Titel

Magnetventil für einen Kraftstoff-Injektor sowie Kraft- stoff-Injektor

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil, insbesondere ein Servoventil, für einen Kraftstoff-Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Kraftstoff-Injektor gemäß Anspruch 11.

Der aus der DE 10 2004 013 239 Al bekannte Kraftstoff- Injektor umfasst ein als Servoventil ausgebildetes Magnetventil zur Steuerung des Kraftstoffdrucks in einem Steuerraum des Kraftstoff-Injektors. Über den Kraftstoffdruck im Steuerraum wird eine Hubbewegung eines Einspritzventilele- mentes gesteuert, mit dem eine Einspritzöffnung des Kraftstoff-Injektors geöffnet oder geschlossen wird. Das Magnetventil umfasst eine, eine elektrische Spule aufweisende Magnetbaugruppe und einen Magnetanker, der bei Bestromung der Magnetbaugruppe in Richtung der Magnetbaugruppe ver- stellt und bei Nicht-Bestromung der Magnetbaugruppe mit Hilfe einer Ventilschließfeder in Schließrichtung feder- kraftbeaufschlagt wird.

Beim Öffnen des Magnetventils wird ein Flüssigkeitsvolumen entspannt und als sogenannte Absteuermenge über einen

Kraftstoff-Rücklaufanschluss abgelassen. Die Absteuermenge wird dabei über eine die Ventilschließfeder aufnehmende Mittelbohrung zentral durch den Magnetkern zum Injektor- Rücklaufanschluss geführt.

Zur Minimierung von magnetischen Klebeffekten ist es be- kannt geworden, axial zwischen der Magnetbaugruppe und dem relativ zur Magnetbaugruppe verstellbaren Magnetanker eine Anschlagscheibe (Restluftscheibe) aufzunehmen, die einen bei dem aus der DE 10 2004 013 239 Al noch vorgesehenen Spalt axial zwischen der Magnetbaugruppe und dem Magnetan- ker hydraulisch verschließt, sodass bei geöffnetem Magnetventil die Mittelbohrung hydraulisch abgekoppelt ist. Zum Zuführen der Absteuermenge zum Injektorrücklaufanschluss ist es bei der Anmelderin als hausinterner Stand der Technik für den Fall des Vorsehens einer Anschlagscheibe be- kannt geworden, am Außenumfang des Magnetkerns eine oder mehrere, in axialer Richtung verlaufende Nut (en) vorzusehen, durch die die Absteuermenge in axialer Richtung zwischen Magnetkern und hülsenförmigen Trägerkörper zum Injektor-Rücklauf strömen kann. Bedingt durch eine gegebene Min- dest-Wandstärke des Magnetkerns sowie eine geforderte minimale Auflagefläche des Magnetkerns auf einer Ringschulter eines Trägerkörpers bei nach oben begrenztem Außendurchmesser des Magnetkerns ist nur ein sehr begrenzter Durchfluss möglich, sodass sich Durchmessertoleranzen am Trägerkörper und am Magnetkern stark auf den Durchflussquerschnitt der gebildeten Nuten auswirken. Ebenso ist die Auflagefläche des Magnetkerns am Trägerkörper stark limitiert, sodass die Gefahr des Einsinkens des Magnetkerns gegeben ist, was wiederum eine unerwünschte Positionsänderung des Magnetkerns im Trägerkörper zur Folge haben kann, die sich auf die Funktion des Magnetventils auswirken würde. Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein alter- natives Magnetventil vorzuschlagen, bei dem auf einfache Weise mindestens ein Kraftstoffrücklaufkanal mit unkritischer Querschnittsfläche vorgesehen ist. Ferner besteht die Aufgabe darin, einen Kraftstoff-Injektor mit einem entsprechend optimierten Magnetventil vorzuschlagen.

