AT500185B1 - Mechanismus an einem elektromagnetischen ventil - Google Patents

Description

2 AT 500 185 B1

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung 5 Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Mechanismus an einem elektromagnetischen Ventil für den Antrieb eines Auf-Zu-Ventils, um einen Durchlaß für Brennstoff hohen Druckes zu öffnen oder zu schließen und um den Zeitpunkt der Brennstoffeinspritzung and die Menge an eingespritztem Brennstoff zu steuern, der insbesondere für eine Brennstoffeinspritzeinrichtung eines Verbrennungsmotors verwendet wird. 10

Beschreibung der verwandten Technik

Mechanismen an elektromagnetischen Ventilen sind bekannt für den Antrieb unter Ausnützung der elektromagnetischen Kraft an einem Auf-Zu-Ventil, um einen Durchlaß für Brennstoff hohen 15 Druckes zu öffnen oder zu schließen und um den Zeitpunkt der Brennstoffeinspritzung and die Menge an eingespritztem Brennstoff zu steuern. Der Mechanismus an dem elektromagnetischen Ventil weist einen Kern mit einer darin eingebetteten Spule auf sowie einen dem Kern benachbarten Anker. Der Anker wird gegen den Kern hin angezogen, wenn ein durch einen fließenden elektrischen Strom erzeugter Magnetfluß in der Spule durch den Anker verläuft, und 20 so wird der mit dem Anker verbundene Ventilkörper angetrieben.

Da der Mechanismus an dem elektromagnetischen Ventil derart aufgebaut ist, daß der Ventilkörper in demjenigen Zustand am Ventilsitz sitzt, in dem der Anker gegen den Kern hin angezogen wird, um den Brennstoffdurchlaß zu schließen, muß zwischen dem Kern und dem Anker 25 in demjenigen Zustand, in dem der Anker gegen den Kern angezogen wird, ein Spalt vorhanden sein. Es ist erforderlich, daß dieser Spalt so klein wie möglich ist, um so eine starke elektromagnetische Anziehung zu sichern.

Bisher wurden aber beide einander gegenüberliegende Oberflächen, nämlich des Kernes und 30 des Ankers, als flache Oberflächen ausgeführt (siehe beispielsweise die FIG. 1, 3, 4 und 5 der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 2003-193939, und die FIG. 1, 2 und 3 der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 2002-98024), und der Mechanismus für das Ventil war derart ausgelegt, daß ein genügender Anfangsspalt zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Kernes und des Ankers vorgesehen war, so daß die Endfläche 35 des Ankers selbst dann nicht auf die der Endfläche des Ankers gegenüberliegende Oberfläche des Kernes einwirkt, wenn der Anker auf Grund ungenügender Genauigkeit der Teile schräg eingebaut wird, zumal es vom Standpunkt der Präzision der Komponenten schwierig ist, sie so zusammenzubauen, daß der Spalt über die gesamte Fläche gleichmäßig ist. 40 Der FR 2 822 585 A1 ist beispielsweise ein Ventil mit elektromagnetischem Antrieb zu entnehmen, wobei zu Dämpfungszwecken entweder das mindestens eine Polstück eben und der Anker "bombiert" oder - umgekehrt - der Anker eben und das Polstück bombiert ausgeführt ist.

In Fig. 7 der US 5 190 223 A schließt ein Elektromagnet bei Bestromung ein Ventil in einer 45 Kraftstoffleitung, wobei in dem geschlossenen Zustand des Ventils ein permanenter Luftspalt zwischen Anker und Kern verbleibt. Beide End-Flächen sind eben ausgeführt.

Fig. 1 der US 5 088 467 A zeigt ein Elektromagnetventil, das bei Bestromung des Elektromagneten öffnet, wobei ein permanenter Luftspalt zwischen Armatur und Kern verbleibt. In den so Figuren 3b, 3c liegt ein unten abgerundeter Anschlag und ein etwas zurückspringender Kern einem im Wesentlichen ebenflächig begrenzten Rohr und einer Armatur gegenüber.

