WO2017008995A1

WO2017008995A1 - Ventil zum zumessen eines fluids

Info

Publication number: WO2017008995A1
Application number: PCT/EP2016/063975
Authority: WO
Inventors: Stefan Cerny; Joerg Abel; Olaf SCHOENROCK; Matthias Boee; Philipp Rogler; Andreas Schaad; Martin Buehner; Juergen Maier
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2015-07-15
Filing date: 2016-06-17
Publication date: 2017-01-19
Also published as: JP2018520301A; JP6475891B2; US20180195477A1; DE102015213221A1

Abstract

Ein Ventil (1) dient zum Zumessen eines Fluids, wobei dieses Ventil (1) vorzugsweise als Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen ausgebildet ist. Das Ventil (1) weist einen elektromagnetischen Aktuator (2) und eine von dem Aktuator (2) betätigbare Ventilnadel (7) auf. Die Ventilnadel (7) dient zum Betätigen eines Ventilschließkörpers (8), der mit einer Ventilsitzfläche (9) zu einem Dichtsitz zusammen wirkt. Ein Anker (5) des Aktuators (2) weist eine Durchgangsöffnung (20) auf, durch die sich die Ventilnadel (7) erstreckt. Zwischen einer Innenwand (25) eines Gehäuseteils (4) und einer Außenseite (26) des Ankers (5) ist ein Ringspalt (27) ausgebildet. An dem Ringspalt (27) ist ein bewegbares Dämpfungselement (28) angeordnet, das teilringförmig ausgestaltet sein kann. Das bewegbare Dämpfungselement (28) ist durch ein von dem Aktuator (2) erzeugtes Magnetfeld (34) betätigbar. Hierdurch kann die Dynamik des Ankers (5) vorteilhaft beeinflusst werden, um insbesondere ein Ankerprellen zu verringern.

Description

Beschreibung Titel

Ventil zum Zumessen eines Fluids Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Zumessen eines Fluids, insbesondere ein

Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von Kraftfahrzeugen, bei denen vorzugsweise eine direkte Einspritzung von Brennstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine erfolgt.

Aus der DE 103 60 330 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das insbesondere für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen dient. Das bekannte

Brennstoffeinspritzventil weist eine Ventilnadel auf, die mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammen wirkt. Ferner ist ein mit der Ventilnadel verbundener Anker

vorgesehen, der von einer Rückstellfeder in einer Schließrichtung beaufschlagt wird, wobei über eine Magnetspule eine Betätigung des Ankers möglich ist. Der Anker ist hierbei in einer Ausnehmung eines Außenpols des Magnetkreises angeordnet. Ein Bund mit einem dreieckigen Querschnitt ist umfänglich an dem Anker ausgebildet. Durch die Form des Bundes ist eine richtungsabhängige, hydraulische Bedämpfung des Ankers möglich. Hierbei erfolgt eine Bedämpfung der Öffnungsbewegung, während sich bei der Schließbewegung ein nahezu ungehinderter Fluss von Kraftstoff ergibt, so dass das Brennstoffeinspritzventil schnell geschlossen werden kann. Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise ermöglicht sind. Insbesondere kann bei einer Ausgestaltung mit einem Ankerfreiweg eine verbesserte

Mehrfacheinspritzfähigkeit bei kurzen Pausenzeiten erreicht werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte

Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich. Bei dem Ventil zum Zumessen des Fluids ist der als Magnetanker dienende Anker nicht fest mit der Ventilnadel verbunden, sondern zwischen den Anschlägen fliegend gelagert. Solche Anschläge können durch Anschlaghülsen und/oder Anschlagringe realisiert werden. Über eine Rückstellfeder wird der Anker im Ruhezustand an einen bezüglich der Ventilnadel ortsfesten Anschlag verstellt, so dass der Anker dort anliegt. Bei der Ansteuerung des Ventils steht dann der komplette Ankerfreiweg als Beschleunigungsstrecke zur Verfügung. Als Ankerfreiweg kann hierbei das axiale Spiel zwischen dem Magnetanker und den beiden Anschlägen bezeichnet werden.

