Magnetventil zur Steuerung eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine

Abstract

 Bei einem Magnetventil zur Steuerung eines Einspritzventils (1) einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Ventilsitz mit konischer Ventilsitzfläche, einen zwischen Ventilsitz und einem Elektromagneten in einem Ventilgehäuse (2) axial beweglichen Anker (14) und ein mit dem Anker (14) bewegtes und mit dem Ventilsitz (12) zusammenwirkendes, zumindest teilkugelförmiges Ventilglied (13) zum Öffnen und Schließen eines Kraftstoffablaufkanals (10), ist erfindungsgemäß der Anker (14) frei von mechanischen Führungsmitteln in radialer Richtung beweglich im Ventilgehäuse (2) angeordnet und ist zumindest bei verschlossenem Kraftstoffablaufkanal (10) das Ventilglied (13) in radialer Richtung am Anker (14) fixiert.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einem Magnetventil nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

[0002] Ein solches aus der DE 197 01 879 A1 bekanntes Magnetventil wird zur Steuerung des Kraftstoffdrucks im Steuerdruckraum eines Einspritzventils, beispielsweise eines Injektors einer Common-Rail-Einspritzanlage, verwendet. Bei derartigen Einspritzventilen wird über den Kraftstoffdruck im Steuerdruckraum die Bewegung eines Ventilkolbens gesteuert, mit dem eine Einspritzöffnung des Einspritzventils geöffnet oder geschlossen wird. Das bekannte Magnetventil weist einen im Ventilgehäuse angeordneten Elektromagneten, einen von einer Schließfeder beaufschlagten, axial beweglichen Anker und eine am Anker angelenkte Ventilkugel auf, die mit einem Ventilsitz des Magnetventils zusammenwirkt und so den Kraftstoffabfluß aus dem Steuerdruckraum steuert.

[0003] Die Ventilkugel ist in einem Sockelteil des Ankers gehalten, das in radialer Richtung relativ zu einer Ankerplatte des Ankers verschiebbar ist. Der Anker ist in einer mechanischen Ankerführung des Ventilgehäuses axial verschiebbar gelagert, wodurch Reibungsverluste entstehen, die bei der Auslegung des Gesamtsystems berücksichtigt werden müssen. Darüber hinaus macht der Einbau der Ankerführung in das Ventilgehäuse einen mechanisch recht aufwendigen Gesamtaufbau erforderlich.

Vorteile der Erfindung

[0004] Die Vorteile des erfindungsgemäßen Magnetventils bestehen im wesentlichen in der Einsparung der bisher verwendeten mechanischen Ankerführung und dem Wegfall der damit verbundenen Herstellungs- und Arbeitsschritte. Beim Schließen des ausgelenkten Ankers und dem Wiedereintauchen des radial fixierten Ventilglieds in den konischen Ventilsitz wird auch der Anker durch das Ventilglied jedesmal radial zum Ventilsitz fixiert und so an einem radialen Wegwandern gehindert.

[0005] Vorzugsweise ist das Ventilglied als Ventilkugel ausgebildet, die zwischen dem konischen Ventilsitz und einer zum Ventilsitz hin offenen Zentrieraufnahme des Ankers axial verschiebbar gelagert ist. Da der Anker einen Hub von nur ca. 40 µm macht, ist die Ventilkugel zwischen dem konischen Ventilsitz und der Aufnahme des Ankers axial verschiebbar gehalten und findet bei jedem Schaltvorgang wieder genau in den Ventilsitz. Auf diese Art und Weise kann ein Scheuern der Feder am Magnetkern vermieden werden, so daß über die Laufzeit gleichbleibende Reibungsverhältnisse gegeben sind.

[0006] Bevorzugt ist die Aufnahme des Ankers kalottenförmig, insbesondere halbkugelförmig ausgebildet. Weiterhin kann der Anker einteilig oder auch zweiteilig mit einem in einer Ankerplatte axial verschiebbar geführten Sockelteil ausgebildet sein.