Kurzfassung der Erfindung 55 Es bestand daher bei der Verringerung dieses anfänglichen Spaltes zur Erhöhung der elektro- 3 AT 500 185 B1 magnetischen Anziehungskraft eine Grenze, und es war schwierig, einen Mechanismus an einem elektromagnetischen Ventil zu schaffen, der klein baut und eine starke elektromagnetische Anziehungskraft ausüben kann. Die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, dieses Problem zu lösen. 5

Ferner bestand das Problem des Auftretens eines Aufpralls beim Schließen des mit dem Anker verbundenen Ventilkörpers, wenn der Anker gegen den Kern hin angezogen wird, um den Ventilkörper den Brennstoffdurchlaß schließen zu lassen, sowie ein Problem des Auftretens eines Aufpralls beim Öffnen des Ventilkörpers, wenn dem Ventilkörper gestattet wird, den io Brennstoffdurchlaß zu öffnen. Diese Probleme zu lösen, ist die zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die erste Aufgabe wird gelöst, indem der Mechanismus an dem elektromagnetischen Ventil derart aufgebaut wird, daß die Oberfläche des dem Anker gegenüberliegenden Kernes als 15 flache Oberfläche ausgestaltet ist, und die Oberfläche des dieser Oberfläche des Kernes gegenüberliegenden Ankers mit geringem Spalt zwischen den Oberflächen zu einer kugelkonvexen oder oval kugelkonvexen Oberfläche geformt ist, so daß der Spalt zwischen den Oberflächen -im Vergleich zum Umfangsbereich der Oberflächen - im zentralen Bereich geringer ist. 20 Es mag geschehen, dass der Umfang der Oberfläche des Ankers die Oberfläche des Kerns berührt, d.h. eine gegenseitige Einwirkung der Oberflächen des Ankers und des Kernes erfolgt, bevor noch das Ventil auf dem Ventilsitz anzuliegen kommt, wenn der Anker gegen den Kern hin angezogen wird, was zu einem unvollständigen Schließen des Ventiles in dem Falle führt, dass die einander gegenüberliegenden Oberflächen von Kern und Anker flache oder gekrümm-25 te Oberflächen sind, welche einander über die gesamte Fläche mit demselben Spalt gegenüberliegen, und wenn dabei der Anker derart eingebaut wird, dass die zentrale Achse des Ankers gegenüber der zentralen Achse des Kernes auf Grund ungenauer Präzision der Komponenten geneigt ist. 30 Um dies zu verhindern, ist es erforderlich, zwischen den Oberflächen einen ausreichenden Spalt vorzusehen. Gemäß der vorliegenden Erfindung, ist der Spalt im zentralen Bereich kleiner als im Umfangsbereich der Oberflächen, weil die Oberfläche des Ankers zu einer konvex gekrümmten Oberfläche geformt wurde. Selbst wenn daher der Anker mit demselben Winkel schief eingebaut wird, wie dies beim Stande der Technik Vorkommen mochte, erfolgt keine 35 gegenseitige Einwirkung des Ankers und des Kernes. Das bedeutet, daß der Spalt zwischen den Oberflächen im zentralen Bereich verringert werden kann, ohne daß eine gegenseitige Einwirkung auftritt, wenn es vorkommt, daß der Anker auf Grund ungenügender Genauigkeit schief eingebaut wird. Demgemäß ist es möglich, den Ventilmechanismus so aufzubauen, daß die elektromagnetische Anziehungskraft im Vergleich mit dem Falle des Standes der Technik 40 erhöht wird.

Das erste Ziel kann auch durch die Erfindung erzielt werden, wie sie in den Ansprüchen 2 bis 5 definiert ist, wonach die Oberfläche des Kerns zu einer flachen Oberfläche geformt ist, und die Oberfläche des Ankers derart ausgebildet ist, daß der zentrale Bereich eine flache Oberfläche 45 ist und die außerhalb der flachen Oberfläche gelegene Oberfläche zu einer kugelkonvexen oder oval kugelkonvexen Oberfläche geformt ist, die an die flache Oberfläche tangential anschließt, d.h. es wird eine sogenannte Bombierung durchgeführt, oder es wird die Oberfläche des Ankers zu einer kugelkonvexen oder oval kugelkonvexen Oberfläche geformt, deren zentraler Bereich entfernt wurde und so zu einer flachen Oberfläche ausgebildet wurde; oder die Oberfläche des so Ankers wird zu einer flachen Oberfläche geformt, und die Oberfläche des Kernes wird zu einer kugelkonvexen oder oval kugelkonvexen Oberfläche ausgebildet; oder die Oberfläche des Kernes ist zu einer kugelkonvexen oder oval kugelkonvexen Oberfläche geformt, und die Oberfläche des Ankers wird als kugelkonkave oder oval kugelkonkave Oberfläche derart ausgebildet, daß der Krümmungsradius der kugelkonkaven Oberfläche des Ankers größer ist als derje-55 nige der kugelkonvexen Oberfläche des Kernes; oder die Oberfläche des Kernes wird zu einer 4 AT 500 185 B1 flachen Oberfläche gestaltet, und der Anker ist aus dünnen, in Bewegungsrichtung des Ankers aufgestapelten Platten derart zusammengesetzt, daß ein Teil vorgesehen ist, in welchem die dünnen Platten so aufgestapelt sind, daß die Platten im Durchmesser abnehmen, je näher sie derjenigen Oberfläche mit der ebenen Fläche des Kernes kommen. 5