Gegenüber einer festen Verbindung des Ankers mit der Ventilnadel ergibt sich der Vorteil, dass durch den entstehenden Impuls des Ankers beim Öffnen bei gleicher Magnetkraft die Ventilnadel auch bei höheren Drücken, insbesondere Brennstoffdrücken, sicher geöffnet werden kann. Dies kann als dynamische mechanische Verstärkung bezeichnet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine Entkoppelung der beteiligten Massen erfolgt, so dass die resultierenden Anschlagkräfte am Dichtsitz auf zwei Impulse aufgeteilt werden.

Allerdings ergeben sich spezifische Probleme, die mit der fliegenden Lagerung des Ankers an der Ventilnadel verbunden sind. Beim Schließen des Ventils kann der Anker nach dem Auftreffen auf den diesbezüglichen Anschlag wieder zurückprellen, wobei es im Extremfall vorkommen kann, dass der komplette Ankerfreiweg noch einmal durchlaufen wird und der Anker beim darauffolgenden Anschlagen an dem gegenüberliegenden Anschlag noch so viel Energie besitzt, dass die Ventilnadel noch einmal kurzzeitig aus ihrem Sitz gehoben wird. Hierdurch kann eine ungewollte Nacheinspritzung auftreten, die einen erhöhten Verbrauch und gegebenenfalls erhöhte Schadstoffemissionen zur Folge hat. Auch wenn der

Anker beim Zurückprellen nicht den kompletten Ankerfreiweg durchläuft, dann kann er doch einige Zeit benötigen, bis er sich wieder beruhigt und in die Ausgangsstellung gelangt. Erfolgt nun vor der endgültigen Beruhigung eine erneute Ansteuerung, was insbesondere bei Mehrfacheinspritzungen mit kurzen Pausenzeiten zwischen den Einspritzungen von Bedeutung ist, dann kann sich keine robuste Ventilfunktion ergeben. Es kann

beispielsweise sein, dass sich die Anschlagimpulse entsprechend vergrößern oder verringern, was im ungünstigen Fall zur Folge haben kann, dass das Ventil gar nicht mehr öffnet, da der Anschlagimpuls hierfür nicht mehr ausreichend groß ist. Durch das Dämpfungselement kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass der Anker (Magnetanker) geeignet gebremst wird, was vorzugsweise während des Schließvorgangs erfolgt. Dadurch kann ein Ankerprellen verhindert oder zumindest reduziert werden.

Hierdurch kann eine robustere Mehrfacheinspritzfähigkeit bei kurzen Pausenzeiten erzielt werden. Außerdem können geringere Anschlagimpulse beim Schließen erreicht werden, was den Verschleiß am Anker und den Anschlägen sowie am Ventilsitz verringert.

Hierdurch kann auch eine Geräuschreduzierung erzielt werden. Es ergeben sich auch geringere Funktionsänderungen über die Lebensdauer. Ein Zurückprellen der

beispielsweise als Nadelstift ausgebildeten Ventilnadel und/oder des Ankers beim

Schließen kann somit reduziert werden. Ferner kann der Anker schneller wieder in seine Ruhelage gestellt werden. Die Gefahr von Nadel- oder Ankerprellern, die zu ungewollten Nacheinspritzungen führen, wird somit ebenfalls verringert. Je nach Ausgestaltung des Ventils können somit ein oder mehrere wesentliche Vorteile beziehungsweise besondere Eigenschaften realisiert werden. Es kann eine

richtungsabhängige Bremsung beziehungsweise Dämpfung der axialen Ankerbewegung realisiert werden. Hierbei kann eine Beschleunigung des Ankers ohne Reibung zwischen dem Anker und dem Dämpfungselement ermöglicht werden, um einen schnellen

