other purposes as part of a system on the internal combustion engine.
  • the solenoid valve 1 in a suitably adapted embodiment is also suitable for other applications.
  • the solenoid valve 1 has an outer pole 2 and an inner pole 3. Furthermore, the solenoid valve 1, a housing 4, which may be configured in several parts. to
  • the inner pole 3 is in the housing 4th used.
  • a mechanical connection between the inner pole 3 and the outer pole 2 is formed.
  • the outer pole 2 is in this embodiment part of the housing part 4.
  • a valve seat body 5 is provided, on which a valve seat surface 6 is formed.
  • a valve needle 7 is arranged in the housing part 4.
  • a valve seat 8 associated with the valve seat surface 6 is formed on the valve needle 7.
  • the valve needle 7 is in this case actuated directly by the solenoid valve 1.
  • the valve closing body 8 of the valve needle 7 cooperates with the valve seat surface 6 to form a sealing seat.
  • valve needle 7 is guided along an axis 9 through a valve needle guide 10.
  • valve needle guides 10 are generally provided along the axis 9.
  • fuel can be passed through a fuel channel 12.
  • Fuel terminal 13 to the example, a fuel pump or a
  • a pre-chamber or the like can be injected.
  • Valve closing body 8 may be provided.
  • 6 separate valve needles may be provided for the solenoid valve 1 and for closing the nozzle bores 14 on the valve seat surface.
  • the solenoid valve 1 with the valve needle 7 can serve as a servo valve 1 here.
  • Another possibility is a hydraulic coupling, the
  • the solenoid valve 1 also for injecting or dosing other
  • a pump can be connected to the terminal 13 in order to promote the relevant means via the channel 12 into the interior 11.
  • a means for exhaust gas aftertreatment can be dosed in this way.
  • the fuels or agents may be not only liquid but also gaseous fuels or agents.
  • the solenoid valve 1 also has a magnetic coil 20.
  • the magnet coil 20 is connected via an electrical line 21 to an electrical connection 22.
  • the electrical connection 22 can be connected, for example, to a control unit for the fuel injection system.
  • a control for the solenoid 20 may also be fully or partially integrated into the solenoid valve 1.
  • a valve spring 23 is arranged, which is supported on a collar 24 of the valve needle 7 and the valve needle 7 is acted upon in this embodiment along the axis 9 in the direction of the sealing seat.
  • an armature 25 is provided which is associated with an end face 26 of the inner pole 3.
  • a magnetic circuit is generated, which leads over the inner pole 3, the armature 25 and the outer pole 2.
  • the armature 25 is actuated in the direction of the end face 26.
  • the actuation takes place here against the bias of the valve spring 23.
  • the armature 25 acts on the actuation of the collar 24 on the valve needle 7, so that the sealing seat between the
  • Valve-closing body 8 and the valve seat surface 6 is opened.
  • Fig. 2 shows the designated in Fig. 1 with II section of the solenoid valve 1 in a partial representation according to the embodiment.
  • a separating body 32 and a body 33 are provided on the housing part 4.
  • the separating body 32 is in this case attached to a main body 31 of the housing part 4.
  • the separating body 32 is not magnetically conductive in this embodiment.
  • On the separating body 32 of the magnetically conductive body 33 is attached. In this embodiment, the extend
  • the separator body 32 and the body 33 from the main body 31 substantially axially along the axis 9.
  • the separator body 32 and the body 33 have a radial thickness which varies along the axial extent of the composite of the separator body 32 and the body 33.
  • the thickness can be constant.
  • a cylinder jacket-shaped inner surface 34 is provided which extends in this embodiment, the separating body 32 and the body 33, so the composite of these.
  • the cylindrical jacket-shaped configuration of the inner surface 34 extends over the connecting region between on the one hand the main body 31 and on the other hand the separating body 32 and the body 33.
  • the manufacture of the housing part 4 for example, in a 2K3S (2 components 3x sprayed) or 3K3S (3 components sprayed 3x) MIM process.
  • the non-magnetic blank of the separating body 32 is sprayed onto the injected magnetically conductive blank of the main body 31, and this is the
  • the inner pole 3 is connected to the magnetically conductive body 33, preferably pressed into this and welded thereto.
  • the outer pole 2 is connected to the non-magnetically conductive separating body 32.
  • the outer pole 2 is in this case formed at least by a part of the main body 31.
  • the non-magnetically conductive separating body 32 in this exemplary embodiment is formed from a material which preferably has an austenitic microstructure.
  • a material which preferably has an austenitic microstructure preferably has an austenitic microstructure.
  • other materials are conceivable with which not or poorly magnetically conductive properties of the non or poorly magnetically conductive separator body 32 in
  • the magnetically conductive body 33 is formed of a material, preferably a
  • the magnetically conductive body 33 is generally formed of a material that provides a favorable influence on the magnetic field lines with respect to the operation of the invention.
  • the magnetically conductive body 33 is preferably closed annular and
  • the magnetically conductive body 33 preferably has an axially extending connecting lip 35, at which a radial thickness 36 of the magnetic conducting body 33 is reduced.
  • the non-magnetically conductive separating body 32 has a correspondingly adapted configuration.