Sodann kann das zweite Ziel der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht werden, indem der Anker so ausgebildet ist, daß er wenigstens ein Durchgangsloch aufweist, welches Durchgangsloch einen divergierenden Abschnitt aufweist, der sich gegen die der Oberfläche des Ankers gegenüberliegende Oberfläche des Kernes zu verbreitert. Wenn bei diesem Aufbau des io Ankers der Anker gegen den Kern hin angezogen wird und das mit dem Anker verbundene Ventil den Durchlaß für Brennstoff hohen Druckes schließt, dann kann der im Spalt zwischen den Oberflächen des Kernes und des Ankers rasch zusammengepreßte Brennstoff durch die Durchgangsöffnung entweichen, so daß das Auftreten eines Aufpralles beim Schließen des mit dem Anker verbundenen und von einer Feder getragenen Ventils verhindert wird, oder der 15 Aufprall ist wenigstens gemildert.

Wenn die elektromagnetische Anziehung aufhört und der Anker zusammen mit dem mit ihm verbundenen Ventil durch die Feder von der Seite des Kernes zurückgezogen wird, um das Ventil zu öffnen, so wird ein Aufprall beim Öffnen des Ventils seltener auftreten, wenn es einen 20 gewissen Widerstand für das Ventil gibt, sich zurück zu bewegen. Wäre das Durchgangsloch von konstanter Querschnittsfläche, so kann wohl das Auftreten eines Aufpralles beim Schließen unterdrückt werden, doch wäre dies dem Auftreten eines Aufpralles beim Öffnen eher förderlich. Dadurch, daß das Durchlässen von Brennstoff durch die Durchgangsöffnung beim Schließen des Ventiles leichter als beim Öffnen des Ventiles gemacht wird, indem jedes Durchgangsloch 25 mit einem divergierenden Abschnitt ausgebildet ist, der sich gegen die der Oberfläche des Ankers gegenüberliegende Oberfläche des Kernes zu verbreitert, wird der Aufprall des Ventils beim Schließen verhindert bzw. unterdrückt, ohne daß das Auftreten eines Aufpralls des Ventils beim Öffnen übermäßig gefördert wird. 30 Das zweite Ziel kann aber auch durch einen Aufbau erreicht werden, bei dem der Durchmesser der von der der Oberfläche des Kerns gegenüberliegenden Oberfläche des Ankers am entferntesten angeordneten dünnen Platte etwa derselbe ist, wie derjenige der dünnen Platte, welche der Oberfläche des Kernes gegenüberliegt, wobei wenigstens ein durch die dünnen Platten -mit Ausnahme derjenigen Ratte, welche von der Oberfläche des Ankers am entferntesten liegt -35 hindurchgehendes Durchgangsloch derart vorgesehen ist, daß das Durchgangsloch an der dünnen, der Oberfläche des Kernes gegenüberliegenden gegen die Oberfläche des Kernes hin offen ist und an der entferntesten dünnen Ratte geschlossen ist.

In diesem Falle biegt der im Spalt zwischen den Oberflächen des Kernes und des Ankers durch 40 die rasche Anziehung des Ankers gegen den Kern hin zusammengedrückte Brennstoff die von der Oberfläche des Ankers am entferntesten gelegene dünne Platte so, daß er über das Durchgangsloch entweichen kann, wobei im Ergebnis das Auftreten eines Aufpralls des Ventils beim Schließen verhindert oder unterdrückt wird. Wenn der Anker von der Seite der Oberfläche des Kernes zurückgezogen wird, um das Ventil zu öffnen, so wird der Brennstoff unterhalb des 45 Ankers nicht durch das Durchgangsloch strömen, weil ja das Durchgangsloch durch die von der Oberfläche des Ankers am entferntesten gelegene dünne Platte verschlossen ist. Daher wird das Auftreten eines Aufpralles des Ventils beim Öffnen nicht gefördert. Ferner wird der Verlust durch Wirbelströme durch den Aufbau des Ankers aus aufeinandergeschichteten dünnen Platten verringert. 50

