DE 196 50 865 A1 beschreibt ein Magnetventil zur Steuerung des Kraftstoffdruckes in einem Steuerraum eines Einspritzventils, etwa eines Common-Rail-Einspritzsystems. Über den Kraftstoffdruck im Steuerraum wird eine Hubbewegung eines Ventilkolbens gesteuert, mit dem eine Einspritzöffnung des Einspritzventils geöffnet oder geschlossen wird. Das Magnetventil umfasst einen Elektromagneten, einen beweglichen Anker und ein mit dem Anker bewegtes und von einer Ventilschließfeder in Schließrichtung beaufschlagtes Ventilglied, das mit dem Ventilsitz des Magnetventils zusammenwirkt und so den Kraftstoffabfluss aus dem Steuerraum steuert.

Es ist ein Common-Rail-Injektor mit einem zweiteiligen Anker bekannt, der durch ein Magnetventil angezogen wird. Der Anker übt im stromlosen Fall die Schließkraft auf eine Ventilkugel aus. Wenn der Elektromagnet bestromt wird, bewegt sich der Anker um den Ankerhub nach oben, die Schließkraft der auf die Ventilkugel wirkenden Schließkraft wird 0 und ein Abströmventil öffnet. Eine Ankerführung, die fest im Injektorkörper des Kraftstoffinjektors verschraubt ist, nimmt den Ankerbolzen auf. Auf dem Ankerbolzen wird die Ankerplatte geführt, die ihrerseits vom Elektromagneten angezogen wird. Der Ankerbolzen kann aufgrund des Führungsspiels in der Ankerführung kippen. Die Ankerplatte ihrerseits kann auf dem Ankerbolzen verkippen, so dass sich die Gesamtkippung der Baugruppe Ankerbolzen/Ankerplatte in Bezug z.B. auf die Injektorhauptachse als Summe der Führungsspiele bestimmen lässt.

Die Ankerplatte hat einen definierten Überhubanschlag auf der Ankerführung, der die kinetische Energie der Bewegung des Ankers nach dem Abschalten des Elektromagneten aus dem System nimmt. Wenn die Ventilkugel in ihren Sitz trifft, wird der Ankerbolzen in seiner Bewegung gestoppt. Die Ankerplatte kann noch um den Überhub weiterfliegen (ballistische Betriebsphase), bevor sie auf den Überhubanschlag auftrifft. Somit muss nur ein Teil der kinetischen Energie aus der Bewegung des Ankerbolzens im Ventilsitz abgebaut werden. Der Teil der kinetischen Energie aus der Ankerplatte wird im Injektorkörper abgebaut.

Bei derzeitigen Serienprodukten tritt das Problem auf, dass die eine Schließkraft auf den Ankerbolzen ausübende Ventilfeder Querkraftanteile in die Baugruppe aus Ankerplatte und Ankerbolzen einleitet. Bedingt durch das Führungsspiel zwischen der Ankerführung und dem Ankerbolzen führt dies zu einer Verkippung des Ankerbolzens in der Ankerführung. Bei starker Querkraft kann diese Verkippung auch in der oberen Position des Ankerbolzens bei bestromtem Elektromagneten vorhanden sein, da ein Ankerbolzenanschlag einseitig anliegen kann. Damit wird ein Teil des eingestellten Ankerhubes, d.h. die Bewegung des Ankerbolzens im Betrieb, nicht vollständig ausgenutzt. Dies führt zu einer geringeren Einspritzmenge von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Hinzu kommt die Reibung des Ankerbolzens in der Ankerführung, die ebenfalls die Bewegung des Ankerbolzens beeinflusst. Diese Reibung nimmt mit größerem Kippwinkel α zu, da der Hebelarm der auslösenden Kraft ebenfalls zunimmt. Der Angriffspunkt der Ventilfeder hat einen relativ großen Abstand zum oberen Ende der Ankerführung. Dadurch entstehen am oberen und am unteren Ende der Ankerführung sehr hohe punktuell wirkende Kräfte auf den Ankerbolzen, welche die Reibung verstärken und somit die Bewegung des Ankerbolzens verlangsamen. Die Geschwindigkeit, mit der sich der Ankerbolzen bewegt, d.h. das Öffnen und Schließen der Ventilkugel hat einen sehr großen Einfluss auf die in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebrachte Einspritzmenge.