  • the non-magnetic conductive Separator 32 an inner recess 37 for the magnetically conductive body 33 and the connecting lip 35 of the magnetically conductive body 33 on.
  • the connecting lip 35 of the magnetically conductive body 33 is inserted. In this case, a connection is achieved in a suitable manner.
  • the magnetically conductive body 33 may be pressed into and welded to the non-magnetic separator body 32, or fabricated as a part in a 2K3S or 3K3S MIM process. Thus, the magnetically conductive body 33 is inserted into the non-magnetically conductive separator body 32.
  • the non-magnetically conductive separating body 32 has a distance region 38 with an axial length 39, via which the magnetically conducting body 33 is separated from the outer pole 2.
  • the armature 25 is arranged so that it is partially axially within the distance range 38, but nevertheless always axially separated or spaced apart from the magnetically conductive body 33. Thus, for each possible position of the armature 25, which is within the working stroke range, the separation is ensured.
  • the magnetically conductive body 33 is arranged axially within the inner pole 3, wherein the non-magnetically conductive separating body 32 preferably extends axially beyond the armature 25 facing end face 26 of the inner pole 3.
  • the spacer region 38 is adjoined by a connecting region 40 of the separating body 32 and of the body 33, to which they are connected to one another.
  • the connection region 40 has an axial length 41.
  • a purely magnetically conductive region 42 of the body 33 adjoins the connection region 40 axially.
  • the purely magnetic region 42 has an axial length 43.
  • the total axial length 39, 41, 43 of the separating body 32 and the body 33 results from the sum of the axial length 39 of the spacer portion 38, the axial length 41 of the connecting portion 40 and the axial length 43 of the purely magnetically conductive portion 42.
  • Fig. 3 shows a diagram for explaining the operation of the solenoid valve 1 according to a possible embodiment of the solenoid valve 1.
  • the magnetic force F in Newton (N) is plotted on the ordinate, while on the abscissa a working air gap s in meters (m) is plotted .
  • a characteristic 46 results, which is divided into two areas 47, 48.
  • a characteristic 50 is plotted, which is divided into areas 51, 52.
  • the subdivision of the characteristic curves 46, 50 into the respective regions 47, 48, 51, 52 results from an intersection 53 of the two curves 46, 50, which is approximately at a working air gap s of 60 ⁇ and a related force F of 40 N.
  • a working stroke range 54 is preferably within the range of 0 ⁇ to the
  • the characteristic curve 46 is above the region 51 of the characteristic curve 50.
  • a larger magnetic force F is achieved for a given working air gap s. This means that it is possible to amplify the magnetic force F, especially in the working stroke region 54.
  • the gain of the magnetic force F may optionally be limited to only a part of the working stroke 54. This means that the intersection 53 is then within the
  • Intersection 53 is also extended. As a result, depending on the modification of the solenoid valve 1, for example, an amplification of the holding force in the actuated state can be achieved, which acts against a spring seat holding the sealing seat in the closed state.
  • the invention is not limited to the described embodiments.

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Abstract

Ein Magnetventil (1), das insbesondere für Anlagen an Brennkraftmaschinen dient, umfasst einen Außenpol (2), einen Innenpol (3), eine Magnetspule (20) und einen Anker (25). Hierbei ist der Innenpol (3) über einen Körper (33) und einen nicht magnetisch leitenden Trennkörper (32) mit dem Außenpol (2) verbunden. Bei einer Bestromung der Magnetspule (20) wird ein Magnetschluss erzeugt, der über den Innenpol (3), den Körper (33), den Anker (25) und den Außenpol (2) führt. Durch den magnetisch leitenden Körper (33) ist eine Formung des Magnetschlusses ermöglicht, über die eine Verstärkung der auf den Anker (25) wirkenden magnetischen Anzugskraft (F) bei gegebenem Arbeitsluftspalt (s) zwischen dem Innenpol (3) und dem Anker (25) erzielt ist.

Description

Beschreibung
Titel
Magnetventil Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Magnetventil, das insbesondere für Anlagen an
Brennkraftmaschinen dient. Bei solch einer Anlage für eine Brennkraftmaschine kann es sich um eine Einspritzanlage oder eine Anlage zur Abgasnachbehandlung, bei der ein geeignetes Mittel in den Abgasstrang eingespritzt wird, handeln. Speziell betrifft die
Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von
gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen, wobei eine direkte
Einspritzung von Brennstoff, insbesondere Benzin, in den Brennraum der
Brennkraftmaschine erfolgen kann. Hierbei kann eine direkte Nadelansteuerung realisiert sein. Allerdings kann das Magnetventil auch als Servoventil ausgestaltet sein. Hierbei sind auch Anwendungen bei luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen denkbar.
