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Die Erfindung betrifft ein Magnetventil, aufweisend einen in zumindest einem Lager gelagerten Ankerbolzen, der mit einem Fluidventil zusammenwirkt.
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Stand der Technik
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Ein derartiges Magnetventil ist aus der
DE 10 2010 062 455 A1 bekannt. Dieses Magnetventil ist für eine Zumesseinheit einer Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, ausgelegt. Die Zumesseinheit weist ein von dem Magnetventil angesteuertes Fluidventil auf, das einen in einem Magnetventilgehäuse verschiebbar angeordneten Fluidventilkolben umfasst. Weiterhin ist eine Ankerbaugruppe zur Betätigung des Fluidventils Bestandteil des Magnetventils. Die Ankerbaugruppe weist einen in einem Lager gelagerten Ankerbolzen auf, der einen in einem Ankerraum angeordneten Anker trägt, und der bei einer Bestromung einer umgebenden Spule so verstellt wird, dass der Fluidventilkolben zur Mengenregelung eines Kraftstoffstroms verstellt wird. Weiterhin weist das Magnetventil ein Filterelement auf, das den zu dem Fluidventilkolben strömenden Kraftstoff filtert und eventuell vorhandene Fremdstoffe aus dem Kraftstoff herausfiltert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil bereitzustellen, das hinsichtlich seiner Betriebszuverlässigkeit verbessert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das zumindest eine Lager über eine Verbindung mit einem fluidführenden Bereich des Fluidventils verbunden ist. Dabei ist die Verbindung so ausgestaltet, dass das Lager von dem Fluid zumindest zeitweise zwangsdurchströmt ist. Der erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass je nach Anbaulage des Magnetventils an einem Anbauteil eine Entlüftung insbesondere im Lagerbereich des Magnetventils nicht optimal stattfinden kann. Dadurch, dass nun das zumindest eine Lager über eine Verbindung mit einem fluidführenden Bereich des Fluidventils verbunden ist, ist sichergestellt, dass das Lager von dem Fluid erreicht und zumindest zeitweise zwangsdurchströmt wird. Dadurch wird eine deutliche Verbesserung der Entlüftung, der Schmierung und auch der Kühlung in dem zumindest einem Lager erreicht. Diese Maßnahme erhöht die Betriebszuverlässigkeit des Magnetventils, da auch bei einer ungünstigen Einbaulage des Magnetventils sichergestellt ist, dass das zumindest eine kritische Lager zuverlässig geschmiert ist.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Verbindung eine in einem Magnetventilgehäuse eingelassene Einlassbohrung. Grundsätzlich kann die Verbindung durch eine beliebige Ausgestaltung dargestellt sein. So ist es beispielsweise denkbar, dass die Verbindung durch einen Leckagestrom von dem fluidführenden Bereich des Fluidventils zu dem Lager gegeben ist. Um aber sicherzustellen, dass immer eine definierte Menge von Fluid zu dem Lager gelangt, ist die in das Magnetventilgehäuse eingelassene Einlassbohrung vorteilhaft. Dabei kann die Einlassbohrung bei der Fertigung des Magnetventilgehäuses in einem einfachen Bearbeitungsschritt erzeugt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in Verlängerung des Ankerbolzens ein Fluidausgang angeordnet. Dieser Fluidausgang ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise eine Zwangsdurchströmung des Lagers. Die Anordnung des Fluidausgangs in Verlängerung des Ankerbolzens ist leicht zu fertigen und ermöglicht eine nachfolgend noch beschriebene Steuerung des Durchsatzes von Fluid durch das zumindest eine Lager. Der Fluidausgang kann beliebig ausgestaltet und axial oder radial zu dem Ankerbolzen beispielsweise in dem Magnetventilgehäuse oder einem mit dem Magnetventilgehäuse verbundenen Magnetventiltopf angeordnet sein.
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In Weiterbildung der Erfindung weist der Fluidausgang eine Nullförderdrossel auf. Mittels der Nullförderdrossel wird der Durchsatz von Fluid durch das zumindest eine Lager auf einen gewünschten Wert eingestellt. Dabei beträgt der Durchsatz wiederum in weiterer Ausgestaltung der Erfindung 5 Liter/Stunde (l/h) bis 15 Liter/Stunde, bevorzugt 10 Liter/Stunde. Bei einem solchen Durchsatz ist eine zuverlässige Entlüftung des Lagers bei einer Verbesserung des Schmierfilms an der Lagerbuchse des Lagers und somit auch eine verbesserte Kühlung des Lagers und des gesamten Magnetventils erreicht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das zumindest eine Lager zwischen der Verbindung und dem Fluidausgang angeordnet. Diese Anordnung stellt die zuverlässige Zwangsdurchströmung des zumindest einen Lagers sicher.