[0007] Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

[0008] Vier Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Magnetventils sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

einen Ausschnitt aus dem oberen Teil eines Einspritzventils mit einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Magnetventils;

Fig. 2

eine vergrößerte Detailansicht des Magnetventils im Bereich seines Ventilglieds;

Fig. 3

ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Magnetventils in einer Darstellung analog zu Fig. 1;

Fig. 4

ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Magnetventils in einer Darstellung analog zu Fig. 1; und

Fig. 5

ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Magnetventils in einer Darstellung analog zu Fig. 1.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0009] Fig. 1 zeigt den oberen Teil eines Einspritzventils 1, welches zur Verwendung in einer Kraftstoffeinspritzanlage bestimmt ist, insbesondere eines Common-Rail-Systems für Dieselkraftstoff, welches mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher ausgerüstet ist, der durch eine Hochdruckförderpumpe kontinuierlich mit Hochdruckkraftstoff versorgt wird.

[0010] Das Einspritzventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 mit einem Ventilstück 3 auf, in dessen Führungsbohrung 4 ein Ventilkolben 5 axial verschiebbar angeordnet ist, der mit seinem in Fig. 1 nicht dargestellten unteren Ende auf eine in einem Düsenkörper angeordnete Ventilnadel einwirkt. Die Ventilnadel ist in einem Druckraum angeordnet, der über eine Druckbohrung mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt ist. Bei einer Öffnungshubbewegung des Ventilkolbens 5 wird die Ventilnadel durch den ständig an einer Druckschulter der Ventilnadel angreifenden Kraftstoffhochdruck im Druckraum entgegen der Schließkraft einer nicht dargestellten Feder angehoben. Durch eine dann mit dem Druckraum verbundene Einspritzöffnung erfolgt die Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Durch Absenken des Ventilkolbens 5 wird die Ventilnadel in Schließrichtung in einen Ventilsitz des Einspritzventils 1 gedrückt und dadurch der Einspritzvorgang beendet. Die von der Ventilnadel abgewandte Stirnseite des Ventilkolbens 5 begrenzt in der Führungsbohrung 4 einen Steuerdruckraum 6, der über einen Zulaufkanal 7 mit einem nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckanschluß verbunden und somit dem im Hochdruckspeicher herrschenden hohen Kraftstoffdruck ausgesetzt ist. Koaxial zum Ventilkolben 5 zweigt aus dem Steuerdruckraum 6 eine im Ventilstück 3 verlaufende Bohrung 8 ab, die über eine Ablaufdrossel 9 in einen Kraftstoffablaufkanal 10 übergeht. Dieser Kraftstoffablaufkanal 10 mündet in einen Entlastungsraum 11, der mit einem nicht dargestellten Kraftstoffniederdruckanschluß verbunden ist. Der Austritt des Kraftstoffablaufkanals 10 aus dem Ventilstück 3 erfolgt im Bereich der kegelförmig angesenkten oberen Stirnseite des Ventilstücks 3, die einen konischen Ventilsitz 12 (Fig. 2) für das als Ventilkugel ausgebildetes Ventilglied 13 eines das Einspritzventil 1 steuernden Magnetventils bildet. Das Ventilglied 13 ist unverlierbar zwischen dem Ventilsitz 12 des Ventilstücks 3 und einem Anker 14 gehalten, der im Entlastungsraum 11 axial beweglich gelagert und mittels einer Schließfeder 15 in Schließrichtung beaufschlagt ist, wobei der Anker 14 im Entlastungsraum 11 weder eine axiale noch eine radiale Führung hat. Der Anker 14 ist einteilig mit einer Ankerplatte 16 und einem Sockelteil 17 ausgebildet, das an seiner Unterseite eine kalottenförmige Zentrieraufnahme 18 für das Ventilglied 13 hat. Der Anker 14 und mit ihm das Ventilglied 13 sind durch die gehäusefest abgestützte Schließfeder 15 ständig in Schließrichtung beaufschlagt, so daß das Ventilglied 13 normalerweise in Schließstellung am Ventilsitz 12 anliegt. Bei Erregung der Magnetspule 19 eines Elektromagneten wird der Anker 14 in axialer Richtung fort vom Ventilsitz 12 angehoben, wodurch das Ventilglied 13 durch den im Kraftstoffablaufkanal 10 herrschenden Kraftstoffdruck vom Ventilsitz 12 abgehoben wird und den Kraftstoffablaufkanal 10 zum Entlastungsraum 11 öffnet.

