WO2020053359A1 - Ventil eines kraftstoffinjektors - Google Patents

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WO2020053359A1
WO2020053359A1 PCT/EP2019/074420 EP2019074420W WO2020053359A1 WO 2020053359 A1 WO2020053359 A1 WO 2020053359A1 EP 2019074420 W EP2019074420 W EP 2019074420W WO 2020053359 A1 WO2020053359 A1 WO 2020053359A1
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WO
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armature
damping element
valve
opening
fuel
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/074420
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English (en)
French (fr)
Inventor
Richard Pirkl
Razvan-Sorin STINGHE
Martin Seidl
Original Assignee
Liebherr-Components Deggendorf Gmbh
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Publication date
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Priority to US17/271,698 priority patent/US20210254590A1/en
Publication of WO2020053359A1 publication Critical patent/WO2020053359A1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/007—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059
    • F02M63/0075—Stop members in valves, e.g. plates or disks limiting the movement of armature, valve or spring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0017—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using electromagnetic operating means
    • F02M63/0019—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using electromagnetic operating means characterised by the arrangement of electromagnets or fixed armatures

Definitions

  • the present invention relates to a valve of a fuel injector.
  • Fuel injectors which are also called injection nozzles, are an essential part of every internal combustion engine, since the required amount of the burning fuel is introduced into the combustion chamber. For clean combustion, it is of great importance to maintain the opening and closing of the injector as quickly as possible over the entire lifespan of an injector, in order to be able to continuously supply an exact amount of fuel.
  • a valve is present for a transition from a closed to an open state of the injector, which separates a high-pressure region of the fuel from a region with low pressure. If the areas are connected to one another by the valve moving into its open position, this leads to an injection process of fuel by the injector via a hydraulic-mechanical functional chain.
  • a solenoid valve In a closed state, a guided in a guide magnetizable part, the armature, is subjected to a prestressing force by means of a resilient element, which presses the armature in the axial direction away from the magnet towards a seat plate which has an opening. By pressing the armature towards the seat plate, the armature closes the opening, so that a connection between the high-pressure region and the low-pressure region of the fuel, which connection extends through the opening, is closed.
  • a sealing plate of the armature facing the seat plate closes the opening in the seat plate, so that the area under high pressure is separated from an area with low pressure.
  • the area under high pressure corresponds to the system pressure with which the fuel is injected into the combustion chamber.
  • the area with the lower pressure corresponds to the tank pressure or the ambient pressure.
  • connection between the high pressure area and the low pressure area is released via the opening in the seat plate by an axial movement of the armature in the direction of the magnet, so that fuel can flow from the high pressure area into the low pressure area.
  • At least one fuel inlet from the injector is released into the combustion chamber via the hydraulic-mechanical active chain already briefly mentioned, so that fuel enters the combustion chamber.
  • the aim of the present invention is to minimize the armature bouncing when the armature strikes the magnet, so that the disadvantages associated therewith can be alleviated or overcome.
  • This is achieved using a valve of a fuel injector that has all of the features of claim 1. Advantageous configurations of this valve can be found in the dependent claims.
  • the valve of a fuel injector for selectively separating a high-pressure area from a low-pressure area of a fuel comprises an opening in a seat plate, an armature, which is designed to close the opening of the seat plate, a spring element that the armature in the direction of the opening biasing position and an electromagnet for lifting the armature from the position closing the opening into a position releasing the opening.
  • the valve according to the invention is characterized in that it further comprises an elastically compressible damping element for limiting an armature stroke when the armature is lifted from the seat plate into the releasing position.
  • This elastically compressible damping element therefore dampens the movement of the armature when the magnet is activated and the armature is pulled away from the opening as a result, so that the bouncing between the magnet and armature is prevented or weakened.
  • the damping element is a soft, elastic damping element.
  • a soft-elastic design of the damping element is particularly well suited to suppressing the oscillating oscillation in relation to the oscillating oscillating movement of the armature, which results when the damping element hits the damping element with a continuous magnetic attraction force away from the opening.
  • the stiffness of the damping element is less than the stiffness of the armature.
  • the damping element is a damping pin with a substantially cylindrical shape, which preferably has a cross-sectional reduction between its two end faces. One of the two end faces is designed to serve as a stop face for the anchor. With the other of the two end faces, it can be provided that the pin is arranged in a recess in the magnet.
  • the reduction in cross section can represent a groove running around the outer circumference of the pin, which preferably runs completely around the outer circumference.
  • the circumferential groove, viewed in cross section has an arc shape which is rounded in the groove transitions.
  • the damping element has a spherical section on its contact surface with the armature in order to minimize a contact surface with the armature.
  • this creates a small contact area with the armature, which is desirable in relation to the lowest possible remanent force of the magnet. It is advantageous that the magnetic flux across the contact area is as small as possible.
  • the spherical contact surface advantageously ensures that when the damping element is tilted due to tolerances, the contact surface between the damping element and armature is always the same.
  • the poles of the electromagnet and the end face of the damping element touching the armature lie in a common plane in a relaxed state of the damping element.