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In Weiterbildung der Erfindung wird der Fluidausgang von dem Ankerbolzen des Magnetventils in der Form beherrscht, als dass der Ankerbolzen einen Fluideintritt in den Fluidausgang in einer Sperrstellung sperrt und in einer Öffnungsstellung freigibt. Dabei ist beispielsweise vorgesehen, dass im geöffneten Zustand des Fluidventils, bei dem das Magnetventil unbestromt ist, der Ankerbolzen den Fluideintritt in den Fluidausgang sperrt. Im geöffneten Zustand des Fluidventils erfolgt folglich kein Mengenverlust des Fluids durch den Fluidausgang. Dagegen ist bei geschlossenem Zustand des Fluidventils, bei dem das Magnetventil bestromt ist, der Fluideintritt in den Fluidausgang freigegeben, so dass in diesem Betriebszustand das zumindest eine Lager zwangsdurchströmt ist. Hierbei ist davon auszugehen, dass beim Betrieb des Magnetventils die Betriebszustände der Sperrstellung und der Öffnungsstellung in etwa zueinander ausgewogen sind, so dass eine zuverlässige Durchströmung des zumindest einen Lagers zeitabschnittsweise erfolgt. Der Fluideintritt in den Fluidausgang kann von dem Ankerbolzen auch so beherrscht sein, dass in der Sperrstellung ein geringer Durchsatz durch den Fluidausgang ermöglicht ist, während bei der Sperrstellung der volle Durchsatz durch den Fluidausgang freigegeben ist.
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In Weiterbildung der Erfindung ist jeweils ein Lager in einem Magnetventilgehäuse und einem Magnetventiltopf angeordnet und wiederum in weiterer Ausgestaltung ist das obere Lager ein Topflager, das endseitig in dem Magnetventiltopf angeordnet ist. Dabei ist der Ankerbolzen zusätzlich in dem zweiten als Gehäuselager ausgebildeten Lager gelagert, wobei das Gehäuselager benachbart zu der Verbindung angeordnet ist. Es ergibt sich somit ein Fluidstrom von der Verbindung über das Gehäuselager durch einen einen Anker des Magnetventils aufnehmenden Ankerraum zu dem Topflager, aus dem der Fluidstrom gesteuert in den Fluidausgang abströmt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Fluidausgang mit einer Rücklaufleitung und diese mit einem Tank oder einer Saugleitung von dem Tank zu einer Niederdruckpumpe verbunden. Somit wird das abströmende Fluid problemlos von dem Magnetventil abgeführt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist das Magnetventil Teil einer Zumesseinheit für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine und das Fluid dementsprechend Kraftstoff. Bei einer solchen Zumesseinheit kann das erfindungsgemäße Magnetventil besonders vorteilhaft eingesetzt werden und die Betriebszuverlässigkeit des Magnetventils und der ganzen Zumesseinheit wird durch die dargestellten Ausführungen verbessert.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 ein vereinfachtes Schaltschema eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine mit einer ein Magnetventil aufweisenden Zumesseinheit und
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2 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Magnetventils als Teil einer Zumesseinheit für ein Kraftstoffeinspritzsystem.