Technische Lösung

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Magnetventils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Kraftstoff- Injektors mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, mindestens eine der axialen, im Stand der Technik querschnittlich von jeweils einem Spulendom ausgefüllten Durchgangsöffnungen im Magnetkern für die Spulenkontaktpins als Kraftstoffrück- laufkanal auszubilden, durch den bei geöffnetem Magnetventil Kraftstoff in Richtung eines Injektor- Rücklaufanschlusses abströmen kann. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der beide Durchgangsöffnungen für die Spulenkontaktpins (Anschlusspins) als Kraftstoff- Rücklaufkanäle, also mit einem im Vergleich zum Stand der Technik erweiterten Querschnitt ausgebildet sind, um somit ein symmetrisches Strömungsbild zu erreichen. Besonders be- vorzugt ist eine Ausführungsform, bei der auf zusätzlich zu den Durchgangsöffnungen vorgesehene, von am Außenumfang des Magnetkerns angeordneten Axialnuten gebildete, keine Spu- lenkontaktpins aufnehmende, Kraftstoff-Rücklaufkanäle ver- ziehtet wird, sodass bei geöffnetem Magnetventil der Kraftstoff im Wesentlichen ausschließlich durch mindestens eine der jeweils einen Spulenkontaktpin aufnehmenden Durchgangsöffnungen im Magnetkern in Richtung Injektor- Rücklaufanschluss strömen kann. Durch die Ausbildung min- destens einer einen Spulenkontaktpin aufnehmenden Durchgangsöffnung als Kraftstoffrücklaufkanal können auf überraschend einfache Weise ausreichend große, in weiten Grenzen wählbare, Kraftstoffrücklaufkanalquerschnitte realisiert werden, die sich ggf. im Kennfeld und der Gegendruckemp- findlichkeit des Magnetventils positiv auswirken, insbesondere deshalb, weil die Druckdifferenz zwischen dem Druck oberhalb und unterhalb des Magnetkerns besser gesteuert werden kann. Von besonderem Vorteil ist es, dass die durchmesservergrößerten, Kraftstoffrücklaufkanäle bildenden Durchgangsöffnungen für die Spulenkontaktpins ohne Mehrkosten in den Magnetkern einbringbar, insbesondere in einen Grünling für einen nachfolgenden Sinterprozess einpressbar sind. Dies wirkt sich auch positiv auf ein ggf. zum Einsatz kommendes Presswerkzeug für den Magnetkern aus, da dieses aufgrund der im Vergleich zum Stand der Technik größeren, herzustellenden Durchgangsöffnungsquerschnitte stabiler wird. Darüber hinaus werden bei der Auslegung des Magnetventils größere Freiheiten zur Verteilung des Kraftstoffrücklaufkanalquerschnittes gegenüber einer vom Trägerkörper für den Magnetkern bereitgestellten Auflagefläche erhalten, mit der Folge, dass der Innenumfang des Trägerkörpers enger, d.h. mit einem geringeren Durchmesser ausgelegt werden kann . In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass zumindest eine der jeweils einen Spulenkontaktpin aufnehmenden Durchgangsöffnungen, vorzugsweise sämtliche Durchgangsöffnungen, entweder vollständig in einem Bereich radial außerhalb der axialen Projektionsfläche des Magnetankers angeordnet ist, oder sich von einem Bereich radial innen bis nach radial außen in einen Bereich außerhalb der axialen Projektionsfläche des Magnetankers erstreckt. Auf diese Weise wird bei geöffnetem Magnetventil ein optimaler Zuströmungspfad für Kraftstoff zu der entsprechenden Durchgangsöffnung bereitgestellt. Im Falle des Vorsehens einer, insbesondere amagnetischen, Anschlagsscheibe (Restluftscheibe) in einem Bereich axial zwischen dem Magnetkern und dem Magnetanker ist es bevorzugt, wenn die mindestens eine, einen Spulenkontaktpin aufweisende und einen Kraftstoffrücklaufkanal bildende Durchgangsöffnung in einem Bereich radial außerhalb der axialen Projektionsfläche der Anschlagscheibe angeordnet ist bzw. sich zumindest in einen Bereich radial außerhalb dieser erstreckt.

