DE102022105567A1

DE102022105567A1 - Einspritzventil und Elektromaschine mit einem Einspritzventil

Info

Publication number: DE102022105567A1
Application number: DE102022105567.1A
Authority: DE
Inventors: Serge Nassif; Benjamin Jastrow
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2022-03-09
Filing date: 2022-03-09
Publication date: 2023-09-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil (1) für eine Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem Grundkörper (3) mit einem Fluideinlass (4), mit einem Fluidauslass (5) und mit einem Fluidkanal (6) zwischen dem Fluideinlass (4) und dem Fluidauslass (5), wobei in dem Grundkörper (3) eine Kammer (10) angeordnet ist mit einem axial verlagerbaren Kolben (11), welcher bei niedriger eingangsseitiger Druckbeaufschlagung am Fluideinlass (4) an einem Ventilsitz (12) im Fluidkanal (6) anliegt und welcher bei hoher eingangsseitiger Druckbeaufschlagung am Fluideinlass (4) von dem Ventilsitz (12) abhebt, um den Fluidkanal (6) freizugeben, wobei in dem Grundkörper (3) ein Federelement (13) angeordnet ist, welches einerseits an dem Grundkörper (3) und andererseits an dem Kolben (11) abgestützt angeordnet ist und eine Grundbeaufschlagung des Kolbens (11) hin zu dem Ventilsitz (12) bewirkt, wobei der Kolben (11) fluidumströmbar angeordnet ist, so dass bei hoher Druckbeaufschlagung der Kolben (11) fluiddruckbeaufschlagt entgegen der Rückstellkraft des Federelements (13) vom Ventilsitz (12) abhebt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil und eine Elektromaschine mit einem Einspritzventil, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
Elektromaschinen eines Kraftfahrzeugs sind thermisch belastete Maschinen, die eine Kühlung benötigen. So ist es bekannt, dass der Rotor und der Stator Kühlkanäle aufweisen, durch welche ein Kühlmittel strömt. Dabei ist es auch nötig den Kühlmittelmassenstrom zu steuern, um ihn an den Kühlungsbedarf anpassen zu können. Dazu sind elektronisch gesteuerte Ventile bekannt, welche jedoch aufwändig und teuer sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einspritzventil für eine Elektromaschine zu schaffen, welches einfach aufgebaut ist und welches kostengünstig herzustellen ist und dennoch auch einfach und sicher bedienbar ist. Auch ist es die Aufgabe, eine Elektromaschine mit einem Einspritzventil zu schaffen, bei welcher die Kühlmittelversorgung und -steuerung einfach und zuverlässig bei geringen Kosten erreicht wird.
Die Aufgabe zu dem Einspritzventil wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Einspritzventil für eine Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem Grundkörper mit einem Fluideinlass, mit einem Fluidauslass und mit einem Fluidkanal zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass, wobei in dem Grundkörper eine Kammer angeordnet ist mit einem axial verlagerbaren Kolben, welcher bei niedriger eingangsseitiger Druckbeaufschlagung am Fluideinlass an einem Ventilsitz im Fluidkanal anliegt und welcher bei hoher eingangsseitiger Druckbeaufschlagung am Fluideinlass von dem Ventilsitz abhebt, um den Fluidkanal freizugeben, wobei in dem Grundkörper ein Federelement angeordnet ist, welches einerseits an dem Grundkörper und andererseits an dem Kolben abgestützt angeordnet ist und eine Grundbeaufschlagung des Kolbens hin zu dem Ventilsitz bewirkt, wobei der Kolben fluidumströmbar angeordnet ist, so dass bei hoher Druckbeaufschlagung der Kolben fluiddruckbeaufschlagt entgegen der Rückstellkraft des Federelements vom Ventilsitz abhebt. Dadurch wird erreicht, dass ein solches Einspritzventil die Anforderungen erfüllt und auch rein hydraulisch steuerbar ist und damit einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Dennoch wird beispielhaft auch erreicht, dass das Einspritzventil bei geringem Kühlfluidbedarf einen geringen Kühlfluidvolumenstrom und bei hohem Kühlfluidbedarf einen hohen Volumenstrom zur Verfügung stellen kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Ventilsitz mit zumindest einem Leckagekanal oder mit Leckagekanälen versehen ist, so dass auch bei Anliegen des Kolbens an dem Ventilsitz eine Leckageströmung zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass erfolgt. Dadurch kann ein geringer Volumenstrom als ständig vorgesehener Volumenstrom erreicht werden.