Aus der DE 10 2011 089 999 A1 ist ein Magnetventil, insbesondere ein Mengensteuerventil einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe, bekannt. Das bekannte Magnetventil weist einen Polkern und einen axial bewegbaren Anker auf, wobei eine Stirnseite des Polkerns einen Anschlag für den Anker bildet. Hierbei ist der Polkern aus einem ferritischen Material, insbesondere einem nicht rostenden ferritischen Stahl, hergestellt. Ferner ist die den Anschlag bildende Stirnseite des Polkerns an einem durch eine plastische Kaltumformung hergestellten Abschnitt vorhanden. Der Anschlag kann mit einer Hartchromschicht beschichtet sein. Hierbei ist der Anker in eine ringförmige, nicht magnetische Komponente eingefügt. Die ringförmige, nicht magnetische Komponente umschließt in axialer Richtung abschnittsweise den Anker und abschnittsweise den ferritischen Polkern mit der den Anschlag bildenden, kaltumgeformten Stirnseite. Aus der DE 198 27 267 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil für eine Hochdruckeinspritzung von Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher in einen Brennraum einer
Verbrennungskraftmaschine bekannt. Das bekannte Kraftstoffeinspritzventil weist ein Magnetventil auf, welches dazu dient, den Kraftstoff druck in einem Steuerraum über eine Drossel mit zumindest einem, durch Kanalwandungen definierten Drossel-Kanalabschnitt zu entlasten (Einspritzposition) oder aufzubauen (Schließposition). Das Magnetventil weist eine in Schließrichtung wirkende Feder und eine Magnetspule auf, welche bei Erregung ein Anziehen eines Ventilglieds bewirkt, wodurch die Drossel geöffnet wird.
Bei der Ausgestaltung des Magnetventils ist es somit möglich, dass im Bereich eines Luftspalts zwischen dem Innenpol und dem Anker eine magnetische Trennung eines Magnetschlusses durch ein entsprechend ausgestaltetes Bauteil vorgesehen ist. Dieses Bauteil kann, wie bei der DE 10 201 1 089 999 A1 , als ringförmige, nicht magnetische Komponente ausgestaltet sein. An dieser aus dem magnetisch nicht leitenden Werkstoff gefertigten Trennung kann der Innenpol befestigt sein.
Offenbarung der Erfindung Das erfindungsgemäße Magnetventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung ermöglicht ist, bei der insbesondere die zum
Betätigen des Ankers über den Magnetschluss entstehende Anzugskraft erhöht ist, wenn die Magnetspule bestromt wird. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Magnetventils möglich.
Speziell kann somit die magnetische Haltekraft, die den Anker am Innenpol hält, erhöht werden. Hierbei können auch mehrere nicht magnetisch leitende Trennkörper und/oder mehrere magnetisch leitende Körper zum Einsatz kommen können. Bei einer bevorzugten
Ausgestaltung sind allerdings genau ein nicht magnetisch leitender Trennkörper und genau ein magnetisch leitender Körper vorgesehen. Dies ermöglicht durch eine geeignete Ausgestaltung und Anordnung des nicht magnetisch leitenden Trennkörpers sowie des magnetisch leitenden Körpers bereits eine günstige Beeinflussung des Magnetschlusses beziehungsweise der bei dem Magnetschluss entstehenden magnetischen Feldlinien, wenn die Magnetspule bestromt wird.
Der Trennkörper kann auch als schlecht magnetisch leitender Trennkörper ausgebildet sein.
Der magnetisch leitende Körper ist aus zumindest einem magnetischen Werkstoff gebildet. Hierbei wird der magnetische Werkstoff aus den zur Verfügung stehenden magnetischen Werkstoffen geeignet ausgewählt, wobei insbesondere ein ferritischer Werkstoff zum Einsatz kommen kann.
Bei der Ausgestaltung des Trennkörpers und des Körpers ist eine vorteilhafte Beeinflussung der magnetischen Feldlinien für den Magnetfluss wesentlich. Hierbei ist es vorteilhaft, dass der Innenpol zumindest im Wesentlichen mit dem magnetisch leitenden Körper verbunden ist und dass der Außenpol zumindest im Wesentlichen mit dem nicht magnetisch leitenden Trennkörper verbunden ist. Ferner ist es vorteilhaft, dass der nicht magnetisch leitende Trennkörper zumindest im Wesentlichen aus einem Werkstoff mit einer austenitischen Gefügestruktur gebildet ist. Zusätzlich oder alternativ ist es von Vorteil, wenn der magnetische Körper zumindest im Wesentlichen aus einem ferromagnetischen Werkstoff gebildet ist. Hierbei kann der magnetische Körper in vorteilhafter Weise in den nicht magnetisch leitenden Trennkörper eingesetzt sein. Der magnetisch leitende Körper kann auf diese Weise einerseits fest mit dem nicht magnetisch leitenden Trennkörper und andererseits fest mit dem Innenpol verbunden sein.
Vorteilhaft ist es auch, dass der magnetisch leitende Körper ringförmig geschlossen und/oder hülsenförmig ausgestaltet ist. Ferner ist es vorteilhaft, dass der nicht magnetisch leitende Trennkörper ringförmig geschlossen und/oder hülsenförmig ausgestaltet ist.