Ein maximaler Durchflussquerschnitt des mindestens einen Kraftstoffrücklaufkanals kann erzielt werden, indem die mindestens eine, von einem Spulenkontaktpin durchsetzte Durchgangsöffnung bis nach radial außen an den Außenumfang des Magnetkerns geführt ist, sodass der von der Durchgangsöffnung abschnittsweise begrenzte Kraftstoffrücklaufkanal radial außen von dem, insbesondere hülsenförmigen, Trägerkörper begrenzt ist.

Bei einer alternativen Ausführungsform erstreckt sich die mindestens eine den Kraftstoffrücklaufkanal bildende Durchgangsöffnung nicht radial bis zum Außenumfang des Magnet- kerns, sodass die Durchgangsöffnung bzw. der Kraftstoffrücklaufkanal radial außen von dem Magnetkern begrenzt ist. Letztere Ausführungsform hat den Vorteil, dass eine um- fangsgeschlossene axiale Auflagefläche für den Magnetkern am Trägerkörper bereitgestellt werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass in den von einem Spulenkontaktpin durchsetzten Durchgangsöffnungen zusätzlich zu dem Spulenkontaktpin ein Spu- lendom angeordnet ist, in dem der zugehörige Spulenkontaktpin auch abschnittsweise aufgenommen ist. Dabei erstreckt sich der Spulendom vorzugsweise ausgehend von der ringförmigen Spulenaufnahme in axialer Richtung und kapselt den Spulenkontaktpin abschnittsweise in sich ein.

Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die maximale Umfangserstreckung der mindestens einen, den Kraftstoffrücklaufkanal bildenden, Durchgangsöffnung zumindest näherungsweise der maximalen Umfangserstreckung eines ihr zuge- ordneten, die Durchgangsöffnung durchsetzenden Spulendoms entspricht. Im Gegensatz zu einer Lösung mit am Außenumfang des Magnetkerns vorgesehenen, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Axialnuten kann hierdurch ein Kraftstoffrück- laufkanal mit wesentlich geringerer Umfangserstreckung er- zielt werden, wodurch insgesamt eine größere Anlagefläche des Magnetkerns am Trägerkörper bereitgestellt werden kann. Die Querschnittsfläche des Durchgangskanals kann durch die Wahl der Radialerstreckung der Durchgangsöffnung eingestellt werden.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die minimale Querschnittsfläche des mindestens einen Kraftstoffrücklaufkanals, also die Querschnittsfläche am engsten Bereich des Kraftstoffrücklaufkanals mindestens 8 mm ² , insbesondere mindestens 9 mm ² , vorzugsweise mindestens 10 mm ² , besonders bevorzugt mindestens 11 mm ² , besonders bevorzugt mindestens 12 mm ² beträgt, um somit einen großzügigen Abflussvolumenstrom zu realisieren.

Wie bereits erwähnt ist eine Ausführungsform des Magnetventils bevorzugt, bei der der Magnetanker nicht unmittelbar am Magnetkern, sondern an einer am Magnetkern anliegenden Anschlagscheibe (Restluftscheibe) anschlägt. Insbesondere bei einer derartigen Ausführungsform ist es sinnvoll, die Absteuermenge durch mindestens eine einen Spulenkontaktpin aufnehmende Durchgangsöffnung in axialer Richtung weiter hin zum Injektorrücklauf zu leiten, da die Anschlagscheibe in der Regel bei geöffnetem Magnetventil eine zentrische Durchgangsöffnung im Magnetkern hydraulisch versperrt.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die axiale Anlagefläche des Magnetkerns am Trägerkörper größer als 30 mm ² ist. Bevorzugt wird die Trägerfläche, an der sich der Magnetkern am Trägerkörper abstützen kann von einer inneren Ringschulter des Trägerkörpers gebildet. Bevorzugt ist die Trägerfläche größer als 40 mm ² , bevorzugt größer als 50 mm ² , besonders bevorzugt größer als 60 mm ² .