Impulsaufbau zu erzielen und um somit für ein sicheres Öffnen des Ventils zu sorgen. Das Abbremsen des Ankers kann mittels Fluiddämpfung und/oder Reibung während des Schließvorganges erfolgen, wodurch sich hierbei geringere Anschlagimpulse, eine schnellere Beruhigung der Ankerbewegung und geringere Geräuschemissionen ergeben. Der von der Ventilnadel betätigte Ventilschließkörper kann einstückig mit der Ventilnadel ausgebildet sein. Hierbei sind geeignete Ausgestaltungen des Ventilschließkörpers möglich. Insbesondere kann der Ventilschließkörper als kugelförmiger oder teilkugelförmiger Ventilschließkörper ausgestaltet sein. Da das bewegbare Dämpfungselement durch das von dem Aktuator erzeugte Magnetfeld betätigt wird, ist in vorteilhafter Weise eine mit dem sich aufbauenden und anschließend wieder abbauenden Magnetfeld korrespondierende Bewegung des Dämpfungselements möglich. Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 hat den Vorteil, dass die Betätigung des

Dämpfungselements und eine dadurch verursachte Einwirkung auf das

Bewegungsverhalten des Ankers optimiert sind. Speziell kann eine rasche Veränderung des freien Ringspalts realisiert werden, um die hydraulische Dämpfung entsprechend rasch zu beeinflussen. Ferner kann der Einfluss von Reibungskräften verringert werden.

Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 hat den Vorteil, dass beim Freigeben des Ankers in vorteilhafter Weise der freie Querschnitt des Ringspalts vergrößert werden kann. Indem die Vertiefung das Dämpfungselement ganz aufnimmt, kann auch der gesamte Ringspalt für einen weitgehend ungedrosselten Fluidaustausch zur Verfügung stehen, was die hydraulische Dämpfung gegenüber dem unbetätigten Zustand erheblich reduziert. Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 4 hat hierbei weiter den Vorteil, dass die zum Aufnehmen des Dämpfungselements dienende Vertiefung zugleich für die Aufnahme eines oder mehrerer Federelemente zur Verfügung steht, die das Dämpfungselement in seine

Ausgangsstellung bringen, wenn das Magnetfeld verschwindet.

Ferner kann die Vertiefung zugleich zur radialen Führung des Dämpfungselements dienen, was insbesondere bei einer nutförmigen Vertiefung in vorteilhafter Weise möglich ist. Somit ergeben sich weitere Vorteile, wenn ein oder mehrere Ausgestaltungen gemäß Anspruch 5 realisiert sind.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 6 hat den Vorteil, dass eine Dämpfung durch eine Reibkraft zwischen dem Dämpfungselement und der Außenseite des Ankers realisierbar ist, was gegebenenfalls zusätzlich zu der hydraulischen Dämpfung durch einen

Flüssigkeitsaustausch, der auf einem Verdrängungsprinzip basiert, erfolgen kann. Je nach Fluid, insbesondere dessen Viskosität, kann sich hierbei bereits aufgrund der Drosselung eine ausreichende Dämpfung bei geringer Beabstandung des Dämpfungselements von der Außenseite des Ankers ergeben.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung gemäß den Ansprüchen 7 und 8 kann insbesondere eine Ausbildung des Dämpfungselements aus zwei Komponenten realisiert werden. Hierbei ist eine Paarung eines ferromagnetischen Werkstoffs mit einem paramagnetischen

Werkstoff von besonderem Vorteil. Hierdurch lässt sich unter anderem erreichen, dass das Dämpfungselement nicht magnetisch an dem Anker klebt, was das Lösen von dem Anker verzögern würde. Ferner kann der paramagnetische Werkstoff in vorteilhafter Weise bezüglich seiner Reibeigenschaften in der Paarung mit dem Anker optimiert werden.

Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 9 hat den Vorteil, dass das Dämpfungselement durch seine geometrische Ausgestaltung federnd ausgestaltet werden kann. Die Magnetkraft kann dann gegen die durch das Dämpfungselement gebildete Feder arbeiten, um das

Dämpfungselement aufzuspreizen. Zusätzliche Federelemente können hierdurch eingespart oder zumindest hinsichtlich ihrer Federkraft kleiner dimensioniert werden. Ferner hat die teilringförmige Ausgestaltung den Vorteil einer großen umfänglichen Ausdehnung, was eine optimierte Beeinflussung des freien Ringspalts zur Folge hat. Gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 10 erfolgt vorzugsweise eine Beeinflussung beim Schließen der Ventilnadel, indem hierbei über das Dämpfungselement eine Dämpfung erzielt ist. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende

Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 2 den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Ventils gemäß dem ersten

Ausführungsbeispiel in einer detaillierten Darstellung in einem Ausgangszustand;

Fig. 3 einen Ablaufplan zur Erläuterung der Funktionsweise des Ventils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 den in Fig. 1 mit IV bezeichneten Ausschnitt des Ventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Darstellung in einem

Ausgangszustand und Fig. 5 einen Schnitt durch das Ventil gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entlang der in Fig. 4 mit V bezeichneten Schnittlinie.