Kurzbeschreibung der Zeichnungen FIG. 1 ist eine Querschnittsansicht des Mechanismus an einem elektromagnetischen Ventil nach einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung in demjenigen 55 Zustand, bei dem der Ventilmechanismus an einer Brennstoffeinspritzeinrichtung zum Öffnen 5 AT 500 185 B1 und Schließen von dessen Durchlaß für Brennstoff unter hohem Druck montiert ist, wobei das Auf-Zu-Ventil eingebaut ist; FIG. 2 ist eine Querschnittsansicht des Mechanismus an einem elektromagnetischen Ventil nach einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung in demselben 5 Zustand wie in FIG. 1; FIG. 3 ist eine Querschnittsansicht des Mechanismus an einem elektromagnetischen Ventil nach einem dritten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung in demselben Zustand wie in FIG. 1; FIG. 4 ist eine Querschnittsansicht des Mechanismus an einem elektromagnetischen Ventil io nach einem vierten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung in demselben Zustand wie in FIG. 1; FIG. 5 ist eine Querschnittsansicht des Mechanismus an einem elektromagnetischen Ventil nach einem fünften Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung in demselben Zustand wie in FIG. 1; 15 FIG. 6 ist eine Querschnittsansicht des Mechanismus an einem elektromagnetischen Ventil nach einem sechsten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung in demselben Zustand wie in FIG. 1; FIG. 7 ist eine Querschnittsansicht des Mechanismus an einem elektromagnetischen Ventil nach einem siebenten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung in demselben 20 Zustand wie in FIG. 1; FIG. 8 ist ein Diagramm, welches den Anstieg der Anziehungskraft des Mechanismus an einem elektromagnetischen Ventil nach der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu jener eines herkömmlichen Mechanismus an einem elektromagnetischen Ventil veranschaulicht; FIG. 9 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der Arbeitsweise des Mechanismus an einem elekt-25 romagnetischen Ventil nach dem siebenten Ausführungsbeispiel, wenn der Anker gegen den Kern hin angezogen wird, um das Ventil zu schließen; FIG. 10 ist ein Diagramm, welches denjenigen Zustand zeigt, bei dem das Auftreten eines Aufpralles des Ventiles beim Schließen im Falle des sechsten und siebenten Ausführungsbeispieles verhindert wird; die 30 FIG. 11A und 11B sind Darstellungen zur Erläuterung, warum der anfängliche Spalt zwischen den Oberflächen des Kernes und des Ankers verringert werden kann; und die FIG. 12A und 12B sind Querschnittsansichten zweier weiterer Ausführungsformen des Ankers nach der vorliegenden Erfindung. 35 Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß Dimensionen, Materialien, Relativlagen etc. der konstituierenden Teile in den Ausführungsbeispie-40 len nur als illustrativ und nicht als den Rahmen der vorliegenden Erfindung beschränkend interpretiert werden sollen, es sei denn, es sei besonders angegeben.

Die FIG. 1 bis FIG. 7 sind Querschnittsansichten des Mechanismus an einem elektromagnetischen Ventil nach dem ersten bis zum siebenten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden 45 Erfindung in demjenigen Zustand, bei dem der Ventilmechanismus an einer Brennstoffeinspritzeinrichtung zum Öffnen und Schließen von dessen Durchlaß für Brennstoff unter hohem Druck montiert ist, wobei das Auf-Zu-Ventil eingebaut ist.

Bezugnehmend auf FIG. 1, ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Mechanismus an einem so elektromagnetischen Ventil bezeichnet, 10 ist eine Auf-Zu-Ventileinrichtung und 30 das Pumpengehäuse einer Brennstoffeinspritzpumpe.