Speziell kann somit der nicht magnetisch leitende Trennkörper als Trennring ausgestaltet sein. Und der magnetisch leitende Körper kann somit speziell als magnetisch leitender Ring ausgestaltet sein, der fest mit solch einem Trennring verbunden ist. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass der magnetisch leitende Körper eine sich axial erstreckende
Verbindungslippe aufweist, an der eine radiale Dicke des magnetisch leitenden Körpers reduziert ist, und dass der nicht magnetisch leitende Trennkörper eine innenliegende
Ausnehmung aufweist, in die die Verbindungslippe des magnetisch leitenden Körpers eingesetzt ist. Speziell im Verbindungsbereich zwischen dem magnetisch leitenden Körper und dem nicht magnetisch leitenden Trennkörper kann sich dadurch eine
zylindermantelförmige Innenfläche des Verbunds aus Trennkörper und Körper ergeben. Dies ermöglicht weiterhin eine gezielte Positionierung des Innenpols mit hoher Genauigkeit sowie diesbezügliche Toleranzen bei der Ausgestaltung des Verbunds.
Vorteilhaft ist es auch, dass der magnetisch leitende Körper so ausgestaltet ist, dass zumindest über einen Arbeitshubbereich des Ankers eine Verstärkung der auf den Anker wirkenden magnetischen Anzugskraft bei der Bestromung der Magnetspule aufgrund der durch den magnetisch leitenden Körper ermöglichten Formung des Magnetschlusses bei gegebenen Arbeitsluftspalt zwischen dem Innenpol und dem Anker erreicht ist. Dies bedeutet, dass bei einem gegebenen Arbeitsluftspalt zwischen dem Innenpol und dem Anker durch die Ausgestaltung des magnetisch leitenden Körpers eine Verstärkung der magnetischen Anzugskraft auf den Anker im Vergleich zu einer Ausgestaltung erreicht ist, bei der anstelle des magnetisch leitenden Körpers ein nicht magnetisch leitender
Trennkörper vorgesehen wäre. Innerhalb des Arbeitshubbereichs wird diese Verstärkung für jeden gegebenen Arbeitsluftspalt erreicht. Der Arbeitshubbereich ist hierbei durch den funktionsrelevanten Hubbereich des Magnetventils gegeben. Der gesamte mögliche Hubbereich des Magnetventils kann gegebenenfalls auch größer als der Arbeitshubbereich sein. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann allerdings eine Verstärkung auch nur für einen besonders relevanten Teil des Arbeitshubbereichs erreicht werden. Dies kann im gegebenen Anwendungsfall ausreichen. Speziell kann der magnetisch leitende Körper so ausgestaltet sein, dass eine Verstärkung der auf den Anker wirkenden magnetischen Anzugskraft bei der Bestromung der Magnetspule aufgrund der durch den magnetisch leitenden Körper ermöglichten Formung des Magnetschlusses bei kleinen Arbeitsluftspalten oder bei großen Arbeitsluftspalten innerhalb des Arbeitshubbereichs des Ankers erreicht ist. Hierdurch kann je nach Ausgestaltung eine Verstärkung der magnetischen Haltekraft bei angezogenem Anker beziehungsweise eine Verstärkung der Anzugskraft am Anfang der Betätigung erzielt werden.
Vorzugsweise wird jedoch über den gesamten Arbeitshubbereich des Ankers eine
Verstärkung der auf den Anker wirkenden magnetischen Anzugskraft bei der Bestromung der Magnetspule erreicht. Des weiteren ist es vorteilhaft, dass der nicht magnetisch leitende Trennkörper einen
Distanzbereich aufweist, über den eine Trennung von dem Außenpol erfolgt, und dass der Anker so angeordnet ist, dass sich der Anker axial teilweise innerhalb des Distanzbereichs befindet, aber axial stets von dem magnetisch leitenden Körper getrennt ist. Somit ist der Anker über den gesamten Arbeitshubbereich des Ankers stets von dem magnetisch leitenden Körper getrennt. Dies ist daher gegebenenfalls auch bei verschwindendem beziehungsweise nahezu verschwindendem Arbeitsluftspalt der Fall. Ein mittelbarer Magnetschluss zwischen dem Innenpol und dem Anker über den magnetisch leitenden Körper, der den Luftspalt überbrückt, ist dadurch verhindert. Dadurch ist auch bei kleinem und nahezu verschwindendem Arbeitsluftspalt eine zuverlässige Funktionsweise
gewährleistet.
Somit ist es auch von Vorteil, dass der magnetisch leitende Körper axial innerhalb des Innenpols angeordnet ist und dass sich der nicht magnetisch leitende Trennkörper axial über eine dem Anker zugewandte Stirnseite des Innenpols erstreckt. Speziell der Außenpol kann zumindest teilweise durch ein Ventilgehäuse gebildet sein. Je nach Ausgestaltung kann auch der Innenpol zumindest teilweise durch das Ventilgehäuse gebildet sein. In der Regel ist das Ventilgehäuse mehrteilig ausgebildet, so dass einzelne Gehäuseteile aus einem magnetischen Werkstoff und andere Gehäuseteile aus einem zumindest nicht magnetischen Werkstoff gebildet sein können.