Ausführungsformen der Erfindung Fig. 1 zeigt ein Ventil 1 zum Zumessen eines Fluids in einer auszugsweisen,

schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Ventil 1 kann insbesondere als Brennstoffeinspritzventil 1 ausgebildet sein. Ein bevorzugter Anwendungsfall ist eine Brennstoffeinspritzanlage, bei der solche Brennstoffeinspritzventile 1 als Hochdruckeinspritzventile 1 ausgebildet sind und zur direkten Einspritzung von Brennstoff in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine dienen. Als Brennstoff können hierbei flüssige oder gasförmige Brennstoffe zum Einsatz kommen. Das Ventil 1 weist einen Aktuator 2 auf, der eine Magnetspule 3, ein ferromagnetisches Gehäuseteil 4, einen Anker (Magnetanker) 5 und einen ferromagnetischen Innenpol 6 umfasst. Über den Aktuator 2 ist eine Ventilnadel 7 betätigbar, die wiederum zum Betätigen eines in diesem Ausführungsbeispiel kugelförmigen Ventilschließkörpers 8 dient. Der Ventilschließkörper 8 wirkt hierbei mit einer Ventilsitzfläche 9 zu einem Dichtsitz zusammen. Zum Öffnen des Ventils 1 wird die Ventilnadel 7 in einer Öffnungsrichtung 10 betätigt, so dass der Dichtsitz geöffnet wird und Brennstoff oder ein anderes Fluid aus einem

Innenraum 11 über Spritzlöcher 12, 13 in einen geeigneten Raum 14, insbesondere einen Brennstoffraum 14, einspritzbar beziehungsweise einblasbar ist. In diesem

Ausführungsbeispiel kommuniziert ein Innenraum 15, in dem der Anker 5 angeordnet ist, mit dem Innenraum 11. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann der Innenraum 15 allerdings auch von dem Innenraum 1 1 , in dem das einzuspritzende beziehungsweise einzublasende Fluid vorgesehen ist, getrennt sein. Dies ist insbesondere für gasförmige Fluide möglich, um den Innenraum 15 mit einem anderen, vorzugsweise flüssigen Fluid zur Dämpfung zu füllen.

Der Anker 5 des Aktuators 2 weist eine Durchgangsöffnung 20 auf, durch die sich die Ventilnadel 7 erstreckt. Der Anker 5 ist hierbei verschiebbar auf der Ventilnadel 7 angeordnet. Diese Verschiebbarkeit ist durch Anschlagelemente 21 , 22 begrenzt, die ortsfest an der Ventilnadel 7 befestigt sind. Der untere Anschlag 21 ist in diesem

Ausführungsbeispiel als Anschlaghülse 21 ausgebildet und der obere Anschlag 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Anschlagring 22 ausgebildet. Das hierbei realisierte Spiel ermöglicht einen Ankerfreiweg 23. Außerdem ist durch einen sich an den Ankerfreiweg 23 anschließenden Abstand 24 zum Innenpol 6 ein Hub 24 eingestellt, über den eine

Bewegung der Ventilnadel 7 möglich ist. Der Innenpol 6 bildet hierbei in diesem

Ausführungsbeispiel einen Endanschlag bei der Betätigung des Ankers 5.

Zwischen einer Innenwand 25 des Gehäuseteils 4 und einer Außenseite 26 des Ankers 5 ist ein Ringspalt 27 ausgebildet. An dem Ringspalt 27 ist ein bewegbares Dämpfungselement 28 angeordnet, das in diesem Ausführungsbeispiel von einem Federelement 29 in Richtung auf die Außenseite 26 des Ankers 5 beaufschlagt ist.