Insbesondere dann, wenn die Umfangskontur des Kraftstoffrücklaufkanals zumindest näherungsweise rechteckig gewählt wird, wird eine vergleichsweise geringe Toleranzabhängigkeit der Querschnittsfläche des Kraftstoffrücklaufkanals erhalten.

Die Erfindung führt auch auf einen Kraftstoff-Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brenn- kraftmaschine mit einem, insbesondere als Servoventil die ^¬ nenden, nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Magnetventil. Das Magnetventil zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine einen Spulenkontaktpin aufnehmende Durch- gangsöffnung als Kraftstoffrücklaufkanal ausgebildet ist. Bevorzugt sind beide, jeweils einen Spulenkontaktpin auf ^¬ nehmende Durchgangsöffnungen jeweils als Kraftstoffrücklaufkanal ausgebildet. Ganz besonders bevorzugt sind zu ^¬ sätzlich zu der einen Durchgangsöffnung oder zu den beiden Durchgangsöffnungen keine weiteren axialen Kraftstoff- Rücklaufkanäle vorgesehen, durch die Kraftstoff bei geöff ^¬ netem Magnetventil von der dem Magnetanker zugewandten Seite des Magnetkerns her in Richtung Injektor- Rücklaufanschluss strömen kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines als Servoventil ausgebildeten Magnetventils für einen Kraft- stoff-Injektor,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Magnetbaugruppe des Magnetventils gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine Magnetbaugruppe eines alternativen Magnet ^¬ ventils in einer Ansicht auf die Polflächen. Ausführungsformen der Erfindung

In Fig. 1 ist in einer unvollständigen und schematischen Darstellung ein Magnetventil 1 für einen nicht weiter dar- gestellten, an sich bekannten, beispielsweise wie in der DE 10 2004 013 239 Al ausgebildeten, Kraftstoff-Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine gezeigt. Das Magnetventil 1 dient als Servoventil, mit dem der Kraftstoffdruck in einem nicht ge- zeigten, von einem Einspritzventilelement begrenzten Steuerraum steuerbar ist. Bei geöffnetem Magnetventil kann Kraftstoff aus dem Steuerraum an einem Magnetanker 2 vorbei zu einem nicht gezeigten, in der Zeichnungsebene oberhalb des Magnetventils 1 angeordneten Injektor-Rücklaufanschluss strömen.

Das Magnetventil 1 umfasst eine Magnetbaugruppe 3, die innerhalb des nicht gezeigten Kraftstoff-Injektors verspannt ist. Die Magnetbaugruppe 3 umfasst einen hülsenförmigen Trägerkörper 4 aus Stahl, der eine radial innere Ringschulter 5 aufweist. Innerhalb des Trägerkörpers 4 ist ein Magnetkern 6 angeordnet, der sich in axialer Richtung mit einer von einem Außenpolabschnitt 7 gebildeten ringförmigen Auflagefläche auf der eine Trägerfläche für den Magnetkern bildenden Ringschulter 5 abstützt. Mit Radialabstand zu dem Außenpolabschnitt 7 befindet sich ein Innenpolabschnitt 8. Außenpolabschnitt 7 und Innenpolabschnitt 8 sind über einen in der Schnittdarstellung gemäß Fig. 1 nicht sichtbaren, ringförmigen Jochabschnitt miteinander verbunden. Der Joch- abschnitt, der Außenpolabschnitt 7 sowie der Innenpolabschnitt 8 begrenzen eine ringnutförmige Spulenausnehmung 9, die in Richtung des Magnetankers 2 offen ist. Innerhalb der Spulenausnehmung 9 ist eine elektrische Spule 10 (Magnet- spule) angeordnet, die bei Bestromung ein magnetisches Feld erzeugt, das eine Verstellbewegung des Magnetankers 2 in Richtung der Magnetbaugruppe 3 verursacht.