Kurze Beschreibungen 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 Magnetventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Magnetventils in einer
auszugsweisen Darstellung entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des Magnetventils der Erfindung entsprechend einer möglichen Ausgestaltung.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt ein Magnetventil 1 in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Magnetventil 1 dient insbesondere für Anlagen an Brennkraftmaschinen. Dabei kann das Magnetventil 1 speziell als Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Brennstoff in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine dienen. Das Magnetventil 1 kann allerdings auch zum Einspritzen eines Mittels zur Abgasnachbehandlung in einen Abgasstrang der Brennkraftmaschine oder für sonstige Zwecke im Rahmen einer Anlage an der Brennkraftmaschine dienen. Ferner eignet sich das Magnetventil 1 in einer entsprechend angepassten Ausgestaltung auch für andere Anwendungsfälle.
Das Magnetventil 1 weist einen Außenpol 2 und einen Innenpol 3 auf. Ferner weist das Magnetventil 1 ein Gehäuse 4 auf, das mehrteilig ausgestaltet sein kann. Zur
Vereinfachung ist nur ein Gehäuseteil 4 dargestellt. Der Innenpol 3 ist in das Gehäuse 4 eingesetzt. Hierbei ist eine mechanische Verbindung zwischen dem Innenpol 3 und dem Außenpol 2 gebildet. Der Außenpol 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel Bestandteil des Gehäuseteils 4. An dem Gehäuseteil 4 ist ein Ventilsitzkörper 5 vorgesehen, an dem eine Ventilsitzfläche 6 ausgebildet ist. Ferner ist in dem Gehäuseteil 4 eine Ventilnadel 7 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein der Ventilsitzfläche 6 zugeordneter Ventilschließkörper 8 an der Ventilnadel 7 ausgebildet. Die Ventilnadel 7 wird hierbei direkt von dem Magnetventil 1 betätigt. Hierbei wirkt der Ventilschließkörper 8 der Ventilnadel 7 mit der Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammen.
Die Ventilnadel 7 wird entlang einer Achse 9 durch eine Ventilnadelführung 10 geführt. Hierbei sind in der Regel entlang der Achse 9 zumindest zwei solche Ventilnadelführungen 10 vorgesehen. In einen Innenraum 1 1 des Gehäuseteils 4 kann Brennstoff über einen Brennstoffkanal 12 geführt werden. Hierfür weist das Magnetventil 1 einen
Brennstoffanschluss 13 auf, an den beispielsweise eine Brennstoffpumpe oder ein
Common-Rail angeschlossen werden kann. Bei einer Betätigung des Ventilschließkörpers 8 hebt sich dieser von der Ventilsitzfläche 6 ab, so dass Brennstoff über Düsenbohrungen 14 aus dem Innenraum 11 des Gehäuseteils 4 in den zugeordneten Brennraum einer
Brennkraftmaschine, in einen Ansaugstutzen, eine Vorkammer oder dergleichen eingespritzt werden kann.
Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann auch eine indirekte Ansteuerung des
Ventilschließkörpers 8 vorgesehen sein. Hierbei können für das Magnetventil 1 und zum Verschließen der Düsenbohrungen 14 an der Ventilsitzfläche 6 getrennte Ventilnadeln vorgesehen sein. Das Magnetventil 1 mit der Ventilnadel 7 kann hierbei als Servoventil 1 dienen. Eine weitere Möglichkeit besteht in einer hydraulischen Kopplung, die
gegebenenfalls eine Hubübersetzung ermöglicht. Ferner kann das Magnetventil 1 auch zum Einspritzen beziehungsweise Dosieren anderer
Mittel als Brennstoff dienen. Hierbei kann in entsprechender Weise beispielsweise eine Pumpe an den Anschluss 13 angeschlossen werden, um das diesbezügliche Mittel über den Kanal 12 in den Innenraum 11 zu fördern. Speziell kann hierdurch ein Mittel zur Abgasnachbehandlung dosiert werden.
Bei den Brennstoffen beziehungsweise Mitteln kann es sich nicht nur um flüssige, sondern auch um gasförmige Brennstoffe beziehungsweise Mittel handeln. Beispielsweise kann als Brennstoff auch Erdgas zum Einsatz kommen. Das Magnetventil 1 weist außerdem eine Magnetspule 20 auf. Die Magnetspule 20 ist über eine elektrische Leitung 21 mit einem elektrischen Anschluss 22 verbunden. Der elektrische Anschluss 22 kann beispielsweise mit einem Steuergerät für die Brennstoffeinspritzanlage verbunden werden. Allerdings kann eine Steuerung für die Magnetspule 20 auch ganz oder teilweise in das Magnetventil 1 integriert sein.
Innerhalb des Innenpols 3 ist eine Ventilfeder 23 angeordnet, die sich an einem Bund 24 der Ventilnadel 7 abstützt und die Ventilnadel 7 in diesem Ausführungsbeispiel entlang der Achse 9 in Richtung auf den Dichtsitz beaufschlagt.
Außerdem ist ein Anker 25 vorgesehen, der einer Stirnseite 26 des Innenpols 3 zugeordnet ist. Wenn die Magnetspule 20 des Magnetventils 1 bestromt wird, dann wird ein Magnetschluss erzeugt, der über den Innenpol 3, den Anker 25 und den Außenpol 2 führt. Dadurch wird der Anker 25 in Richtung auf die Stirnseite 26 betätigt. Die Betätigung erfolgt hierbei entgegen der Vorspannung der Ventilfeder 23. Der Anker 25 wirkt bei der Betätigung über den Bund 24 auf die Ventilnadel 7 ein, so dass der Dichtsitz zwischen dem
Ventilschließkörper 8 und der Ventilsitzfläche 6 geöffnet wird.