Das bewegbare Dämpfungselement 28 ist durch das von dem Aktuator 2 erzeugbare Magnetfeld betätigbar. Hierbei ist eine Betätigung des bewegbaren Dämpfungselements 28 in radialer Richtung 30 möglich. Die Ausgestaltung des Ventils gemäß dem ersten

Ausführungsbeispiels ist im Folgenden auch unter Bezugnahme auf die Fig. 2 weiter erläutert. Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Ventils 1 des ersten

Ausführungsbeispiels in einer detaillierten Darstellung in einem Ausgangszustand. Hierbei sind in der Fig. 2 die Öffnungsrichtung 10 und eine radiale Richtung 30, die senkrecht zu der Öffnungsrichtung 10 ist, als ein mögliches Bezugssystem zur Erläuterung der für die Funktionsweise dargestellt. Hierbei versteht es sich, dass die radiale Richtung 30 eine exemplarische radiale Richtung 30 darstellt. Speziell ist eine mehrfache Wiederholung dieser Ausgestaltung in verschiedenen radialen Richtungen 30, die senkrecht zu der Öffnungsrichtung 10 sind, möglich. Das Federelement 29 ist so vorgespannt, dass eine gewisse Beaufschlagung des Dämpfungselements 28 entgegen der radialen Richtung 30 erfolgt. Dies ist durch einen entgegen der radialen Richtung 30 orientierten Kraftpfeil 31 veranschaulicht. Wenn kein Magnetfeld herrscht, dann wird durch die Kraft 31 das

Dämpfungselement 28 gegen die Außenseite 26 des Ankers 5 gepresst, so dass eine Reibkraft erzeugt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Dämpfungselement 28 aus zwei Komponenten gebildet, nämlich teilweise aus einem ferromagnetischen Werkstoff 32 und teilweise aus einem paramagnetischen Werkstoff 33.

Der ferromagnetische Werkstoff 32 kann beispielsweise auf einem ferritischen Stahl basieren. Der paramagnetische Werkstoff 33 kann beispielsweise aus einem austenitschen Stahl, einem Kunststoff oder einer Keramik basieren. Der paramagnetische Werkstoff 33 liegt an der Außenseite 26 an und ermöglicht hierbei eine Dämpfung durch Reibung. Der ferromagnetische Werkstoff 32 ist von der Außenseite 26 getrennt, so dass ein

magnetischer Klebeeffekt beim Betätigen des Dämpfungselements 28 verhindert ist.

Bei einer Bestromung der Magnetspule 3 wird ein Magnetfeld erzeugt. Aufgrund dieses Magnetfelds, das durch Magnetfeldlinien 34 veranschaulicht ist, werden eine axiale

Magnetkraft 35, die auf den Anker 5 wirkt, und eine radiale Magnetkraft 36, die auf das Dämpfungselement 28 wirkt, erzeugt. Die radiale Magnetkraft 36 kommt hierbei durch die Wrkung der Magnetfeldlinien 34 auf das ferromagnetische Material 32 des

Dämpfungselements 28 zustande. Hierbei ist durch Seitenwände 37, 38 einer nutförmigen Vertiefung 39, in der das Dämpfungselement 28 zumindest teilweise angeordnet ist, eine

Führung des Dämpfungselements 28 in der radialen Richtung 30 gewährleistet.

Wenn die radiale Magnetkraft 36 die Federkraft 31 des Federelements 29 übersteigt, dann löst sich das Dämpfungselement 28 von der Außenseite 26, so dass die diesbezügliche Reibkraft aufgehoben ist. Dies erfolgt vorzugsweise vergleichsweise früh bei der

Ansteuerung und somit am Beginn der Bewegung des Ankers 5 in der Öffnungsrichtung 10. Der Innenraum 15 umfasst Teilräume 40, 41 , die beidseitig des Ankers 5 vorgesehen sind. Über einen Fluidaustausch zwischen den Teilräumen 40, 41 kann zusätzlich zu der auf Reibung basierenden Dämpfung eine hydraulische Dämpfung realisiert werden. Hierfür ist eine radiale Ausdehnung 42 des Ringspaltes 27 so vorgegeben, dass ohne das