  • the end sections of the poles facing the armature and the end face of the damping element touching the armature are arranged in a common plane when the armature is in its relaxed state and it is not attracted by the magnet.
  • the damping element is designed separately from a housing of a fuel injector. It can be provided that the damping element is mounted and held in position by a press fit. The press fit can be implemented, for example, by providing a recess in the magnet in which the damping element is received.
  • the pretensioning force of the spring element is adjustable, preferably via adjusting disks for changing the position of the spring element relative to the damping element and / or the armature.
  • the spring preload force can be set exactly, even if there is an undesired deviation of the spring force from the expected spring force value.
  • the end face of the damping element facing away from the armature is designed as a flat seat. It can be provided that the flat seat is arranged in the magnet.
  • the armature has an elevation in its surface facing the damping element, with which the armature strikes the damping element.
  • a distance can be provided between the pole cores of the magnet and an end face of the armature that is not provided with an elevation. This prevents contact between the armature and the magnet.
  • the anchor can be made in several parts, so that it comprises an anchor part and a seat part or consists of these parts.
  • the spring element is a spiral spring, which preferably extends spirally around the damping element or spirally winds around the damping element.
  • the damping element is thus partially or completely accommodated in the space delimited by the spiral shape of the spring element.
  • the armature only comes into contact with the damping element during the transition from the position closing the opening into the position opening the opening.
  • the anchor touches the seat plate and also the spring element, which exerts a spring force exerted in the direction of the opening, in a still tight state with a sealing surface.
  • the structure of the valve is rotationally symmetrical or rotationally symmetrical to an axis of rotation, which is preferably identical to an axis of rotation of the damping element.
  • the invention also relates to a fuel! njector with a valve according to a variant listed above, in particular a diesel fuel injector.
  • Fig. 2 a force diagram at the transition of the armature between its two
  • Fig. 3 a representation of the anchor stroke depending on different
  • FIG. 1 shows a partial longitudinal section view of the valve 1 according to the invention.
  • the seat plate 3 which separates the high-pressure area (on the underside) from a low-pressure area (on the top), has an opening 2, which connects a high-pressure area and a low-pressure area of fuel to one another can connect.
  • This opening 2 is closed by an anchor 4, which seals the opening 2 in its closed state with its sealing surface 15.
  • the armature 4 can be lifted out of this position when the magnet 6 is activated and thus pulls the armature 4 out of the opening 2.
  • a spiral spring 5 ensures that the armature 4 is pressed with its sealing surface 15 against the opening 2.
  • the magnet 6 has a coil 61 and a coil casing 62, so that a magnetic force can be generated by current flowing through the coil 61.
  • a damping element 7 is arranged, which corresponds to a damping pin in the illustration shown.
  • This damping pin 7 has a first end face 8 which faces the armature 4.
  • the end face 8 is rounded in the present case or corresponds to a section of a ball, so that when the armature 4 strikes the damping element 7, only the smallest possible contact area between the armature 4 and the damping element 7 is produced.
  • the damping element 7 has a recess 14 in its circumference, which ensures a lower rigidity and thus a certain elasticity of the damping element 7.
  • This recess 14 can be provided rounded, as can be seen from reference numeral 12.
  • the damping element 7 can be held in the magnet 6 by an interference fit.
  • an adjusting disk 11 can be provided for adjusting the prestressing force of the spring element 5, with which the spring can be moved in its position in the axial direction.
  • the armature 4 can have an elevation 13 with which the armature 4 meets the contact surface 8 of the damping element 7.
  • An armature guide 16 is provided so that the armature is guided during a transition from its sealing position to the position that opens the opening 2.
  • a spacer ring 17 shields the armature 4 from the housing 10 of a fuel! njectors.
  • the magnetic poles of the magnet 6 are designated by the reference number 9.
  • the axis of symmetry 13 shows that the valve 1 is mirror-symmetrical and / or rotationally symmetrical.
  • a magnetizable part guided in the armature guide 16, here the armature 4 is acted upon by the spring element 5 with a force that can be defined via the adjusting disc 11, the pretensioning force, which moves the armature 4 away from the magnet 6 in the axial direction closes a sealing part of the seat plate 3.
  • the seat plate 3 separates a high pressure area from a low pressure area of the fuel.
  • the connection between the high-pressure area and the low-pressure area is released via the opening 2 in the seat plate 3 by an axial movement of the armature 4 in the direction of the magnet 6, so that fuel flows from the high-pressure area located at the bottom in FIG Low pressure area, which is arranged in FIG. 1 above the seat plate 3, can flow.
  • At least one fuel inlet from the injector is released into the combustion chamber and fuel is supplied to the combustion chamber via a hydraulic-mechanical active chain.
  • the armature 4 is always accelerated by the increasing magnetic force increasing with increasing distance until the armature 4 comes to a stop on the damping element 7.
  • the armature 4 meets a contact surface 8 of the damping element 7, which is formed above by a pin.
  • the damping pin 7 acts like a very hard spring, but has a comparatively low rigidity compared to the armature 4. It can be provided that the stiffness of the damping pin or the damping element is less than 70%, preferably less than 50% and preferably less than 30% of the stiffness of the armature 4. The damping pin 7 brakes the armature 4 completely, the damping pin 7 being elastically compressed. It comes down to the contact between armature 4 and pin 7 to no further mechanical contact between armature 4 and magnet 6.