Um diesem Problem Herr zu werden, wurde das Führungsspiel in Versuchen eingeschränkt, mit dem Ziel, den Kippwinkel zu verringern. Eine Einschränkung des Führungsspiels wiederum führte dazu, dass der Ankerbolzen keine gleich bleibende Position im Betrieb beibehält, sondern von Einspritzung zu Einspritzung eine andere Lage einnimmt. Damit einher gehen wechselnde Reibung zwischen Ankerbolzen und Ankerführung und somit eine Streuung der Einspritzmengen.

Des Weiteren hat sich herausgestellt, dass durch die zuvor beschriebene Gesamtverkippung der Ankerplatte und des Ankerbolzens um den Kippwinkel α relativ zur Injektorhauptachse eine Kollision zwischen Ankerplatte und Magnetkern bei kleinen, verbleibenden Restluftspalten zwischen Ankerplatte und Magnetkern auftreten kann und andererseits bei ungleichmäßig verlaufendem Restluftspalt auch eine ungleichmäßig am Umfang verteilte Magnetkraft auftritt. Diese verstärkt die zufällig auftretenden Reibkräfte und hat damit einen Einfluss auf die mit dem Kraftstoffinjektor realisierten Einspritzmengen von Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine. Zusätzlich führt die ungleichmäßig verteilte Magnetkraft auch zu einer Verbiegung des Ankerbolzens und damit zu einer schlechteren Ankerführung, da sich höhere Reibkraftanteile bilden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die den Lösungen aus dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile auszuräumen und eine Ankerführung einer mehrteiligen Ankerbaugruppe für ein einen Kraftstoffinjektor betätigendes Magnetventil bereitzustellen, welches einerseits den Hub des Ankerbolzens vollständig ausnutzt und die auftretende Verkippung der Ankerbaugruppe hinsichtlich der Hauptachse z.B. eines Kraftstoffinjektors minimiert. Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei einer zweiteilig ausgebildeten Ankerbaugruppe, einen Ankerbolzen und eine Ankerplatte umfassend, die Ankerplatte mit einer vom Ankerbolzen unabhängigen Führung auszustatten und den Abstand des Kraftangriffspunkts einer Ventilfeder des Magnetventils auf dem Ankerbolzen an das obere Ende einer Ankerführung zu verlegen. Dadurch wird der Abstand des Angriffspunktes der Ventilfeder zum oberen Ende der Ankerführung erheblich verkürzt. Dies hat zur Folge, dass die innerhalb der Ankerführung auftretenden Querkräfte bei gleichen Querkräften der Feder reduziert werden, wodurch die Reibung zwischen dem Ankerbolzen und der dieses umschließenden Ankerführung, erheblich herabgesetzt wird. Die Verkippung wird bei gleichem Führungsspiel zwischen der verlängert ausgebildeten Ankerführung und dem Ankerbolzen erheblich reduziert. Ein weiterer vorteilhafter Effekt der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist darin zu erblicken, dass der Hebelarm, der sich durch eine Verkippung einstellt, erheblich verringert wird, was ebenfalls zu einer Reduktion der Reibung zwischen der zweiteilig ausgebildeten Ankerbaugruppe, insbesondere dem Ankerbolzen und der diesen umschließenden Ankerführung beiträgt.