Dämpfungselement 28 ein bezüglich der Dynamik des Ankers 5 im Wesentlichen ungedrosselter Flüssigkeitsaustausch möglich ist. Dies kann durch ein oder mehrere, koaxiale Durchgangsbohrungen 43 unterstützt sein, von denen in der Fig. 1 exemplarisch die Durchgangsbohrung 43 gekennzeichnet ist. Durch ein Einbringen des Dämpfungselements 28 in den Ringspalt 27 wird der freie Querschnitt des Ringspalts 27 verringert, so dass die hydraulische Drosselwirkung zunimmt. Unter Berücksichtigung der Durchgangsbohrungen 43 erfolgt hierbei eine dahingehende konstruktive Abstimmung, dass in Bezug auf den Anker 5 eine wesentliche Drosselung des Flüssigkeitsaustausches zwischen den Teilräumen 40, 41 möglich ist, wenn der freie Querschnitt des Ringspalts 27 durch ein oder mehrere Dämpfungselemente 28 reduziert ist. Dann kommt es auch zu einer hydraulischen Dämpfung des Ankers 5.

Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann anstelle einer direkten Reibung zwischen dem Dämpfungselement 28 und der Außenseite 26 des Ankers 5 auch eine Annäherung bis zu einem minimalen Abstand vorgesehen sein, so dass aufgrund der Viskosität des Fluids bereits eine ausreichende hydraulische Dämpfung erfolgt und eine direkte Reibung somit gegebenenfalls nicht notwendig ist.

Im weiteren ist auch unter Bezugnahme auf die Fig. 3 die Funktionsweise des Ventils 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bei einer Betätigung weiter erläutert.

Fig. 3 zeigt einen Ablaufplan zur Erläuterung der Funktionsweise des Ventils 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In einem Zustand Z1 , der vorzugsweise kurz nach dem Beginn der Betätigung des Ankers 5 auftritt, hebt sich das Dämpfungselement 28 von der

Außenseite 26 des Ankers 5 ab. Dadurch fällt die Reibungskraft zwischen dem

Dämpfungselement 28 und dem Anker 5 weg, so dass eine hohe Beschleunigung des Ankers 5 erreichbar ist. In einem Zustand Z2 wird anschließend das Dämpfungselement 28 vollständig von der nutförmigen Vertiefung 39 aufgenommen. Hierdurch ist ein zumindest im Wesentlichen ungedrosselter Austausch des Fluids zwischen den Teilräumen 40, 41 möglich. Somit ergibt sich eine hohe Dynamik des Ankers 5 während der Betätigung.

Im Zustand Z3 wird die Magnetspule 3 stromlos geschaltet, so dass das durch die

Magnetlinien 34 veranschaulichte Magnetfeld möglichst rasch abgebaut wird und vorzugsweise zusammenbricht. Hierdurch wird vorzugsweise erreicht, dass die Kraft 31 des im Zustand Z2 weiter gespannten Federelements 29 möglichst früh während der

Rückstellung größer als die radiale Magnetkraft 36 ist. Dadurch kommt es während der Bewegung 47 des Ankers 5 entgegen der Öffnungsrichtung 10 zunächst zur hydraulischen und dann auch zu der auf Reibung beruhenden Dämpfung der Bewegung des Ankers 5.

Für die anhand des in Fig. 3 veranschaulichten Ablaufplans erläuterte Funktionsweise ist ein Spalt beziehungsweise Abstand 44 des Dämpfungselements 28 von einem Nutgrund der nutförmigen Vertiefung 39 in der Ausgangsstellung des Dämpfungselements 28 nach Fig. 2 zumindest so groß wie die radiale Ausdehnung 42 des Ringspalts 27. Dadurch kann die nutförmige Vertiefung 39 das Dämpfungselement 28 im Rahmen des anhand der Fig. 3 veranschaulichten Ablaufs im Zustand Z2 ganz aufnehmen.

Ferner ist eine Material stärke 45 des paramagnetischen Werkstoffs (Teils 33) größer als der Abstand 44 ausgelegt.