[0011] Beim Schließen des Magnetventils wird der Anker 14 durch das in der kalottenförmigen Zentrieraufnahme 18 radial zentrierte Ventilglied 13 jedesmal radial im Ventilsitz 12 fixiert und so an einem radialen Wegwandern gehindert. Da der Anker 14 einen Hub von nur ca. 40 µm macht, ist das Ventilglied 13 zwischen dem konischen Ventilsitz 12 und der kalottenförmigen Zentrieraufnahme 18 des Ankers 18 unverlierbar, aber axial verschiebbar gehalten und findet bei jedem Schaltvorgang wieder genau in den Ventilsitz 12.

[0012] Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel des Magnetventils ist der Anker 114 zweiteilig mit einer Ankerplatte 116 und mit dem Sockelteil 117 gebildet, das in einem Sackloch der Ankerplatte 116 axial verschiebbar geführt ist. Die Schließfeder 15 ist an der Ankerplatte 16 abgestützt, wobei das Sockelteil 117 aufgrund der Strömungskräfte permanent in das Sackloch gedrückt wird.

[0013] Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Magnetventils, bei dem das Sockelteil 217 des Ankers 214 in einer Durchgangsbohrung 220 der Ankerplatte 216 axial verschiebbar geführt ist und die Schließfeder 15 am Sockelteil 217 angreift. Die Ankerplatte 216 hintergreift in Schließrichtung das Sockelteil 217 und ist daher mit diesem in Öffnungsrichtung bewegungsgekoppelt. Durch eine im Entlastungsraum 11 angeordnete und am Ventilstück 3 abgestützte weiche Druckfeder 221 ist die Ankerplatte 216 in Anlage an das Sockelteil 217 gehalten und somit gegen ein Herunterfallen gesichert.

[0014] Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel des Magnetventils ist der Anker 314 einteilig mit Ankerplatte 316, Sockelteil 317 und halbkugelförmigem Ventilglied 313 ausgebildet.

Ansprüche

1. Magnetventil zur Steuerung eines Einspritzventils (1) einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Ventilsitz (12) mit konischer Ventilsitzfläche, einen zwischen Ventilsitz (12) und einem Elektromagneten in einem Ventilgehäuse (2) axial beweglichen Anker (14; 114; 214; 314) und ein mit dem Anker (14; 114; 214; 314) bewegtes und mit dem Ventilsitz (12) zusammenwirkendes, zumindest teilkugelförmiges Ventilglied (13; 313) zum Öffnen und Schließen eines Kraftstoffablaufkanals (10),
dadurch gekennzeichnet,
daß der Anker (14; 114; 214; 314) frei von mechanischen Führungsmitteln in radialer Richtung beweglich im Ventilgehäuse (2) angeordnet ist und daß zumindest bei verschlossenem Kraftstoffablaufkanal (10) das Ventilglied (13; 313) am Anker (14; 114; 214; 314) in radialer Richtung fixiert ist.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (13) als Ventilkugel ausgebildet ist, die zwischen dem konischen Ventilsitz (12) und einer zum Ventilsitz (12) hin offenen Zentrieraufnahme (18) des Ankers (14; 114; 214) axial verschiebbar gelagert ist.

3. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrieraufnahme (18) des Ankers (14; 114; 214) kalottenförmig, insbesondere halbkugelförmig ausgebildet ist.

4. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrieraufnahme des Ankers in Richtung fort vom Ventilsitz (12) konisch zuläuft.

5. Magnetventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrieraufnahme (18) an einem Sockelteil (117; 217) des Ankers (114; 214) vorgesehen ist, das in einer Ankerplatte (16) des Ankers (114; 214) axial verschiebbar geführt ist.

6. Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sockelteil (217) in einer Durchgangsbohrung (220) der Ankerplatte (216) axial verschiebbar geführt und mit der Ankerplatte (216) nur in Ventilöffnungsrichtung bewegungsgekoppelt ist und daß eine in Ventilschließrichtung wirkende Ventilfeder (15) am Sockelteil (217) abgestützt ist und die Ankerplatte (216) in Anlage an das Sockelteil (217) durch eine gehäuseseitig abgestützte Feder (221) gehalten ist.

7. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (314) und das Ventilglied (313) einteilig ausgebildet sind.

8. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in Ventilschließrichtung auf den Anker (14; 114; 214; 314) wirkende Ventilfeder (15).

Zeichnung