  • the restoring force of the spring 5 and of the pin 7 causes the pin 7 to expand in the direction of the opening 2 of the seat plate 3.
  • the pin 7 is deformed to a degree at which cancel out the sum of the forces acting on the armature 4 (the attractive magnetic force and the repulsive restoring force due to the spring 5 and pin deformation) in the balance of forces.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil eines Kraftstoffinjektors zum wahlweisen Trennen eines Hochdruckbereichs von einem Niederdruckbereich eines Kraftstoffs, umfassend eine Öffnung in einer Sitzplatte, einen Anker, der dazu ausgelegt ist, die Öffnung der Sitzplatte zu verschließen, ein Federelement, das den Anker in Richtung einer die Öffnung verschließenden Position vorspannt, und ein Elektromagnet zum Abheben des Ankers aus der die Öffnung verschließenden Position in eine die Öffnung freigebende Position, gekennzeichnet durch ein elastisch stauchbares Dämpfungselement zum Begrenzen eines Ankerhubs beim Abheben des Ankers von der Sitzplatte in die freigebende Position.

Description

Liebherr-Components Deggendorf GmbH
DE - Deggendorf
Ventil eines Kraftstoffinjektors
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil eines Kraftstoffinjektors. Kraftstoffinjektoren, die auch Einspritzdüsen genannt werden, sind wesentlicher Bestandteil einer jeden Brennkraftmaschine, da hierüber die erforderliche Menge des verbrennenden Kraftstoffes in den Brennraum eingeleitet wird. Für eine saubere Verbrennung ist es dabei von hoher Wichtigkeit, über die gesamte Lebensdauer eines Injektors ein möglichst rasches Öffnen und Schließen des Injektors beizubehalten, um fortwährend eine exakte Menge eines Kraftstoffes zuführen zu können. Dem Fachmann ist bekannt, dass für einen Übergang von einem geschlossenen in einen geöffneten Zustand des Injektors ein Ventil vorhanden ist, das einen Hochdruckbereich des Kraftstoffs von einem Bereich mit Niederdruck trennt. Werden die Bereiche miteinander verbunden, indem das Ventil in seine geöffnete Stellung übergeht, führt dies über eine hydraulisch-mechanische Wirkkette zu einem Einspritzvorgang von Kraftstoff durch den Injektor.
Nach dem Stand der Technik wird dabei typischerweise ein Magnetventil verwendet. In einem geschlossenen Zustand wird ein in einer Führung geführtes, magnetisierbares Teil, der Anker, mittels eines federnden Elements mit einer Vorspannkraft beaufschlagt, welche den Anker in axialer Richtung vom Magneten weg hin zu einer Sitzplatte drückt, die eine Öffnung aufweist. Durch das Drücken des Ankers hin auf die Sitzplatte, verschließt der Anker die Öffnung, sodass eine sich durch die Öffnung erstreckende Verbindung von Hochdruckbereich und Niederdruckbereich des Kraftstoffs geschlossen wird. Typischerweise wird dies dadurch erreicht, dass eine der Sitzplatte zugewandte Dichtplatte des Ankers die Öffnung in der Sitzplatte verschließt, sodass der unter Hochdruck stehende Bereich von einem Bereich mit Niederdruck getrennt ist. Der unter Hochdruck stehende Bereich entspricht dabei dem Systemdruck mit dem der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Der Bereich mit niedrigerem Druck entspricht dabei dem Tankdruck oder auch dem Umgebungsdruck.
In einem offenen Zustand wird die Verbindung zwischen Hochdruckbereich und Niederdruckbereich über die Öffnung in der Sitzplatte durch eine axiale Bewegung des Ankers in Richtung des Magneten freigegeben, sodass Kraftstoff von Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich fließen kann. Über die bereits kurz erwähnte hydraulisch-mechanische Wirkkette wird mindestens ein Kraftstoffeinlass vom Injektor in den Brennraum freigegeben, sodass Kraftstoff in den Brennraum eintritt.
Beim Ausheben des Ankers aus dem geschlossenen in den offenen Zustand ist es nach dem Stand der Technik üblich, dass der Anker gegen eine Anschlagfläche des Magneten anschlägt und dabei an der Anschlagfläche prellt, was eine hohe Abnutzung des Ankers hervorruft. Weiter nachteilhaft ist das Prellen auch deswegen, da das Prellen die Schaltzeiten des Ankers stark beeinträchtigt.
Demnach ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, das Ankerprellen beim Anschlägen des Ankers am Magneten zu minimieren, sodass die damit einhergehenden Nachteile abgemildert oder überwunden werden können. Dies gelingt mithilfe eines Ventils eines Kraftstoffinjektors, dass sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Ventils finden sich dabei in den abhängigen Ansprüchen.