Im unbestromten, geschlossenen Zustand des Ventils 1 liegen somit alle

Dämpfungselemente 28 an der als äußeren Mantelfläche ausgestalteten Außenseite 26 des Ankers 5 an und werden zugleich durch das jeweilige Federelement 29 angedrückt. Bei Beginn der Bestromung der Magnetspule 3 sorgt das sich im Ringspalt 27 ausbildete Magnetfeld für eine sich stets vergrößernde radiale Magnetkraft 36 auf die

Dämpfungselemente 28, da der magnetisch wirksame Spalt 44 kleiner als die

Materialstärke 45 des paramagnetischen Werkstoffs 33 ist. Sobald die entstehende radiale Magnetkraft 36 die Federkraft 31 des Federelements 29 übersteigt, beginnen sich die Dämpfungselemente 28 vom Anker 5 zu entfernen, wie es anhand des Zustands Z1 veranschaulicht ist, und sie verschwinden nach einiger Zeit komplett in ihren nutförmigen Vertiefungen 39 des Gehäuseteils 4, wie es anhand des Zustands Z2 veranschaulicht ist. Der Anker 5 kann somit ohne mechanische Reibung oder Drosselung des

vorbeiströmenden Fluids beschleunigt werden und damit den maximalen Öffnungsimpuls zum schnellen und robusten Öffnen der Ventilnadel aufbauen, was während der Bewegung des Ankers 5 in der Öffnungsrichtung 10 erfolgt.

Nach dem Abschalten baut sich das Magnetfeld wieder ab. Die radiale Magnetkraft 36 an den Dämpfungselementen 28 sinkt unter die jeweils wirkende Federkraft 31 der

Federelemente 29, und die Dämpfungselemente 28 bewegen sich wieder in Richtung der Außenseite 26 des Ankers 5. Durch das Anliegen der Dämpfungselemente 28 an dem Anker 5 wird der Anker 5 zum einen mechanisch gebremst, zum anderen wird der Ringspalt 27 geschlossen, wodurch das vorbeiströmende Fluid stark gedrosselt wird. Aus diesen beiden Effekten resultieren, wie bereits ausgeführt, wesentliche Vorteile.

Vorzugsweise sind die radiale Ausdehnung 42 und der Abstand 44 jeweils ungefähr halb so groß wie die in Fig. 1 veranschaulichte Summe 46 aus dem Ankerfreiweg 23 und dem Hub 24 vorgegeben. Wie im Zustand Z2 (auf der linken Seite) der Fig. 3 des Ablaufplans veranschaulicht, kann der paramagnetische Werkstoff (Teil) 33 des Dämpfungselements 28 eine bezüglich einer Längsachse 50 (Fig. 1) zylindermantelförmig gebogene und damit konkave Stirnseite 51 aufweisen. Die Krümmung der Stirnseite 51 ist hierbei an die

Außenseite 26 des Ankers 5 angepasst, wenn die Stirnseite 51 als Reibfläche 51 dient. Ferner wird durch die Krümmung der Stirnseite 51 erreicht, dass der Ringspalt 27 zumindest im Wesentlichen freigegeben ist, wenn sich das Dämpfungselement 28 bis zu dem Nutgrund in der nutförmigen Vertiefung 39 befindet. Fig. 4 zeigt den in Fig. 1 mit IV bezeichneten Ausschnitt des Ventils 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Darstellung in einem Ausgangszustand. In diesem Ausführungsbeispiel ist im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel kein Federelement 29 erforderlich. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann jedoch auch zumindest ein Federelement 29 vorgesehen sein, das dann entsprechend schwächer ausgelegt werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Dämpfungselement 28 als teilringsförmiges Dämpfungselement ausgeführt.

Fig. 5 zeigt diesbezüglich einen Schnitt durch das Ventil 1 gemäß dem zweiten

Ausführungsbeispiel entlang der in Fig. 4 mit V bezeichneten Schnittlinie. Das

teilringförmige Dämpfungselement 28 ist in diesem Ausführungsbeispiel als geschlitzter Ring ausgestaltet, der einen Schlitz 55 aufweist. Die Federkraft 31 wird hierbei von dem ringförmigen Dämpfungselement 28 aufgebracht, das für die Montage an dem Anker 5 aufgespreizt wird. Die radiale Magnetkraft 36 wirkt hierbei entgegen der mechanischen Kraft 31.