Aufgrund der entkoppelten Führung der Ankerplatte vom Ankerbolzen verringert sich die maximale Verkippung der Ankerplatte. Ungleichmäßig auf die Ankerplatte der zweiteilig ausgebildeten Ankerbaugruppe wirkende Magnetkräfte können auf die die Ankerplatte führende Führung außen an der Ankerführung aufgebracht werden und tragen somit nicht zu einer Verbiegung des Ankerbolzens, der von der erfindungsgemäß vorgeschlagenen verlängerten Ankerführung umschlossen ist, bei. Aufgrund der Verringerung der auf den Ankerbolzen wirkenden Querkräfte, ist der Ankerbolzen in Bezug auf die verlängert ausgebildete Ankerführung leichter bewegbar, so dass sich reproduzierbare Einspritzenmengen realisieren lassen, da aufgrund der Minimierung der Querkräfte eine leichtgängigere Führung des Ankerbolzens in der diesen umschließenden verlängert ausgebildeten Ankerführung erreichbar ist. Die verlängert ausgebildete Ankerführung, die den Ankerbolzen der zweiteilig ausgebildeten Ankerbaugruppe umschließt, verbessert einerseits die Leichtgängigkeit der Ankerbolzenbewegung innerhalb der Ankerführung aufgrund der erzielbaren Reduktion der Querkräfte, andererseits bietet die verlängert ausgebildete Ankerführung die Führung für die Ankerplatte der mehrteilig ausgebildeten Ankerbaugruppe. Aufgrund der Führung der Ankerplatte an der Außenmantelfläche der verlängert ausgebildeten Ankerführung wirken durch die Ankerplatte induzierte Querkräfte nicht auf den innerhalb der Ankerführung bewegbaren Ankerbolzen und behindern dessen Bewegung, sondern werden von der Außenmantelfläche der verlängert ausgebildeten Ankerführung aufgenommen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:

Figur 1

den Einfluss des Führungsspiels zwischen Ankerbolzen und einer gemäß des Standes der Technik ausgeführten Ankerführung sowie die vergrößert darge- stellte Verkippung des Ankerbolzens relativ zur Ankerführung,

Figur 2

einen Schnitt durch ein Magnetventil, welches mit der erfindungsgemäßen An- kerbaugruppe sowie der verlängerten Ankerführung versehen ist,

Figur 3

die Einzelteildarstellung der verlängert ausgebildeten Ankerführung,

Figur 4

die Draufsicht auf eine Ankerplatte einer mehrteilig ausgebildeten Ankerbau- gruppe und

Figur 5

den in Figur 4 dargestellten Schnittverlauf V-V durch die Ankerplatte.

Der Darstellung gemäß Figur 1 ist in vergrößerter Darstellung der Einfluss des Führungsspiels zwischen einem Ankerbolzen, dessen Ankerplatte nicht dargestellt ist, und einer Ankerführung gemäß des Standes der Technik zu entnehmen.

Figur 1 zeigt einen Ankerbolzen 10, der von einer Ankerführung 12 umschlossen ist. Der Ankerbolzen 10 ist von einer Ventilfeder 24 beaufschlagt. Zwischen der oberen Ringfläche der Ankerführung 12 und dem Krafteinleitungspunkt der Ventilfeder 24 befindet sich ein Abstand 22. Die Querkräfte, die zwischen dem Ankerbolzen 10 und der Ankerführung 12 entstehen, nehmen mit abnehmendem Abstand 22 ab. Gemäß der in Figur 1 dargestellten Konfiguration herrscht zwischen der Außenmantelfläche des Ankerbolzens 10 und der Innenmantelfläche der Ankerführung 12 ein Führungsspiel 18. In Figur 1 ist der Ankerbolzen 10 in einer bezogen auf eine Injektorhauptachse 14 dargestellte Verkippung mit Kippwinkel α dargestellt. Die in Figur 1 in vergrößertem Maßstab dargestellte Verkippung bewirkt eine Schrägstellung des Ankerbolzens 10 innerhalb der diesen umschließenden Ankerführung 12, so dass sich eine Schwergängigkeit des Ankerbolzens 10 aufgrund der auftretenden Reibung an der Ankerführung 12 einstellt, sowie ein nicht ausgenutzter Ankerhubweg ΔAH auftritt. Der nicht ausgenutzte Ankerhubweg ΔAH kann bei der Hubbewegung des Ankerbolzens 10 relativ zur stationär ausgeführten Ankerführung 12 nicht ausgenutzt werden und trägt nicht zum Hubweg des Ankerbolzens 10 und damit nicht zur Öffnungsbewegung eines zu öffnenden oder zu schließenden Ventilkörpers bei.