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der Ventilsitz eine Bohrung umgibt, welche einen Teil des Fluidkanals zwischen Fluideinlass und Fluidauslass ausbildet, wobei der Fluidkanal bei abgehobenem Kolben und damit freigegebenem Ventilsitz maximal durchströmbar einen maximalen Fluidstrom bewirkt. Dadurch kann zwischen dem geringen Volumenstrom und einem ansteuerbaren hohen Volumenstrom gesteuert unterschieden werden.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der Grundkörper oder ein fluidauslassseitiger Aufsatz endseitig eine Spritzdüse ausbildet. Damit wird erreicht, dass das Kühlfluid geeignet in ein nachgelagertes Bauteil, beispielsweise einer Welle einer Elektromaschine eingespritzt werden kann.
Auch ist es zweckmäßig, wenn in der Kammer des Ventilkörpers eine Hülse aufgenommen ist, welche den Kolben verlagerbar aufnimmt. Dadurch wird erreicht, dass der Kolben sicher axial geführt ist und dennoch umströmbar aufgenommen ist. Auch ist es zweckmäßig, wenn die Hülse Stege ausbildet, welche sich in axialer Richtung erstrecken und den Kolben axial führen, wobei zwischen den Stegen Fluidkanäle ausgebildet sind zur Fluidumströmung des Kolbens. Damit wird eine einfach herzustellende Gestaltung erreicht.
Auch ist es vorteilhaft, wenn sowohl die Hülse als auch der Ventilkörper radial verlaufende und fluchtende Entlüftungskanäle aufweisen zur Entlüftung des Kühlfluids durch definiertes Ausströmen des Kühlfluids durch die Entlüftungskanäle, wobei insbesondere die Entlüftungskanäle des Ventilkörpers und/oder die Entlüftungskanäle der Hülse eine Entlüftungsblende aufweisen oder ausbilden. Dadurch werden geeignete Druckverhältnisse im Einspritzventil erreicht.
Weiterhin ist es auch zweckmäßig, wenn in dem Ventilkörper stromabwärts des Fluideinlasses oder im Fluideinlass ein Filterelement, wie ein Filtersieb angeordnet ist. So kann erreicht werden, dass Schmutzpartikel etc. vor dem Einspritzventil gefiltert werden, so dass nur reines Kühlfluid das nachgeschaltete Aggregat, wie einen Rotor einer Elektromaschine, erreicht.
Auch ist es zweckmäßig, wenn ein, insbesondere schnelles, Öffnen durch die Nutzung eines Stufensprungs und/oder eine hohe Volumenstromstellgenauigkeit unabhängig von Toleranzen der beweglichen Ventilkomponenten ermöglicht ist bzw. sind. Dadurch wird ein schnelles Öffnen des Einspritzventils durch die geometrische Gestaltung des Einspritzventils erreicht werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn eine Staudruckwirkung vor der Spritzdüse öffnend auf den Kolben wirkt, um ein druckgesteuertes Öffnen des Einspritzventils zu erreichen.
Die Aufgabe zu der Elektromaschine wird mit den Merkmalen von Anspruch 11 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Elektromaschine mit einem Rotor und mit einem Stator, wobei der Rotor eine Rotorwelle aufweist, welche verdrehbar gelagert angeordnet ist, wobei die Rotorwelle zumindest einen Fluidkanal zu Durchleitung eines Kühlfluids zum Kühlen des Rotors aufweist, wobei ein Einspritzventil vorgesehen ist zur Fluidzuleitung des Kühlfluids, wobei das Einspritzventil erfindungsgemäß ausgebildet ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Einspritzventils, und
2 eine Kennlinie des Einspritzventils.