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Ausführungsform der Erfindung
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Das Schaltschema gemäß 1 gibt die wichtigsten Komponenten eines Kraftstoffeinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine wieder, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem beispielsweise als Common-Rail-Einspritzsystem für eine selbstzündende Brennkraftmaschine ausgebildet ist und das Fluid insbesondere Dieselkraftstoff ist. Das Kraftstoffeinspritzsystem weist einen Tank 1 auf, in dem der Dieselkraftstoff bevorratet wird. Der Tank 1 ist über eine Saugleitung 2 mit einer Niederdruckpumpe 3 verbunden, die beispielsweise als elektrisch betätigte Zahnradpumpe ausgebildet sein kann. Die Niederdruckpumpe 3 ist über eine Niederdruckleitung 4 mit einer ein Magnetventil 5 aufweisenden Zumesseinheit 35 und weiterhin mit einem Überströmventil 6 verbunden. Die Zumesseinheit 35 mit dem Magnetventil 5 misst den einem Hochdruckpumpenelement 7 einer Hochdruckpumpe 8 über eine Strömungsverbindung 31 zuzuführenden Kraftstoff beispielsweise in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu. Das Hochdruckpumpenelement 7 ist in die Hochdruckpumpe 8 integriert und weist beispielsweise einen Pumpenstößel auf, der über einen Rollenstößel von einer in einem Nockenraum 9 der Hochdruckpumpe 8 angeordneten Nocken einer Nockenwelle bei einer Drehbewegung der Nockenwelle auf und ab bewegt wird. Bei einer Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens wird in einem Pumpenraum des Hochdruckpumpenelements über die Strömungsverbindung 31 zugeführter Kraftstoff über ein Einlassventil eingebracht, der bei einer Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens über ein Rückschlagventil und eine Hochdruckleitung in einen nicht dargestellten Hochdruckspeicher gefördert wird. Aus dem Hochdruckspeicher kann der dort unter einem Druck von bis zu 3000 bar gespeicherte Kraftstoff von Kraftstoffinjektoren zur Einspritzung in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine gesteuert entnommen werden. Die Zumesseinheit 35 ist ebenso wie das Überströmventil 6 bevorzugt in das Hochdruckpumpengehäuse der Hochdruckpumpe 8 integriert, so dass die Strömungsverbindung 31 zwischen der Zumesseinheit 35 und dem Hochdruckpumpenelement 7 ebenso wie die Verbindung zwischen dem Überströmventil 6 und dem Nockenraum 9 als interne Strömungsverbindungen in der Hochdruckpumpe 8 ausgebildet sind. Der von dem Überströmventil 6 in den Nockenraum 9 eingeleitete Kraftstoff kühlt und schmiert die Nockenwellenlager der Nockenwelle und wird anschließend über eine Abströmleitung 10 zurück in die Saugleitung 2 oder in den Tank 1 geführt. Im Unterschied zu der Darstellung in 1 kann die Niederdruckleitung 4 auch in den Nockenraum 9 einmünden und von diesem aus wird dann die Zumesseinheit 35 und das Überströmventil 6 mit Kraftstoff versorgt.
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Das Magnetventil 5 der Zumesseinheit 35 weist einen in 2 detailliert dargestellten Fluidausgang 11 auf, in den eine in 1 aus Übersichtsgründen separat angeordnete Nullförderdrossel 12 eingesetzt ist. Der Fluidausgang 11 beziehungsweise die Nullförderdrossel 12 ist über eine Rücklaufleitung 13 mit der Saugleitung 2 oder den Tank 1 verbunden. Die Nullförderdrossel 12 ist beispielsweise so ausgelegt, dass diese einen Durchsatz von 10 Liter/Stunde (l/h) aufweist. Neben den beschriebenen Komponenten können beispielsweise in die Saugleitung 2 und/oder Niederdruckleitung 4 noch Filtereinrichtungen, Drucksensoren und Temperatursensoren eingebaut sein.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung der Zumesseinheit 35 mit dem Magnetventil 5 und einem von dem Magnetventil 5 betätigten Fluidventil 22. Die Zumesseinheit 35 weist ein Magnetventilgehäuse 14 auf, in dem eine Ankerbaugruppe des Magnetventils 5 mit einem einen Anker 15 tragenden Ankerbolzen 16 in Lagern 17a, 17b gelagert ist. Dabei ist das Lager 17a ein Topflager und das Lager 17b ein Gehäuselager. Der Anker 15 ist in einem Ankerraum 18 angeordnet und mitsamt dem Ankerbolzen 16 in dem Ankerraum 18 ebenso wie der Ankerbolzen 16 in den Lagern 17a, 17b verschiebbar. Diese Verschiebung wird durch eine Bestromung einer Spule 19 ausgelöst, die in dem Magnetventilgehäuse 14 angeordnet ist und von einem Magnetventiltopf 20 gehalten und zur Umgebung abgedichtet ist. An dem Magnetventiltopf ist eine elektrische Schnittstelle 21 angebracht, über die die elektrischen Anschlüsse der Spule 19 mit weiterführenden Leitungen verbunden werden können.