Nach der Erfindung umfasst das Ventil eines Kraftstoffinjektors zum wahlweisen Trennen eines Hochdruckbereichs von einem Niederdruckbereich eines Kraftstoffs eine Öffnung in einer Sitzplatte, einen Anker, der dazu ausgelegt ist, die Öffnung der Sitzplatte zu verschließen, ein Federelement, dass den Anker in Richtung einer die Öffnung verschließenden Position vorspannt und einen Elektromagnet zum Abheben des Ankers aus der die Öffnung verschließenden Position in eine die Öffnung freigebende Position. Das erfindungsgemäße Ventil zeichnet sich dadurch aus, dass es ferner ein elastisch stauchbares Dämpfungselement zum Begrenzen eines Ankerhubs beim Abheben des Ankers von der Sitzplatte in die freigebende Position umfasst.
Dieses elastisch stauchbare Dämpfungselement dämpft demnach bei einem Aktivieren des Magneten und einem hieraus resultierenden Anziehen des Ankers weg von der Öffnung die Bewegung des Ankers ab, sodass das Prellen zwischen Magnet und Anker verhindert oder abgeschwächt wird.
Vorteilhaft hieran ist, wenn das Dämpfungselement ein weich elastisches Dämpfungselement ist. Wie später anhand der Figurenbeschreibung gezeigt wird, ist eine weichelastische Ausführung des Dämpfungselements in Bezug auf die oszillierende Schwingungsbewegung des Ankers, die sich bei einem Auftreffen auf das Dämpfungselement bei fortwährender magnetischer Anzugskraft weg von der Öffnung ergibt, besonders gut geeignet die oszillierende Schwingung zu unterdrücken.
Nach einer optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung ist die Steifigkeit des Dämpfungselements kleiner als die Steifigkeit des Ankers. Weiterhin kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass das Dämpfungselement ein Dämpfungspin mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form ist, der vorzugsweise zwischen seinen beiden Stirnflächen einer Querschnittsverminderung besitzt. Eine der beiden Stirnflächen ist dazu ausgelegt, als Anschlagfläche für den Anker zu dienen. Mit der anderen der beiden Stirnflächen kann vorgesehen sein, dass der Pin in einer Ausnehmung des Magneten angeordnet ist. Die Querschnittsverminderung kann dabei eine um den Außenumfang des Pins umlaufende Nut darstellen, die vorzugsweise vollständig um den Außenumfang umläuft. Für eine verbesserte Dauerhaltbarkeit kann vorgesehen sein, dass die umlaufende Nut im Querschnitt gesehen eine Bogenform aufweist, die in den Nutübergängen verrundet ausgeführt ist.
Nach einer weiteren optionalen Modifikation der Erfindung weist das Dämpfungselement an seiner Kontaktfläche zum Anker einen kugelförmigen Abschnitt auf, um eine Kontaktfläche mit dem Anker zu minimieren.
Dadurch entsteht zum einen eine geringe Kontaktfläche mit dem Anker, was in Bezug auf eine möglichst geringere Remanenzkraft des Magneten wünschenswert ist. Vorteilhaft daran ist es, dass der magnetische Fluss über die Kontaktfläche möglichst gering ist. Zum anderen wird durch die kugelförmige Kontaktfläche vorteilhafterweise erreicht, dass bei toleranzbedingter Schiefstellung des Dämpfungselements eine immer gleiche Kontaktfläche zwischen Dämpfungselement und Anker wirkt.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Pole des Elektromagneten und die den Anker berührende Stirnseite des Dämpfungselements in einem entspannten Zustand des Dämpfungselements in einer gemeinsamen Ebene liegen. In anderen Worten sind also die dem Anker zugewandten Endabschnitte der Pole sowie die den Anker berührende Stirnseite des Dämpfungselements in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, wenn sich der Anker in seinem entspannten Zustand befindet und er nicht durch den Magneten angezogen wird. Gemäß einer Fortbildung der Erfindung ist das Dämpfungselement separat zu einem Gehäuse eines Kraftstoffinjektors ausgeführt. So kann vorgesehen sein, dass das Dämpfungselement durch eine Presspassung montiert und in Position gehalten wird. Die Presspassung kann beispielsweise dadurch umgesetzt werden, indem in dem Magneten eine Ausnehmung vorgesehen ist, in die das Dämpfungselement aufgenommen wird.
Weiter kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass die Vorspannkraft des Federelements einstellbar ist, vorzugsweise über Einstellscheiben zum Verändern der Position des Federelements gegenüber dem Dämpfungselement und/oder dem Anker. So kann die Federvorspannkraft exakt eingestellt werden und dies auch bei Vorhandensein einer ungewünschten Abweichung der Federkraft von dem erwartetem Federkraftwert.
Nach einer Fortbildung der Erfindung ist die dem Anker abgewandte Stirnseite des Dämpfungselements als Flachsitz ausgeführt. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Flachsitz in dem Magneten angeordnet ist.
Nach einer optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung weist der Anker eine Erhebung in seiner dem Dämpfungselement zugewandten Fläche auf, mit der der Anker auf das Dämpfungselement trifft. So kann unter Umständen deswegen im angezogenem Zustand, also wenn der Magnet aktiv ist und der Anker sich in der freigebenden Position befindet, ein Abstand zwischen den Polkernen des Magneten und einer nicht mit einer Erhebung versehenen Stirnseite des Ankers vorgesehen sein. Dies verhindert den Kontakt zwischen Anker und Magnet.