Der Hebelarm, der dazu führt, dass mit der Verkippung des Ankerbolzens 10 ein nicht ausgenutzter Ankerhubweg ΔAH entsteht, verläuft zwischen der Symmetrieachse des Ankerbolzens 10 und dem äußeren Ende seiner Anschlagfläche 38 und ist mit Bezugszeichen 16 gekennzeichnet.

In der Darstellung gemäß Figur 2 ist ein Schnitt durch ein einen Kraftstoffinjektor betätigendes Magnetventil mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ankerbaugruppe und einer verlängert ausgebildeten Ankerführung dargestellt.

Im Injektorkörper 30 eines Kraftstoffinjektors befindet sich ein Magnetventil, welches einen Elektromagneten 32 umfasst. Unterhalb des Elektromagneten 32 befindet sich eine zweiteilig ausgebildete Ankerbaugruppe, den Ankerbolzen 10 und eine Ankerplatte 70 umfassend. Der Ankerbolzen 10 ist von einer verlängert ausgebildeten Ankerführung, 28 umschlossen. Die Ankerplatte 70 ist an der Außenmantelfläche eines Halses 29 der verlängert ausgebildeten Ankerführung 28 geführt. Der Ankerbolzen 10 ist von der Ventilfeder 24 beaufschlagt. Der Abstand des Kraftangriffspunktes der Ventilfeder 24 und der Oberseite des oberen Endes der verlängert ausgebildeten Ankerführung 28 ist durch Bezugszeichen 54 gekennzeichnet und erheblich kürzer als der in Figur 1 dargestellte Abstand 22 zwischen dem Kraftangriffspunkt der Ventilfeder 24 und der dort dargestellten Ankerführung 12 gemäß des Standes der Technik.

Die Ankerplatte 70 gemäß der Darstellung in Figur 2 ist durch eine Ankerplattenfeder 36 vorgespannt, die sich ihrerseits an einer scheibenförmig ausgebildeten Aufnahme 66 der verlängert ausgebildeten Ankerführung abstützt. Die scheibenförmig ausgebildete Aufnahme 66 der verlängerten Ankerführung 28 wird mittels einer Spannschraube 52 auf einer zuvor in den Injektorkörper 30 eingelassenen Einstellscheibe 56 verschraubt und damit im Injektorkörper 30 fixiert. Über die Einstellscheibe 56, bei der es sich beispielsweise um eine klassierte Einstellscheibe handeln kann, wird der Ankerhubweg definiert.

Die Bewegung der Ankerplatte 70 ist nach oben durch einen Einstellring 34 begrenzt, der sich am Ankerbolzen 10 abstützt. An dem dem Einstellring 34 gegenüberliegenden Ende des Ankerbolzens 10 befindet sich ein scheibenförmig ausgebildeter Anschlag 38 des Ankerbolzens 10, der an der unteren Stirnfläche der scheibenförmig ausgebildeten Aufnahme 66 der verlängert ausgebildeten Ankerführung 28 anschlägt. Der scheibenförmige Anschlag 38 des Ankerbolzens 10 ist vom klassierten Einstellring 56 umschlossen. Der klassierte Einstellring 56 wiederum liegt auf einer Stirnfläche 58 einer Einspritzventilgliedführung 59 auf. Innerhalb der Einspritzventilgliedführung 59 ist ein Steuerraum 48 ausgebildet, der mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff über eine Zulaufdrossel 50 druckbeaufschlagt ist und über eine Ablaufdrossel 46 druckentlastbar ist. Die Ablaufdrossel 46 kann durch ein Schließelement 42, welches in dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kugelförmig ausgebildet ist, freigegeben oder verschlossen werden. In der Einspritzventilgliedführung 59 ist im Bereich der Ablaufdrossel 46 ein Sitz 44 für das hier kugelförmig ausgebildete Schließelement 42 ausgebildet. Das kugelförmig ausgebildete Schließelement 42 ist von einem Führungskörper 40 umschlossen, der durch das untere Ende des Ankerbolzens 10 kraftbeaufschlagt ist.