Bei einer Betätigung des Aktuators 2 wird somit über das entstehende Magnetfeld ein weiteres Aufspreizen des teilringförmigen Dämpfungselements 28 verursacht, was den umfänglichen Kontakt zu der Außenseite 26 des Ankers 5 aufhebt. Ferner kommt es zu einer zumindest teilweisen Versenkung des Dämpfungselements 28 in der als Ringnut 39 ausgestalteten nutförmigen Vertiefung 39. Dies vergrößert entsprechend den freien Querschnitt des Ringspalts 27 im Bereich des Dämpfungselements 28.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

Ansprüche

1. Ventil (1) zum Zumessen eines Fluids, insbesondere Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einem elektromagnetischen Aktuator (2) und einer von dem Aktuator (2) betätigbaren Ventilnadel (7), die zum Betätigen eines Ventilschließkörpers (8) dient, der mit einer Ventilsitzfläche (9) zu einem Dichtsitz zusammen wirkt, wobei ein Anker (5) des Aktuators (2) eine Durchgangsöffnung(20) aufweist, durch die sich die Ventilnadel (7) erstreckt, und wobei zwischen einer Innenwand (25) eines Gehäuseteils (4) und einer Außenseite (26) des Ankers (5) ein Ringspalt (27) ausgebildet ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass an dem Ringspalt (27) zumindest ein bewegbares Dämpfungselement (28) angeordnet ist und dass das bewegbare Dämpfungselement (28) durch ein von dem Aktuator (2) erzeugtes Magnetfeld (34) betätigbar ist.

2. Ventil nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Dämpfungselement (28) als zumindest im Wesentlichen radial bewegbares Dämpfungselement (28) ausgestaltet ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass in dem Gehäuseteil (4) eine dem Dämpfungselement (28) zugeordnete Vertiefung (39) ausgestaltet ist, die das Dämpfungselement (28) zumindest teilweise aufnimmt.

4. Ventil nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass zumindest ein dem Dämpfungselement (28) zugeordnetes Federelement (29) vorgesehen ist und dass das Federelement (29) das Dämpfungselement (28) in Richtung (31) der Außenseite (26) des Ankers (5) beaufschlägt und/oder in der Vertiefung (39) angeordnet ist.

5. Ventil nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (39) als nutförmige Vertiefung (39) ausgestaltet ist und/oder dass das Dämpfungselement (28) in der Vertiefung (39) radial geführt ist und/oder dass die

Vertiefung (39) so ausgestaltet ist, dass das Dämpfungselement (28) bei einer Betätigung (36) durch das Magnetfeld (34) des Aktuators (2) vollständig von der Vertiefung (39) aufnehmbar ist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass das bewegbare Dämpfungselement (28) in einer unbetätigten Ausgangsstellung, in der das von dem Aktuator (2) erzeugbare Magnetfeld (34) zumindest im Wesentlichen verschwindet, den Ringspalt (27) soweit wie möglich reduziert und dabei an der Außenseite (26) des Ankers (5) anliegt oder von der Außenseite (26) des Ankers (5) minimal beabstandet ist.

7. Ventil nach eine der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Dämpfungselement (28) zumindest teilweise aus zumindest einem

ferromagnetischen Werkstoff (32) gebildet ist.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Dämpfungselement (28) teilweise aus zumindest einem paramagnetischen Werkstoff (33) gebildet ist, der der Außenseite (26) des Ankers (5) zugewandt ist.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Dämpfungselement (28) teilringförmig ausgestaltet ist und dass das

teilringförmige Dämpfungselement (28) so ausgestaltet ist, dass sich das teilringförmige Dämpfungselement (28) bei der Betätigung (36) durch das Magnetfeld (34) des Aktuators (2) entlang seines Umfangs aufspreizt.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass das bewegbare Dämpfungselement (28) durch das von dem Aktuator (2) erzeugte Magnetfeld (34) zum Betätigen der Ventilnadel (7) in einer Öffnungsrichtung (10) betätigbar (35) ist und dass durch das Dämpfungselement (28) eine Dämpfung des Ankers (5) für eine entgegen der Öffnungsrichtung (10) erfolgende Rückstellung der Ventilnadel (7) erfolgt.