Die Ausgestaltung des Magnetventils 1 ist im Folgenden auch unter Bezugnahme auf die Fig. 2 beschrieben. Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Magnetventils 1 in einer auszugsweisen Darstellung entsprechend dem Ausführungsbeispiel. An dem Gehäuseteil 4 sind ein Trennkörper 32 und ein Körper 33 vorgesehen. Der Trennkörper 32 ist hierbei an einen Grundkörper 31 des Gehäuseteils 4 angesetzt. Der Trennkörper 32 ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht magnetisch leitend. Am Trennkörper 32 ist der magnetisch leitender Körper 33 angebracht. In diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich der
Trennkörper 32 und der Körper 33 ausgehend von dem Grundkörper 31 im Wesentlichen axial entlang der Achse 9. Hierbei weisen der Trennkörper 32 und der Körper 33 eine radiale Dicke auf, die entlang der axialen Erstreckung des Verbunds aus dem Trennkörper 32 und dem Körper 33 variiert. Alternativ kann die Dicke konstant sein. Allerdings ist eine zylindermantelförmige Innenfläche 34 vorgesehen, die sich in diesem Ausführungsbeispiel über den Trennkörper 32 und den Körper 33, also den Verbund aus diesen, erstreckt. Dadurch besteht insbesondere ein stufenloser Übergang zwischen dem nicht magnetisch leitenden Trennkörper 32 und dem magnetisch leitenden Körper 33 an der zylindermantelförmigen Innenfläche 34. Ferner erstreckt sich die zylindermantelförmige Ausgestaltung der Innenfläche 34 auch über den Verbindungsbereich zwischen einerseits dem Grundkörper 31 und andererseits dem Trennkörper 32 und dem Körper 33. Die Herstellung des Gehäuseteils 4 kann zum Beispiel in einem 2K3S (2 Komponenten 3x gespritzt) oder 3K3S (3 Komponenten 3x gespritzt) MIM Prozess hergestellt werden. Dabei wird auf den gespritzten magnetisch leitenden Rohling des Grundkörpers 31 der nicht magnetische Rohling des Trennkörpers 32 aufgespritzt, und auf diesen wird der
magnetische Rohling des Körpers 33 aufgespritzt. Dieser aus drei Teilspritzungen hergestellte Rohling wird dann zum Gehäuseteil 4 gesintert.
Dadurch sind in der Darstellung der Fig. 2 Elemente innerhalb des Gehäuseteils 4, insbesondere der Anker 25 und der Innenpol 3, in einer möglichen vorteilhaften Anordnung bezüglich unter anderem dem Trennkörper 30 und bezüglich einer möglichen vorteilhaften Aufteilung des Gehäuseteils 4 in den Grundkörper 31 , den Trennkörpers 32 und den Körper 33 positioniert.
Der Innenpol 3 ist mit dem magnetisch leitenden Körper 33 verbunden, vorzugsweise in diesen eingepresst und mit diesem verschweißt. Der Außenpol 2 ist mit dem nicht magnetisch leitenden Trennkörper 32 verbunden. Der Außenpol 2 ist hierbei zumindest durch ein Teil des Grundkörpers 31 gebildet.
Der in diesem Ausführungsbeispiel nicht magnetisch leitende Trennkörper 32 ist aus einem Werkstoff gebildet, der vorzugsweise eine austhenitische Gefügestruktur hat. Es sind allerdings auch andere Werkstoffe denkbar, mit denen nicht oder schlecht magnetisch leitende Eigenschaften des nicht oder schlecht magnetisch leitenden Trennkörpers 32 in
Bezug auf die Funktionsweise der Erfindung erzielt werden können. Der magnetisch leitende Körper 33 ist aus einem Werkstoff gebildet, der vorzugsweise ein
ferromagnetischer Werkstoff ist. Der magnetisch leitende Körper 33 ist im Allgemeinen aus einem Werkstoff gebildet, der eine günstige Beeinflussung der magnetischen Feldlinien in Bezug auf die Funktionsweise der Erfindung erzielt.
Der magnetisch leitende Körper 33 ist vorzugsweise ringförmig geschlossen und
vorzugsweise hülsenförmig ausgestaltet. Ferner ist der nicht magnetisch leitende
Trennkörper 32 vorzugsweise ringförmig geschlossen und vorzugsweise hülsenförmig ausgestaltet. Der magnetisch leitende Körper 33 weist vorzugsweise eine sich axial erstreckende Verbindungslippe 35 auf, an der eine radiale Dicke 36 des magnetische leitenden Körpers 33 reduziert ist. Der nicht magnetisch leitende Trennkörper 32 weist eine entsprechend angepasste Ausgestaltung auf. Hierbei weist der nicht magnetisch leitende Trennkörper 32 eine innenliegende Ausnehmung 37 für den magnetisch leitenden Körper 33 beziehungsweise die Verbindungslippe 35 des magnetisch leitenden Körpers 33 auf. In die innenliegende Ausnehmung 37 des nicht magnetisch leitenden Trennkörpers 32 ist die Verbindungslippe 35 des magnetisch leitenden Körpers 33 eingesetzt. Hierbei wird auf geeignete Weise eine Verbindung erzielt. Beispielsweise kann der magnetisch leitende Körper 33 in den nicht magnetischen Trennkörper 32 eingepresst und mit diesem verschweißt werden oder als ein Teil in einem 2K3S oder 3K3S MIM Prozess hergestellt werden. Somit ist der magnetisch leitende Körper 33 in den nicht magnetisch leitenden Trennkörper 32 eingesetzt.