Bei Druckentlastung des Steuerraums 48 bei Öffnen des kugelförmig ausgebildeten Schließelements 42 nach Betätigung des Elektromagneten 32 erfolgt ein Druckabbau im Steuerraum 48 und dadurch das Auffahren des nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglieds 60. Dadurch werden Einspritzöffnungen an der Unterseite des hier nur teilweise dargestellten Kraftstoffinjektors geöffnet, so dass unter hohem Druck stehender Kraftstoff am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann.

Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass durch die verlängerte Ausführung der Ankerführung 28 einerseits der Abstand 54 zwischen dem Kraftangriffspunkt der Ventilfeder 24 und der Oberseite der verlängerten Ankerführung 28 erheblich verkürzt werden kann, so dass die Einleitung von Querkräften durch die Ventilfeder 24 in Bezug auf den Ankerbolzen 10 entscheidend reduziert wird. Des Weiteren ist Figur 2 entnehmbar, dass die Ankerplatte 70 nunmehr - im Gegensatz zu Lösungen gemäß des Standes der Technik - nicht auf dem Ankerbolzen 10, sondern auf der Außenmantelfläche des Halses 29 der verlängert ausgebildeten Ankerführung 28 aufgenommen ist. Eine eventuell auftretende Verkippung der Ankerplatte 70 in Bezug auf die Symmetrieachse des Ankerbolzens 10 wird aufgrund dieser Lagerung nicht auf den Ankerbolzen 10 übertragen, sondern vom Hals 29 der verlängert ausgebildeten Ankerführung 28 aufgenommen.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die Einspritzventilgliedführung 59 durch die Spannschraube 52 an einem Sitz 62 fest mit dem Injektorkörper 30 des Kraftstoffinjektors verbunden ist.

Aus der in Figur 3 dargestellten Einzelteilzeichnung der verlängert ausgebildeten Ankerführung geht hervor, dass die verlängert ausgebildete Ankerführung 28, die im Zusammenhang mit Figur 2 bereits erwähnte scheibenförmige Aufnahme 66 aufweist und einen sich in Axialrichtung erstreckenden Halsabschnitt 29 aufweist. Dessen Außenmantelfläche dient als Führungsfläche 72 für die in Figur 3 nicht dargestellte Ankerplatte 70 der zweiteilig ausgebildeten Ankerbaugruppe. Darüber hinaus ist an der oberen Stirnseite des Halsabschnitts der verlängert ausgebildeten Ankerführung 28 ein Überhubanschlag 74 für die Ankerplatte 70 ausgeführt. Der Überhubanschlag 74 der verlängerten Ankerführung 28 wirkt mit einem dazu komplementär ausgebildeten Anschlag an der Ankerplatte 70 zusammen (vgl. Schnittdarstellung gemäß Figur 5).

Während die Außenmantelfläche des Halsabschnitts der verlängerten Ankerführung 28 als Führungsfläche 72 für die Ankerplatte 70 dient, bildet die Innenmantelfläche der verlängerten Ankerführung 28 eine Führungsfläche 68 für den in Figur 3 ebenfalls nicht dargestellten, jedoch Figur 2 entnehmbaren Ankerbolzen 10. Durch die Verlängerung der Ankerführung 28 in axiale Richtung wird erreicht, dass der an der Führungsfläche 68 der verlängerten Ankerführung 28 geführte Ankerbolzen 10 gemäß der Darstellung in Figur 2 über eine größere Axiallänge innerhalb der Ankerführung 28 geführt ist und schon allein aufgrund dieses Umstands das Verkippen des Ankerbolzens 10 aufgrund des Führungsspiels 18 reduziert wird. Durch die verringerte Verkippung wird auch der nicht ausgenutzte Ankerhubweg ΔAH reduziert, da dieser in direktem geometrischen Zusammenhang zur Verkippung steht.