Die elektrische Spule 10 umfasst einen Wicklungsträger 11, der in einem axial unteren, nutförmigen Abschnitt 12 einen gewickelten Wicklungsdraht 13 trägt. Ferner sind in dem Wicklungsträger 11 zwei in axiale Richtung weisende Spulen- kontaktpins 14, 15 verankert, die in einem Bereich axial oberhalb des Wicklungsträgers 11 mit dem Wicklungsdraht 13 elektrisch kontaktiert sind. Hierzu sind die Spulenkontakt- pins 14, 15 bereichsweise von dem Wicklungsdraht 13 umwickelt, wobei die umwickelten Bereiche von jeweils einer Kupferhülse 16, 17 (Schweißhülsen) umgeben sind. Jede Kup- ferhülse 16, 17 ist in einem Spulendom 18, 19 angeordnet, wobei sich die Spulendome 18, 19 in axialer Richtung über die ringnutförmige Spulenausnehmung 9 hinaus in Richtung in der Zeichnungsebene nach oben durch später noch zu erläuternde Durchgangsöffnungen 21, 22 hindurch erstrecken. Wie sich aus Fig. 1 ergibt, sind die Kupferhülsen 16, 17 sowie die Wicklungsdrähte 13 in einer Kunststoffvergussmasse 20 aufgenommen, die die Wicklungsdrähte 13 kraftstoffdicht verschließt und einen Hauptbestandteil der Spulendome 18, 19 bildet.

Wie sich weiter aus Fig. 1 ergibt, ist jedem Spulenkontakt- pin 14, 15 eine zuvor erwähnte, von jeweils einem Spulendom 18, 19 durchsetzte, axiale Durchgangsöffnung 21, 22 im topfförmigen Magnetkern 6 zugeordnet, durch die der jewei- lige Spulenkontaktpin 14, 15 in axialer Richtung aus dem Magnetkern 6 herausgeführt ist. Jede axiale Durchgangsöffnung 21, 22, die von einer axial unteren Stirnseite bis zu einer axial oberen Stirnseite des Magnetkerns 6 reicht, ist in einem radial äußeren Bereich als Kraftstoffrücklaufkanal 23, 24 ausgebildet, durch den Kraftstoff bei geöffnetem Magnetventil 1 in der Zeichnungsebene in axialer Richtung nach oben zu einem nicht gezeigten Injektor-Rücklauf strö- men kann.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, kann der Magnetanker 2 mit seinem in der Zeichnungsebene oberen Ankerplattenabschnitt 25 nicht unmittelbar am Magnetkern 6, genauer an einer Innen- polfläche 26 oder einer Außenpolflache 27 des Magnetkerns 6, anschlagen, sondern lediglich an einer axial zwischen dem Magnetkern 6 und dem Ankerplattenabschnitt 25 des Magnetankers 2 angeordneten Anschlagscheibe 28 aus einem amagnetischen Material. Diese verschließt bei geöffnetem Magnetventil einen zentrischen Durchgangskanal 29 im Magnetkern 6, der radial außen von dem Innenpolabschnitt 8 des Magnetkerns 6 begrenzt wird. Der Kraftstoff strömt also bei geöffnetem Magnetventil 1 am Magnetanker 2 in axialer Richtung vorbei zu den von den Durchgangsöffnungen 21, 22 ge- bildeten Kraftstoff-Rücklaufkanälen 23, 24, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel radial innen von der elektrischen Spule 10, in den Umfangsrichtungen von dem Magnetkern 6, genauer von dem Außenpolabschnitt 7 und radial außen von dem Trägerkörper 4, begrenzt werden.