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Der Ankerbolzen 16 wirkt mit dem ebenfalls in dem Magnetventilgehäuse 14 angeordneten Fluidventil 22 zusammen, das einen axial verschiebbaren Fluidventilkolben 23 aufweist. Der Fluidventilkolben 23 wird von einer Feder 24, die sich an einem in dem Magnetventilgehäuse 14 befestigten Haltering 25 abstützt, gegen den Ankerbolzen 16 gedrückt. Der Fluidventilkolben 23 weist zumindest einen Schlitz 26 auf, der in der gezeichneten Stellung mit einem Ringraum 27 in dem Magnetventilgehäuse 14 zusammenwirkt. Der Ringraum 27 ist seinerseits mit Zulaufbohrungen 28 in dem Magnetventilgehäuse 14 verbunden, die in geeigneter Weise mit der Niederdruckleitung 4 aus 1 in Verbindung stehen. Dazu ist die Zumesseinheit 35 beispielsweise mit seinem unteren das Fluidventil 22 aufnehmenden Teil des Magnetventilgehäuses 14 in eine Ausnehmung der Hochdruckpumpe 8, die mit der Niederdruckleitung 4 verbunden ist, eingesetzt und abgedichtet. In der dargestellten Öffnungsstellung des Fluidventilkolbens 23 ist der Ringraum 27 über die Schlitze 26 mit dem die Feder 24 aufnehmenden Innenraum 29 des Fluidventilkolbens 23 verbunden, der seinerseits mit einem Ausgang 30 in direkter Strömungsverbindung steht. Der Ausgang 30 ist direkt mit der Strömungsverbindung 31 zu dem Hochdruckpumpenelement 7 verbunden. Wird der Fluidventilkolben 23 bei einer Bestromung der Spule 19 und der dadurch hervorgerufenen Bewegung des Ankerbolzens 16 nach unten bewegt, werden die Schlitze 26 in einen Bereich außerhalb des Ringraums 27 bewegt und die Verbindung zwischen der Zulaufbohrung 28 und dem Ausgang 30 ist abgesperrt. In diesem Fall wird die von der Niederdruckpumpe 3 geförderte Kraftstoffmenge über das Überströmventil 6 abgeführt.
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In das Magnetventilgehäuse 14 ist weiterhin eine Einlassbohrung 32 eingelassen, die mit dem kraftstoffführenden Raum, in den der untere Teil des Magnetventilgehäuses 14 eingesetzt ist, verbunden ist. Über die Einlassbohrung 32 wird in einen Raum 33 oberhalb des Fluidventilkolbens 23 Kraftstoff zugeführt, der entlang des Lagers 17b in den Ankerraum 18 und weiter zu dem Lager 17a gelangt. In axialer Verlängerung des Ankerbolzens 16 ist der Fluidausgang 11 vorgesehen, der in das Magnetventilgehäuse 14 oder einem mit dem Magnetventilgehäuse 14 beziehungsweise dem Magnetventiltopf 20 verbundenen Anschlussstutzen 36 angeordnet ist. Der Fluidausgang 11 ist über die Nullförderdrossel 12, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in dem Magnetventiltopf 20 eingelassen ist, mit einem Topfraum 35 verbunden. Die Nullförderdrossel 12 kann aber auch direkt in den Fluidausgang 11 eingesetzt sein. Der Topfraum 35, dessen Volumen bei der dargestellten oberen Endlage des Ankerbolzens 16 seinen Minimalwert aufweist, ist über die Lager 17a, 17b beispielsweise durch Ausgestaltung der entsprechenden Lagerspalte mit der Einlassbohrung 32 verbunden. Da aber in der dargestellten Stellung des Ankerbolzens 16 der Eintritt in die Nullförderdrossel 12 verschlossen ist, fließt in der dargestellten Schaltstellung kein Kraftstoff von der Einlassbohrung 32 in den Fluidausgang 11. Ein Kraftstofffluss findet erst dann statt, wenn der Ankerbolzen 16 abwärts bewegt wird und dann kommt die durch Pfeile dargestellte Strömungsverbindung von der Einlassbohrung 32 zu dem Fluidausgang 11 in dem Anschlussstutzen 35 zustande. Diese Öffnungsstellung des Ankerbolzens 16 ist also dann gegeben, wenn der Fluidventilkolben 23 nach unten bewegt ist und die Verbindung zwischen der Zulaufbohrung 28 und dem Ausgang 30 abgesperrt ist. Dadurch ist dann, wenn kein Kraftstoff von der Zumesseinheit zu dem Hochdruckpumpenelement 7 weitergeleitet wird, eine wirkungsvolle Entlüftung, Schmierung und Kühlung insbesondere der Lager 17a, 17b sichergestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010062455 A1 [0002]