Ferner kann der Anker mehrteilig ausgeführt sein, sodass dieser einen Ankerteil und einen Sitzteil umfasst oder aus diesen Teilen besteht.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Federelement eine Spiralfeder, die sich vorzugsweise um das Dämpfungselement herum spiralförmig erstreckt, bzw. um das Dämpfungselement herum spiralförmig windet. Das Dämpfungselement ist also in dem durch die Spiralform des Federelements abgegrenzten Raum teilweise oder vollständig aufgenommen.
Weiter kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass der Anker beim Übergang aus der die Öffnung verschließenden Position in die die Öffnung freigebenden Position nur mit dem Dämpfungselement in Berührung kommt. Selbstverständlich berührt der Anker in einem noch dichten Zustand mit einer Dichtflächen die Sitzplatte und auch das Federelement, das eine in Richtung Öffnung ausübende Federkraft ausübt. Jedoch kommt es zu keinem direkten Kontakt zwischen dem Magneten oder einer durch den Magneten gebildeten Anschlagsfläche.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Aufbau des Ventils rotationssymmetrisch oder drehsymmetrisch zu einer Rotationsachse ist, die vorzugsweise identisch zu einer Rotationsachse des Dämpfungselements ist.
Die Erfindung betrifft zudem einen Kraftstoff! njektor mit einem Ventil nach einer vorstehend aufgeführten Varianten, insbesondere einen Dieselkraftstoffinjektor.
Mithilfe der vorstehend beschriebenen Erfindung ist es möglich, das Ankerprellen beim Anschlag des Ankers am Magneten zu verringern und dadurch eine stabilere Einspritzmengenregelung zu erreichen. Ferner erlaubt das geringere Ankerprellen das Einstellen eines kleineren Ankerhubes, sodass der Anker beim Auftreffen auf das Dämpfungselements weniger Impuls besitzt, wodurch die Problematik des Ankerprellens erneut abgemildert werden kann. Diese positiven Auswirkungen führen im Ergebnis dazu, dass eine geringere Streuung der Einspritzmenge zwischen den verschiedenen Injektoren als auch zwischen verschiedenen Einspritzvorgängen eines Injektors erreicht werden kann. Zu guter Letzt ist es mithilfe der vorliegenden Erfindung möglich, die Abschaltzeiten des Magnetventils aufgrund der geringeren Remanenzkraft zwischen Anker und dem Kontakt am Dämpfungselements zu beschleunigen. Dies ist darin begründet, da aufgrund einer verringerten Kontaktfläche zwischen Dämpfungselement und Anker ein geringerer magnetischer Fluss durch das Dämpfungselement verläuft, als dies der Fall bei einer größeren Kontaktfläche, wie sie sich typischerweise im Stand der Technik wiederfindet, wäre.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:
Fig. 1 : eine hälftige Schnittansicht durch das erfindungsgemäße Ventil,
Fig. 2: ein Kraftdiagramm beim Übergang des Ankers zwischen seinen beiden
Positionen, und
Fig. 3: eine Darstellung des Ankerhubes in Abhängigkeit verschiedener
Elastizitäten des Dämpfungselements.
Figur 1 zeigt dabei eine Teil Längsschnitt Ansicht des erfindungsgemäßen Ventil 1. Die Sitzplatte 3, die den Hochdruckbereich (an der Unterseite) von einem Niederdruckbereich (an der Oberseite) trennt, weist eine Öffnung 2 auf, die einen Hochdruckbereich und einen Niederdruckberiech von Kraftstoff miteinander verbinden kann. Diese Öffnung 2 ist dabei von einem Anker 4 verschlossen, der mit seiner Dichtfläche 15 die Öffnung 2 in seinem geschlossenen Zustand abdichtet. Der Anker 4 kann aus dieser Position abgehoben werden, wenn der Magnet 6 aktiviert wird und so den Anker 4 von der Öffnung 2 abzieht. In einem deaktivierten Zustand des Magneten 6 sorgt eine Spiralfeder 5 dafür, dass der Anker 4 mit seiner Dichtfläche 15 gegen die Öffnung 2 gedrückt wird. Der Magnet 6 weist eine Spule 61 sowie eine Spulenummantelung 62 auf, sodass durch ein Hindurchströmen von Strom durch die Spule 61 eine Magnetkraft erzeugbar ist. In dem von der Spiralfeder 5 abgegrenzten Raum ist ein Dämpfungselement 7 angeordnet, dass in der gezeigten Darstellung einem Dämpfungspin entspricht. Dieser Dämpfungspin 7 besitzt eine erste Stirnseite 8, die dem Anker 4 zugewandt ist. Die Stirnseite 8 ist vorliegend abgerundet bzw. entspricht einem Abschnitt einer Kugel, sodass bei einem Auftreffen des Ankers 4 auf dem Dämpfungselement 7 nur ein möglichst kleiner Kontaktbereich zwischen Anker 4 und Dämpfungselement 7 entsteht. Weiter erkennt man, dass das Dämpfungselement 7 eine Ausnehmung 14 in seinem Umfang aufweist, die für eine geringere Steifigkeit und damit eine gewisse Elastizität des Dämpfungselements 7 sorgt. Diese Ausnehmung 14 kann dabei verrundet vorgesehen sein, wie dies am Bezugszeichen 12 ersichtlich ist. Das Dämpfungselement 7 kann durch Presspassung in dem Magnet 6 gehalten werden. Weiter kann zum Einstellen der Vorspannkraft des Federelements 5 eine Einstellscheibe 11 vorgesehen sein, mit der die Feder in ihrer Position in Axialrichtung verrückt werden kann.