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil 1, insbesondere für eine Elektromaschine eines Kraftahrzeugs, wobei das Einspritzventil 1 vorgesehen ist, zur Steuerung insbesondere eines Kühlfluids bzw. einer Kühlfluiddurchströmung. Es kann jedoch auch anderweitig eingesetzt werden.
Die 1 zeigt ein Einspritzventil 1 in einer schematischen Darstellung. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Einspritzventil 1 für eine Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs vorgesehen.
Das Einspritzventil 1 weist einen Grundkörper 3 mit einem Fluideinlass 4 und mit einem Fluidauslass 5 auf, wobei ein Fluidkanal 6 zwischen dem Fluideinlass 4 und dem Fluidauslass 5 vorgesehen ist.
Der Grundkörper 3 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel mehrteilig ausgebildet oder er kann alternativ auch einteilig ausgebildet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 3 mit einem fluideinlassseitigen Ventilkörper 7 und mit einem fluidauslassseitigen Aufsatz 8 ausgebildet.
Der Grundkörper 3 oder der Ventilkörper 7 ist bzw. sind derart ausgebildet, dass stromabwärts des Fluideinlasses 4 oder im Fluideinlass 4 ein Filterelement 9 angeordnet ist, welches beispielsweise als ein Filtersieb ausgebildet ist oder ein solches Filtersieb aufweist. Dabei ist das Filterelement 9 derart angeordnet und ausgebildet, dass der gesamte einlassseitig einströmende Fluidstrom das Filterelement 9 durchströmen muss, um das Fluid zu filtern.
In dem Grundkörper 3 und insbesondere in dem Ventilkörper 7 ist eine Kammer 10 angeordnet, in welcher ein axial verlagerbarer Kolben 11 angeordnet ist. Der Kolben 11 ist relativ zu einem Ventilsitz 12 verlagerbar, derart, dass der Kolben 11 bei niedriger eingangsseitiger Druckbeaufschlagung am Fluideinlass 4 an dem Ventilsitz 12 im Fluidkanal 6 anliegt und welcher bei hoher eingangsseitiger Druckbeaufschlagung am Fluideinlass 4 von dem Ventilsitz 12 abhebt, um den Fluidkanal 6 freizugeben.
In dem Grundkörper 3 bzw. in dem Ventilkörper 7 ist ein Federelement 13 angeordnet, welches einerseits an dem Grundkörper 3 bzw. an dem Ventilkörper 7 und andererseits an dem Kolben 11 abgestützt angeordnet ist, wobei das Federelement 13 eine Grundbeaufschlagung des Kolbens 11 hin zu dem Ventilsitz 12 bewirkt.
Dabei ist der Kolben 11 fluidumströmbar angeordnet, so dass bei hoher Druckbeaufschlagung der Kolben 11 fluiddruckbeaufschlagt entgegen der Rückstellkraft des Federelements 13 vom Ventilsitz 12 abhebt.
Der Ventilsitz 12 ist dabei derart ausgebildet, dass er mit zumindest einem Leckagekanal 14 oder mit Leckagekanälen 14 versehen ist, so dass auch bei Anliegen des Kolbens 11 an dem Ventilsitz 12 eine permanente Leckageströmung zwischen dem Fluideinlass 4 und dem Fluidauslass 5 erfolgt. Dadurch kann der Kolben 11 permanent mit einer definiert geringen Fluidmenge umströmt werden, um die Leckageströmung durch den zumindest einen Leckagekanal 14 zu ermöglichen.
Weiterhin weist der Grundkörper 3 oder der Aufsatz 8 einen Bohrung 15 auf, welche von dem Ventilsitz 12 umgeben ist und welche einen Teil des Fluidkanals 6 zwischen Fluideinlass 4 und Fluidauslass 5 ausbildet. Dabei ist die Bohrung 15 und der Fluidkanal 6 bei von dem Ventilsitz 12 abgehobenem Kolben 11 und damit freigegebenem Ventilsitz 12 maximal durchströmbar mit einem maximalen Fluidstrom.