Der nicht magnetisch leitende Trennkörper 32 weist einen Distanzbereich 38 mit einer axialen Länge 39 auf, über den der magnetisch leitende Körper 33 von dem Außenpol 2 getrennt ist. Der Anker 25 ist so angeordnet, dass sich dieser axial teilweise innerhalb des Distanzbereichs 38 befindet, aber dennoch axial stets von dem magnetisch leitenden Körper 33 getrennt beziehungsweise beabstandet ist. Somit ist für jede mögliche Stellung des Ankers 25, die innerhalb des Arbeitshubbereichs liegt, die Trennung gewährleistet. Der magnetisch leitende Körper 33 ist axial innerhalb des Innenpols 3 angeordnet, wobei sich der nicht magnetisch leitende Trennkörper 32 vorzugsweise axial über die dem Anker 25 zugewandte Stirnseite 26 des Innenpols 3 erstreckt. In diesem Ausführungsbeispiel schließt sich an den Distanzbereich 38 ein Verbindungsbereich 40 des Trennkörpers 32 und des Körpers 33 an, an dem diese miteinander verbunden sind. Der Verbindungsbereich 40 hat eine axiale Länge 41. Ferner schließt sich an den Verbindungsbereich 40 axial ein rein magnetisch leitender Bereich 42 des Körpers 33 an. Der rein magnetische Bereich 42 weist eine axiale Länge 43 auf. Die gesamte axiale Länge 39, 41 , 43 des Trennkörpers 32 und des Körpers 33 ergibt sich aus der Summe der axialen Länge 39 des Distanzbereichs 38, der axialen Länge 41 des Verbindungsbereichs 40 und der axialen Länge 43 des rein magnetisch leitenden Bereichs 42. Ferner ist ein Ansatz 44 an dem Außenpol 2
vorgesehen, der sich über eine axiale Länge 45 erstreckt. An den Ansatz 44 ist der
Trennkörper 32 angesetzt. Hierdurch können konstruktive und verbindungstechnische Vorteile erzielt werden.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des Magnetventils 1 entsprechend einer möglichen Ausgestaltung des Magnetventils 1. Hierbei ist an der Ordinate die Magnetkraft F in Newton (N) angetragen, während an der Abszisse ein Arbeitsluftspalt s in Metern (m) angetragen ist. Für das Magnetventil 1 entsprechend einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich eine Kennlinie 46, die in zwei Bereiche 47, 48 unterteilt ist. Als Vergleich ist eine Kennlinie 50 angetragen, die in Bereiche 51 , 52 unterteilt ist. Die Unterteilung der Kennlinien 46, 50 in die jeweiligen Bereiche 47, 48, 51 , 52 ergibt sich durch einen Schnittpunkt 53 der beiden Kennlinien 46, 50, der näherungsweise bei einem Arbeitsluftspalt s von 60 μηι und einer diesbezüglichen Kraft F von 40 N liegt. Ein Arbeitshubbereich 54 wird vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 0 μηι bis zum
Arbeitshub s, der dem Schnittpunkt 53 zugeordnet ist, gewählt. Dies bedeutet umgekehrt, dass die Ausgestaltung des Trennkörpers 32 und des Körpers 33 vorzugsweise so vorgegeben ist, dass sich ein (denkbarer, aber im Betrieb nicht realisierter) Arbeitshub s für den Schnittpunkt 53 außerhalb des gewünschten Arbeitshubbereichs 54 befindet, in dem die im Betrieb realisierten Arbeitshübe s liegen Der Kennlinie 50 entspricht eine Ausgestaltung des Magnetventils 1 , bei dem der magnetisch leitende Körper 33 durch einen geometrisch gleich ausgestalteten Körper ersetzt ist, der aus einem nicht magnetisch leitenden Werkstoff hergestellt ist. Somit illustriert das Diagramm der Fig. 3 die Wirkungsweise des magnetisch leitenden Körpers 33 und des nicht magnetisch leitenden Trennkörperteils 33, also die kombinierte
Wrkungsweise des Verbunds aus diesen.
In dem Bereich 47 liegt die Kennlinie 46 über dem Bereich 51 der Kennlinie 50. Somit wird bei gegebenem Arbeitsluftspalt s eine größere Magnetkraft F erzielt. Dies bedeutet, dass speziell im Arbeitshubbereich 54 eine Verstärkung der Magnetkraft F ermöglicht wird.