Der Anker 4 kann dabei eine Erhebung 13 aufweisen, mit der der Anker 4 auf die Kontaktfläche 8 des Dämpfungselements 7 trifft.
Damit der Anker während eines Übergangs seiner dichtenden Position in die die Öffnung 2 freigebende Position geführt wird, ist eine Ankerführung 16 vorgesehen. Ein Distanzring 17 schirmt dabei den Anker 4 von dem Gehäuse 10 eines Kraftstoff! njektors ab. Mit dem Bezugszeichen 9 sind die Magnetpole des Magneten 6 bezeichnet.
Die Symmetrieachse 13 zeigt, dass das Ventil 1 spiegelsymmetrisch und/oder rotationssymmetrisch aufgebaut ist.
In einem geschlossenen Zustand wird ein in der Ankerführung 16 geführtes magnetisierbares Teil, hier der Anker 4, mittels des Federelements 5 mit einer über die Einstellscheibe 11 definierbaren Kraft, der Vorspannkraft, beaufschlagt, die den Anker 4 in axialer Richtung vom Magneten 6 weg hin zu einem Dichtteil der Sitzplatte 3 verschließt. Wie gesagt trennt der die Sitzplatte 3 einen Hochdruckbereich von einem Niederdruckbereich des Kraftstoffes.
In einem offenen Zustand wird die Verbindung zwischen Hochdruckbereich und Niederdruckbereich über die Öffnung 2 in der Sitzplatte 3 durch eine axiale Bewegung des Ankers 4 in Richtung des Magneten 6 freigegeben, sodass Kraftstoff vom in Fig. 1 unten angeordneten Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich, der in der Fig. 1 oberhalb der Sitzplatte 3 angeordnet ist, fließen kann. Über eine hydraulisch-mechanische Wirkkette wird mindestens ein Kraftstoffeinlass vom Injektor in den Brennraum freigegeben und Kraftstoff dem Brennraum zugeführt.
Zum Öffnen des Magnetventils 1 , also dem Übergang zwischen einem geschlossenem zu einem offenen Zustand, wird mittels einer Spannungsquelle Strom erzeugt, der die durch die Windungen der Spule 61 fließt. Die Windungen der Spule 61 sind von einer Spulenummantelung 62 umgeben, welche wiederum radial nach Innen und Außen von einem ferromagnetischen Kern 6 umgeben ist, der zur Verstärkung des durch den Strom in der Spule 61 induzierten Magnetfeldes dient.
Aufgrund des magnetischen Feldes wirkt eine Kraft zwischen dem Magnetpol 9 des Magneten 6 und dem Anker 4. Bei einem genügend starken Stromsignal und genügend langer Ansteuerdauer übersteigt die anziehende Magnetkraft zwischen dem Magnetpol 9 und dem Anker 4 die entgegengesetzte Vorspannkraft der Feder 5. Im Ergebnis wird dann der Anker in Richtung des Magneten 6 in axialer Richtung angezogen, sodass die Öffnung 2 in der Sitzplatte 3 freigegeben wird.
Der Anker 4 wird durch die mit abnehmendem Abstand zunehmende anziehende Magnetkraft stets weiter beschleunigt, bis es zum Anschlag des Ankers 4 am Dämpfungselement 7 kommt. Dabei trifft der Anker 4 auf eine Kontaktfläche 8 des Dämpfungselements 7, das vorstehend durch einen Pin ausgebildet ist.
Der Dämpfungspin 7 wirkt wie eine sehr harte Feder, besitzt aber im Vergleich zum Anker 4 eine vergleichsweise geringe Steifigkeit. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Steifigkeit des Dämpfungspins bzw. des Dämpfungselements kleiner als 70%, vorzugsweise kleiner als 50% und bevorzugterweise kleiner als 30% der Steifigkeit des Ankers 4 ist. Der Dämpfungspin 7 bremst den Anker 4 vollständig ab, wobei der Dämpfungspin 7 elastisch gestaucht wird. Dabei kommt es bis auf den Kontakt zwischen Anker 4 und Pin 7 zu keinem weiteren mechanischem Kontakt zwischen Anker 4 und Magnet 6.
Nach einer maximalen Stauchung des Pins 7 bewirkt die rückstellende Kraft der Feder 5 sowie des Pins 7 ein Ausdehnen des Pins 7 in Richtung Öffnung 2 der Sitzplatte 3. In einem oszillierenden Vorgang stellt sich eine Verformung des Pins 7 auf ein Maß ein, bei dem sich die Summe der auf den Anker 4 wirkende Kräfte (die anziehende Magnetkraft und die abstoßende Rückstellkraft durch Feder 5 und Pinverformung) im Kräftegleichgewicht gegenseitig aufheben.