Aus 1 ist zu erkennen, dass der fluidauslassseitige Aufsatz 8 endseitig eine Spritzdüse 16 ausbildet.
In der Kammer 10 des Ventilkörpers 7 ist eine Hülse 17 aufgenommen, welche den Kolben 11 verlagerbar aufnimmt. Die Hülse 17 bildet Stege 18 aus, welche sich in axialer Richtung erstrecken und den Kolben 11 axial führen, wobei zwischen den Stegen 18 Fluidkanäle 6 ausgebildet sind zur Fluidumströmung des Kolbens 11.
Auch ist aus 1 zu erkennen, dass sowohl die Hülse 17 als auch der Ventilkörper 7 radial verlaufende und fluchtende Entlüftungskanäle 19 aufweisen zur Entlüftung des Kühlfluids. Dies dient dem Druckausgleich im Federraum und stellt damit das Funktionsmerkmal des schnellen Öffnens sicher.
Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Entlüftungskanäle 19 des Ventilkörpers 7 und/oder die Entlüftungskanäle 19 der Hülse 17 eine Entlüftungsbelende aufweisen oder ausbilden. Dadurch kann die Ausströmung des Kühlfluids bestimmt und begrenzt werden.
Die 2 zweigt ein Diagramm, in welchem der Ausgangsvolumenstrom am Fluidauslass 5 als Funktion des Eingangsdrucks des Fluids am Fluideinlass 4 aufgetragen ist. Dabei ist zu erkennen, dass bei kleinem Eingangsdruck der Ausgangsvolumenstrom aufgrund der Leckageströmung durch den zumindest einen Leckagekanal 14 geringfügig ist und linear ansteigt. Ab einem vorbestimmten kritischen Druck Pk am Fluideinlass 4, welcher einen Umschaltbereich kennzeichnet, steigt der Ausgangsvolumenstrom quasi sprunghaft an und steigt für weitere steigende Eingangsdrücke wieder weiter an. In 2 sind im Umschaltbereich drei Kurven gezeigt, wobei die beiden unterbrochenen Linien eine obere Toleranzgrenze und eine untere Toleranzgrenze zeigen und die durchgezogene Linie eine Nennauslegung darstellt.
Im Bereich des Eingangsdrucks unterhalb Pk findet keine nennenswerte Kühlung der Elektromaschine und des Rotors der Elektromaschine statt. Dennoch erfolgt eine Dauerversorgung der Rotorwellenverzahnung der Elektromaschine mit dem Kühlfluid. Oberhalb von Pk findet aufgrund des hohen Volumenstromes eine nennenswerte Kühlung der Elektromaschine und des Rotors der Elektromaschine statt.
Durch das Einspritzventil 1 kann eine hohe Volumenstromstellgenauigkeit auch unabhängig von Toleranzen der beweglichen Ventilkomponenten erreicht werden.
Dabei wird ein schnelles Öffnen und Schließen des Einspritzventils 1 durch die Nutzung des Stufensprungs und der Staudruckwirkung im Einspritzventil 1 erreicht. Dabei wirkt der Staudruck in der Spritzdüse 16 öffnend auf den Kolben 11.