Außerhalb des Arbeitshubbereichs 54 kann es auch zu einer Schwächung der Magnetkraft F kommen, wie es in dem Diagramm der Fig. 3 veranschaulicht ist. Denn der Bereich 48 der Kennlinie 46 liegt unter dem Bereich 52 der Kennlinie 50. Der Trennkörper 32 und der Körper 33 werden daher so ausgestaltet, dass über den Arbeitshubbereich 54 des Ankers 25 eine Verstärkung der auf den Anker 25 wirkenden magnetischen Anzugskraft F bei der Bestromung der Magnetspule 20 aufgrund der durch den magnetisch leitenden Körper 33 ermöglichten Formung des Magnetschlusses bei gegebenem Arbeitsluftspalt s zwischen dem Innenpol 3 und dem Anker 25 erreicht ist.
Bei einer abgewandelten Ausgestaltung des Magnetventils 1 kann die Verstärkung der Magnetkraft F gegebenenfalls auch nur auf einen Teil des Arbeitshubbereichs 54 beschränkt sein. Dies bedeutet, dass der Schnittpunkt 53 dann innerhalb des
Arbeitshubbereichs 54 liegt beziehungsweise der Arbeitshubbereich 54 über den
Schnittpunkt 53 hinaus erweitert ist. Hierdurch kann je nach Abwandlung des Magnetventils 1 beispielsweise eine Verstärkung der Haltekraft im betätigten Zustand erzielt werden, die gegen eine den Dichtsitz im geschlossenen Zustand haltende Federkraft wirkt. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

Ansprüche
1. Magnetventil (1), das insbesondere für Anlagen an Brennkraftmaschinen dient, mit einem Außenpol (2), einem Innenpol (3), einer Magnetspule (20) und einem Anker (25), wobei der Innenpol (3) über zumindest einen nicht oder schlecht magnetisch leitenden Trennkörper (32) und zumindest einen magnetisch leitenden Körper (33) mit dem Außenpol (2) verbunden ist, wobei bei einer Bestromung der Magnetspule (20) ein Magnetschluss erzeugt wird, der über den Innenpol (3), den Anker (25) und den Außenpol (2) führt, und wobei ein Gehäuseteil (4) neben dem Außenpol (2) den zumindest einen nicht oder schlecht magnetisch leitenden Trennkörper (32) und den zumindest einen magnetisch leitenden Körper (33) aufweist.
2. Magnetventil nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Innenpol (3) zumindest im Wesentlichen mit dem magnetisch leitenden Körper (33) verbunden ist und dass der Außenpol (2) zumindest im Wesentlichen mit dem nicht oder schlecht magnetisch leitenden Trennkörper (32) verbunden ist.
3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der nicht oder schlecht magnetisch leitende Trennkörper (32) zumindest im
Wesentlichen aus einem Werkstoff mit einer austenitischen Gefügestruktur gebildet ist und/oder dass der magnetisch leitende Körper (33) zumindest im Wesentlichen aus einem ferromagnetischen Werkstoff gebildet ist.
4. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der magnetisch leitende Körper (33) in den nicht oder schlecht magnetisch leitenden Trennkörper (32) eingesetzt ist.
5. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der magnetisch leitende Körper (33) ringförmig geschlossen und/oder hülsenförmig ausgestaltet ist und/oder dass der nicht oder schlecht magnetisch leitende Trennkörper (32) ringförmig geschlossen und/oder hülsenförmig ausgestaltet ist.
5 6. Magnetventil nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der magnetisch leitende Körper (33) eine sich axial erstreckende Verbindungslippe (35) aufweist, an der eine radiale Dicke (36) des magnetisch leitenden Körpers (33) reduziert ist, und dass der nicht oder schlecht magnetisch leitende Trennkörper (32) eine0 innenliegende Ausnehmung (37) aufweist, in die die Verbindungslippe (35) des magnetisch leitenden Körpers eingefügt ist.
7. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
5 dass der magnetisch leitende Körper (32) so ausgestaltet ist, dass zumindest über einen Arbeitshubbereich (54) des Ankers (25) eine Verstärkung der auf den Anker (25) einwirkenden magnetischen Anzugskraft (F) bei der Bestromung der Magnetspule aufgrund der durch den magnetisch leitenden Körper (33) ermöglichten Formung des
Magnetschlusses bei gegebenem Arbeitsluftspalt (s) zwischen dem Innenpol (3) und dem o Anker (25) erreicht ist.
8. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der nicht oder schlecht magnetisch leitende Trennkörper (32) einen Distanzbereich 5 (38) aufweist, über den der magnetisch leitende Körper (33) von dem Außenpol (2) getrennt ist, und dass der Anker (25) so angeordnet ist, dass sich der Anker (25) axial teilweise innerhalb des Distanzbereichs (38) befindet, aber axial stets von dem magnetisch leitenden Körper (33) getrennt ist. 0 9. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der magnetisch leitende Körper (33) axial innerhalb des Innenpols (3) angeordnet ist und dass sich der nicht magnetisch leitende Trennkörper (32) axial über eine dem Anker (25) zugewandte Stirnseite (26) des Innenpols (3) erstreckt.
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