Mit einem Abschalten der Spannungsquelle werden der elektrische Strom sowie das Magnetfeld wieder reduziert. Die den Anker 4 anziehende Magnetkraft lässt dadurch sehr schnell nach und kann die Rückstellkraft der Feder nicht mehr überwinden. Daraufhin wird der Anker von der Feder 5 zurück in den geschlossenen Zustand gedrückt, sodass die Öffnung 2 in der Sitzplatte 3 durch den Anker 4 verschlossen wird und der Hochdruckraum (unterhalb der Sitzplatte 3) vom Niederdruckraum (oberhalb der Sitzplatte 3) wieder getrennt ist, sodass über die hydraulisch-mechanische Wirkkette ein oder mehrere Kraftstoffeinlässe vom Injektor in den Brennraum wieder verschlossen werden und kein Kraftstoff mehr in den Brennraum eingeführt wird.
Wie Fig. 2 zeigt, führt die Realisierung des Anschlags des Ankers 4 an dem Dämpfungselement 7, der relativ weichelastisch ausgebildet ist, zu einem sehr vorteilhaften Verhalten des Ankers 4. Trifft der Anker 4 auf das Dämpfungselement 7 schwingt dieser nur mit einer sehr geringen Schwingungsamplitude für einen überschaubaren Zeitraum.
Fig. 3 zeigt dieses Schwingungsverhalten des Ankers anhand des Ankerhubs h in Gegenüberstellung von verschiedenen Elastizitäten des Dämpfungselements 7. Mit durchgehender Linie ist dabei eine harte Elastizität gezeigt, wohingegen in gestrichelter Ausführung eine weiche Elastizität der Dämpfungselements 7 dargestellt ist. Man kann erkennen, dass die Schwingungsamplitude der weichelastischen Ausführung Ahwe kleiner ist bei der hartelastischen Ausführung Ah he . Dies ist darin begründet, da die Verformung des Dämpfungselements 7 beim Aufprall des Ankers dazu führt, dass der Abstand zwischen Magnet 6 und Anker 4 zunächst weiter auf einen Abstand reduziert wird, der kleiner ist als derjenige Abstand, der sich im statischen Kräftegleichgewicht einstellen würde. Dies führt dazu, dass die den Anker 4 anziehende Magnetkraft F ag zwischen Anker 4 und Magnet 6 überproportional im Vergleich zu einer linear zunehmenden Rückstellkraft FRüCk > hervorgerufen durch Feder und Dämpfungselement 7, zunimmt. Der überproportionale Kraftzuwachs dämpft die rückfedernde Wirkung des Dämpfungselements 7 stark ab, sodass das Prellen des Ankers beim Anschlag des Magneten reduziert wird.
Grafisch ist dies dargestellt in Fig. 3, bei der die durchgehende Linie den Betrag der Magnetkraft FMag und die gestrichelte Linie den Betrag der Rückstellkraft FRÜCk darstellt. Wird der Anker 4 nun beispielsweise bei einer Ausführung mit einem hartelastischen Dämpfungselement aufgrund der Magnetkraft nur bis zum Abstand xAi angezogen, so ist die dabei resultierende Magnetkraft FAI wesentlich geringer als diejenige Magnetkraft FA2 , die beim Anziehen des Ankers 4 bis in die Position xA2 erreicht wird, die sich bei einer weichelastischen Dämpfungselementausführung ergibt.
Da jedoch bei der Ausführung mit einem weichelastischen Dämpfungselement insgesamt eine stärkere Kraft auf den Anker 4 wirkt, als dies bei der hartelastischen Ausführung der Fall wäre, wird das schwingende Verhalten des Ankers 4, das solange andauert, bis ein statisches Kräftegleichgewicht eingenommen worden ist, deutlich reduziert. Dadurch lässt sich eine stabilere Regelung der Einspritzmenge erreichen, was insgesamt zu einer Verbesserung eines Kraftstoffinjektors führt.

Claims

Ansprüche
1. Ventil (1 ) eines Kraftstoffinjektors zum wahlweisen Trennen eines Hochdruckbereichs von einem Niederdruckbereich eines Kraftstoffs, umfassend: eine Öffnung (2) in einer Sitzplatte (3),
einen Anker (4), der dazu ausgelegt ist, die Öffnung (2) der Sitzplatte (3) zu verschließen,
ein Federelement (5), das den Anker (4) in Richtung einer die Öffnung (2) verschließenden Position vorspannt, und
ein Elektromagnet (6) zum Abheben des Ankers (4) aus der die Öffnung (2) verschließenden Position in eine die Öffnung (2) freigebende Position,
gekennzeichnet durch
ein elastisch stauchbares Dämpfungselement (7) zum Begrenzen eines Ankerhubs beim Abheben des Ankers (4) von der Sitzplatte (3) in die freigebende Position.
2. Ventil (1 ) nach Anspruch 1 , wobei das Dämpfungselement (7) ein weichelastisches Dämpfungselement (7) ist.
3. Ventil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steifigkeit des Dämpfungselements (7) kleiner als die Steifigkeit des Ankers (4) ist.