Bezugszeichenliste

1: Einspritzventil
3: Grundkörper
4: Fluideinlass
5: Fluidauslass
6: Fluidkanal
7: Ventilkörper
8: Aufsatz
9: Filterelement
10: Kammer
11: Kolben
12: Ventilsitz
13: Federelement
14: Leckagekanal
15: Bohrung
16: Spritzdüse
17: Hülse
18: Stege
19: Entlüftungskanäle

Claims

Einspritzventil (1) für eine Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem Grundkörper (3) mit einem Fluideinlass (4), mit einem Fluidauslass (5) und mit einem Fluidkanal (6) zwischen dem Fluideinlass (4) und dem Fluidauslass (5), wobei in dem Grundkörper (3) eine Kammer (10) angeordnet ist mit einem axial verlagerbaren Kolben (11), welcher bei niedriger eingangsseitiger Druckbeaufschlagung am Fluideinlass (4) an einem Ventilsitz (12) im Fluidkanal (6) anliegt und welcher bei hoher eingangsseitiger Druckbeaufschlagung am Fluideinlass (4) von dem Ventilsitz (12) abhebt, um den Fluidkanal (6) freizugeben, wobei in dem Grundkörper (3) ein Federelement (13) angeordnet ist, welches einerseits an dem Grundkörper (3) und andererseits an dem Kolben (11) abgestützt angeordnet ist und eine Grundbeaufschlagung des Kolbens (11) hin zu dem Ventilsitz (12) bewirkt, wobei der Kolben (11) fluidumströmbar angeordnet ist, so dass bei hoher Druckbeaufschlagung der Kolben (11) fluiddruckbeaufschlagt entgegen der Rückstellkraft des Federelements (13) vom Ventilsitz (12) abhebt.
Einspritzventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (12) mit zumindest einem Leckagekanal (14) oder mit Leckagekanälen versehen ist, so dass auch bei Anliegen des Kolbens (11) an dem Ventilsitz (12) eine Leckageströmung zwischen dem Fluideinlass (4) und dem Fluidauslass (5) erfolgt.
Einspritzventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (12) eine Bohrung (15) umgibt, welche einen Teil des Fluidkanals (6) zwischen Fluideinlass (4) und Fluidauslass (5) ausbildet, wobei der Fluidkanal (6) bei abgehobenem Kolben (11) und damit freigegebenem Ventilsitz (12) maximal durchströmbar einen maximalen Fluidstrom bewirkt.
Einspritzventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) oder ein fluidauslassseitiger Aufsatz (8) endseitig eine Spritzdüse (16) ausbildet.
Einspritzventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer (10) des Ventilkörpers (7) eine Hülse (17) aufgenommen ist, welche den Kolben (11) verlagerbar aufnimmt.
Einspritzventil (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (17) Stege (18) ausbildet, welche sich in axialer Richtung erstrecken und den Kolben (11) axial führen, wobei zwischen den Stegen (18) Fluidkanäle (6) ausgebildet sind zur Fluidumströmung des Kolbens (11).
Einspritzventil (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Hülse (17) als auch der Ventilkörper (7) radial verlaufende und fluchtende Entlüftungskanäle (19) aufweisen zur Entlüftung des Kühlfluids durch definiertes Ausströmen des Kühlfluids durch die Entlüftungskanäle (19), wobei insbesondere die Entlüftungskanäle (19) des Ventilkörpers (7) und/oder die Entlüftungskanäle (19) der Hülse (17) eine Entlüftungsblende aufweisen oder ausbilden.
Einspritzventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ventilkörper (7) stromabwärts des Fluideinlasses (4) oder im Fluideinlass (4) ein Filterelement (9), wie ein Filtersieb angeordnet ist.
Einspritzventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein, insbesondere schnelles, Öffnen durch die Nutzung eines Stufensprungs und/oder eine hohe Volumenstromstellgenauigkeit unabhängig von Toleranzen der beweglichen Ventilkomponenten ermöglicht ist bzw. sind
Einspritzventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Staudruckwirkung vor der Spritzdüse (16) öffnend auf den Kolben (11) wirkt.
Elektromaschine mit einem Rotor und mit einem Stator, wobei der Rotor eine Rotorwelle aufweist, welche verdrehbar gelagert angeordnet ist, wobei die Rotorwelle zumindest einen Fluidkanal zur Durchleitung eines Kühlfluids zum Kühlen des Rotors aufweist, wobei ein Einspritzventil vorgesehen ist zur Fluidzuleitung des Kühlfluids, wobei das Einspritzventil gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.