In den Durchgangskanal 29 ist eine Ventilschließfeder 30 aufgenommen, die sich in axialer Richtung beispielsweise an einem nicht gezeigten Injektordeckel (Gehäuseteil) abstützt und in axialer Richtung nach unten die Anschlagscheibe 28 durch sich an der der Magnetbaugruppe 3 zugewandten Stirnseite des Magnetankers 2 abstützt. Wie sich weiter aus Fig. 1 ergibt, erstrecken sich die Kraftstoff-Rücklaufkanäle 23, 24 von einem radial inneren Bereich, der radial innerhalb einer axialen, nicht eingezeichneten Projektionsfläche des Ankerplattenabschnittes 25 des Magnetankers 2 liegt, bis in einen radial äußeren Bereich, der radial außerhalb der erwähnten, axialen Projektionsfläche des Ankerplattenabschnitts 25 des Magnetankers liegt .

In Fig. 2 ist die Magnetbaugruppe 3 gemäß Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten gezeigt. Zu erkennen ist der zentrische Durchgangskanal 29, der hier nicht als Kraftstoffrücklaufkanal dient. Ferner sind die Kraftstoff-Rücklaufkanäle 23, 24 zu erkennen, die radial innen von der elektrischen Spule 10 und in Umfangsrichtung von dem Außenpolabschnitt 7 begrenzt werden. Die Kraftstoff-Rücklaufkanäle 23, 24 werden gebildet von jeweils einer randseitig offenen Durchgangsöffnung 21, 22 im Magnetkern 6. Zu erkennen ist, dass die Umfangserstreckung der Kraftstoff-Rücklaufkanäle 23, 24 im Wesentlichen der Umfangserstreckung des jeweiligen Spulendoms 18, 19 entspricht. Lediglich in radialer Richtung nach außen erstrecken sich die Durchgangsöffnungen 21, 22 über die Spulendome 18, 19 hinaus. Ferner ergibt sich aus Fig. 2 dass die Querschnittskontur der Kraftstoff-Rücklaufkanäle 23, 24 im Wesentlichen rechteckig ausgeformt ist. Alternativ ist beispielsweise auch eine tortenstückförmige (kreissegmentför- mige) Ausformung realisierbar.

In Fig. 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Magnetbaugruppe 3 für ein Magnetventil 1 eines Kraftstoff- Injektors in einer Ansicht von unten gezeigt. Zu erkennen ist der zentrische Durchgangskanal 29 der radial außen von dem Innenpolabschnitt 8 begrenzt ist, wobei radial zwischen dem Innenpolabschnitt 8 und einem Außenpolabschnitt 7 eine ringförmige Spulenausnehmung 9 gebildet ist. Fig. 3 ist zu entnehmen, dass die elektrische Spule 10 an zwei in 180° zueinander versetzten Stellen verdickt ausgebildet ist. Hier sind die aus Fig. 3 nicht ersichtlichen Spulenkontakt- pins 14, 15 sowie die zugehörigen Spulendome 18, 19 angeordnet. Zu erkennen ist weiter, dass die verdickten Bereiche in axialen Durchgangsöffnungen 21, 22 aufgenommen sind, die radial außerhalb der elektrischen Spule 10 jeweils einen Kraftstoffrücklaufkanal 23, 24 bilden. Zu erkennen ist ferner aus Fig. 3, dass die Durchgangsöffnungen 21, 22 nicht bis zum Außenrand des Magnetkerns 6, genauer des Au- ßenpolabschnitts 7, geführt sind, sondern dass die Durch- gangsöffnungen 21, 22 und damit die Kraftstoff- Rücklaufkanäle 23, 24 radial außen von dem Außenpolabschnitt 7 des Magnetkerns 6 begrenzt sind. Hieraus resultiert der Vorteil einer größeren, randseitigen, ringförmigen Auflagefläche des Magnetkerns 6 auf einer beispielhaft in Fig. 1 gezeigten inneren Ringschulter (Trägerfläche) eines Trägerkörpers.