Der Darstellung gemäß Figur 4 ist eine Ankerplatte zu entnehmen mit Schnittverlauf V-V, wie in Figur 5 dargestellt.

Den Darstellungen gemäß der Figuren 4 und 5 ist entnehmbar, dass eine Ankerplatte 70, die an dem in Figur 2 dargestellten Ankerbolzen 10 aufgenommen ist, flügelförmig ausgebildet ist und im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 drei Flügel umfasst. Aus der Schnittdarstellung gemäß Figur 5 geht hervor, dass die Ankerplatte 70 ihrerseits einen Überhubanschlag 80 aufweist, der mit dem Überhubanschlag 74 am oberen Ende der verlängerten Ankerführung 28 gemäß der Darstellung in Figur 3 zusammenwirkt. Darüber hinaus ist an der Innenseite der Ankerplatte 70 eine Führungsfläche 78 ausgebildet, welche mit der Außenmantelfläche der verlängerten Ankerführung 28 gemäß der Darstellung in Figur 3, vgl. dort Bezugszeichen 72, zusammenwirkt. Je nach der Fertigungsgüte und der Rundheit zwischen der Führungsfläche 78 an der Innenseite der Ankerplatte 70 und der Bearbeitungsgüte der Führungsfläche 72, d.h. der Außenmantelfläche der verlängerten Ankerführung 28 kann eine hochgenaue Führung der Ankerplatte 70 an der verlängerten Ankerführung 28 erreicht werden. Um den Ankerbolzen 10 entgegen der Wirkung der Ventilfeder 24 nach oben zu bewegen, wird die Magnetkraft, welche auf die Ankerplatte 70 als Zugkraft wirkt, über eine Übertragungsfläche 82 in den Einstellring 34 und damit an den Ankerbolzen 10 übertragen.

Die verlängert ausgebildete Ankerführung 28 hat die Aufgabe, den Ankerbolzen 10 innen zu führen und eine Aufnahme im Injektor bereitzustellen. Der Überhubanschlag 74 an der verlängerten Ankerführung 28 verschiebt sich nach oben. Die Funktion der Führung der Ankerplatte 70 wird der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend nun nicht mehr vom Ankerbolzen 10, sondern von der verlängert ausgebildeten Ankerführung 28 übernommen. Dazu weist die verlängerte Ankerführung 28 die zusätzliche Funktionsfläche am Außendurchmesser in Gestalt der Führungsfläche 72 auf. Die Ankerplatte 70 hat die Funktion, die von dem Elektromagneten 32 erzeugte Magnetkraft aufzunehmen und über die Übertragungsfläche 82 auf den Einstellring 34 und damit an den Ankerbolzen 10 zur Öffnung des Ventils zu übertragen, die Führungsfläche 78 an der Außenmantelfläche, d.h. der Führungsfläche 72 der verlängerten Ankerführung 28 darzustellen, die Öffnungskraft auf den Ankerbolzen 10 zu übertragen und einen Überhubanschlag, nämlich den Überhubanschlag 80 bereitzustellen. Die Führung der Ankerplatte 70 erfolgt im Gegensatz zu bisher aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen nicht auf dem Ankerbolzen 10 unmittelbar, sondern wird bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung auf die verlängerte Ankerführung 28 bzw. deren Halsbereich verlegt. Damit vergrößert sich der Innendurchmesser der Führung der Ankerplatte 70, wobei die Führung durch die Führungsfläche 72 am Halsbereich der verlängerten Ankerführung 28 und durch die Führungsfläche 78 an der Innenseite des Halses 29 der Ankerplatte 70 gegeben ist.