4. Ventil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Dämpfungselement (7) ein Dämpfungspin mit einer im Wesentlichen zylindrischen
Form ist, der vorzugsweise zwischen seinen beiden Stirnflächen eine Querschnittsverminderung (12) besitzt.
5. Ventil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Dämpfungselement (7) an seiner Kontaktfläche zum Anker (4) einen kugelförmigen
Abschnitt (8) aufweist, um eine Kontaktfläche mit dem Anker (4) zu minimieren.
6. Ventil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pole (9) des Elektromagneten (6) und eine den Anker (4) berührende Stirnseite des Dämpfungselements (7) in einem entspannten Zustand des Dämpfungselements (7) in einer gemeinsamen Ebene liegen.
7. Ventil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Dämpfungselement (7) separat zu einem Gehäuse (10) eines Kraftstoffinjektors ausgeführt ist.
8. Ventil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Vorspannkraft des Federelements (5) einstellbar ist, vorzugsweise über Einstellscheiben (11 ) zum Verändern der Position des Federelements (5) gegenüber dem Dämpfungselement (7) und/oder dem Anker (4).
9. Ventil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dem Anker (4) abgewandte Stirnseite des Dämpfungselements (7) als Flachsitz ausgeführt ist.
10. Ventil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anker (4) eine Erhebung (13) in seiner dem Dämpfungselement (7) zugewandten Fläche aufweist, mit der der Anker (4) auf das Dämpfungselement (7) trifft.
11. Ventil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anker (4) mehrteilig ausgeführt ist und einen Ankerteil und einen Sitzteil umfasst oder aus diesen Teilen besteht.
12. Ventil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Federelement (5) eine Spiralfeder ist, die sich um das Dämpfungselement (7) herum spiralförmig erstreckt.
13. Ventil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anker (4) beim Übergang aus der die Öffnung (2) verschließenden Position in die die Öffnung (2) freigebende Position nur mit dem Dämpfungselement (7) in Berührung kommt.
14. Ventil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aufbau des Ventils (1 ) rotationssymmetrisch zu einer Rotationsachse (13) ist, die identisch zu einer Rotationsachse des Dämpfungselements (7) ist.
15. Kraftstoff! njektor mit einem Ventil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere ein Diesel - Kraftstoff! nj e ktor .
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021133281A1 (de) * 2021-12-15 2023-06-15 Liebherr-Components Deggendorf Gmbh Elektromagnetventil, insbesondere zum Schalten eines Kraftstoffinjektors

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0483769A1 (de) * 1990-10-31 1992-05-06 ELASIS SISTEMA RICERCA FIAT NEL MEZZOGIORNO Società Consortile per Azioni Steuerventil und Anker für ein elektromagnetisches Brennstoffeinspritzventil für Verbrennungsmotoren
US6254200B1 (en) * 1998-10-30 2001-07-03 Kelsey-Hayes Company Supply valve for a hydraulic control unit of a vehicular braking system
EP1970557A2 (de) * 2007-03-16 2008-09-17 Robert Bosch Gmbh Ventil für Kraftstoffinjektoren
US20140203112A1 (en) * 2013-01-23 2014-07-24 Caterpillar Inc. Fuel injector
US20140367595A1 (en) * 2013-06-18 2014-12-18 Denso Corporation Solenoid valve

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4978074A (en) * 1989-06-21 1990-12-18 General Motors Corporation Solenoid actuated valve assembly
US5238224A (en) * 1992-08-20 1993-08-24 Siemens Automotive L.P. Dry coil
DE102012215448B3 (de) * 2012-08-31 2013-12-12 Continental Automotive Gmbh Injektor zur Krafteinspritzung in eine Brennkraftmaschine
DE102014220877B3 (de) * 2014-10-15 2015-12-03 Continental Automotive Gmbh Kraftstoffeinspritzventil
DE102015209783A1 (de) * 2015-05-28 2016-12-01 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors
DE102017218267B4 (de) * 2017-10-12 2019-05-02 Continental Automotive Gmbh Fluidventil und Verfahren zur Steuerung der Zufuhr von Fluid
JP7197108B2 (ja) * 2018-05-29 2022-12-27 株式会社ニッキ インジェクタ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0483769A1 (de) * 1990-10-31 1992-05-06 ELASIS SISTEMA RICERCA FIAT NEL MEZZOGIORNO Società Consortile per Azioni Steuerventil und Anker für ein elektromagnetisches Brennstoffeinspritzventil für Verbrennungsmotoren
US6254200B1 (en) * 1998-10-30 2001-07-03 Kelsey-Hayes Company Supply valve for a hydraulic control unit of a vehicular braking system
EP1970557A2 (de) * 2007-03-16 2008-09-17 Robert Bosch Gmbh Ventil für Kraftstoffinjektoren
US20140203112A1 (en) * 2013-01-23 2014-07-24 Caterpillar Inc. Fuel injector
US20140367595A1 (en) * 2013-06-18 2014-12-18 Denso Corporation Solenoid valve

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