Der Mechanismus 1 an einem elektromagnetischen Ventil weist einen Kern 3 mit einer darin eingebetteten Spule 4 auf, sowie einen Anker 5, die mit Ventilgehäusen 2, 9 abgedeckt und am 55 Pumpengehäuse 30 montiert sind. Die Bezugszeichen 6 und 7 bedeuten Kunststoffdichtungs- 6 AT 500 185 B1 teile. Die Auf-Zu-Ventileinrichtung 10 besteht aus einem Ventilsitzorgan 11, einem in dieses Ventilsitzorgan 11 passenden Ventilkörper 12 für eine Hin- und Herbewegung, ein Fixierelement 13 zum Fixieren des Ventilsitzorgans 11, um zu bewirken, daß es den Boden 33 des Montageteiles des Pumpengehäuses 30 für die Ventileinrichtung eng berührt, wobei das Fixierelement 5 13 in das Pumpengehäuse 30 eingeschraubt und eine Feder 14 im Fixierelement 13 unterge bracht ist, um den Ventilkörper 12 abwärts zu drücken.

Der Anker 3 ist mittels Bolzen 8 am Ventilkörper 12 fixiert. Das Bezugszeichen 15 zeigt den Sitzabschnitt des Sitzorgans 11, auf welchem ein Sitzabschnitt des Ventilkörpers 12 aufruht, io wenn das Ventil schließt. Mit dem Bezugszeichen 31 ist ein Durchlaß für Brennstoff unter hohem Druck bezeichnet, welcher mit einer Kolbenkammer und einem Brennstoffsumpf nahe dem Düsen-Nadelventil der in der Zeichnung nicht dargestellten Brennstoffeinspritzeinrichtung in Verbindung steht, und 32 ist ein Durchlaß für Brennstoff unter niedrigem Druck, welcher mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Brennstofftank verbunden ist. 15

Wenn ein elektrischer Strom die Spule 4 des Mechanismus 1 an einem elektromagnetischen Ventil durchfließt, wird der Anker 5 gegen den Kern 3 hin angezogen, der mit dem Anker verbundene Ventilkörper 12 wird aufwärts gezogen, um am Sitzabschnitt 15 des Sitzorgans 11 anzuliegen und so den Durchlaß 31 für Brennstoff unter hohem Druck zu schließen. Sobald das 20 Ventil geschlossen ist, ist der Brennstoff in dem Durchlaß für Brennstoff unter hohem Druck, der Kolbenkammer und dem Brennstoffsumpf nahe dem Düsen-Nadelventil innerhalb eines begrenzten Raumes gefangen, und der Brennstoff in dem Raum wird durch die Bewegung des Kolbens der Einspritzpumpe zusammengedrückt, um über die Brennstoff-Einspritzdüse in den Zylinder eingespritzt zu werden. 25

Sobald der elektrische Strom an der Spule 4 unterbrochen wird, hört die elektromagnetische Anziehung auf und der Ventilkörper 12, zusammen mit dem Anker 5, wird durch die Federkraft der Feder 14 abwärts gedrückt, bis das untere Ende des Ventilkörpers 12 den Boden 33 des Montageteiles des Pumpengehäuses 30 für die Ventileinrichtung erreicht und die Ventileinrich-30 tung am Sitzabschnitt 15 geöffnet ist. Sobald das Ventil offen ist, wird der hohe Druck in dem begrenzten Raum in der Brennstoffeinspritzpumpe dem Durchlaß 32 für Brennstoff unter geringem Druck mitgeteilt, damit dieser in den Brennstofftank zurückkehren kann, der Brennstoffdruck in der Brennstoffeinspritzpumpe nimmt ab, und die Brennstoffeinspritzung endet. 35 Der Ventilkörper 12 ist mit einem zentralen Loch 12a und einem seitlichen Loch 12b versehen, welche mit dem zwischen dem Ventilkörper und dem Fixierelement 13 ausgebildeten Federraum 16 in Verbindung stehen. Brennstoff welcher aus dem Gleitabschnitt des Sitzorgans 11 und des Ventilkörpers 12 austritt, fließt in die Federkammer, wo die Feder 14 untergebracht ist, und strömt über einen Raum 17 zwischen dem Fixierelement 13 und dem Ventilkörper in die 40 Ankerkammer 9b, um von dort über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Rohrleitung in den Brennstofftank zurückzuströmen.

Wenn das Ventil dadurch schließt, daß der Ventilkörper 12 am Sitzabschnitt 15 des Sitzorgans 11 anliegt, muß ein Spalt G zwischen den Oberflächen des Kernes und des Ankers verbleiben, 45 denn andernfalls würden die Oberflächen des Kernes und des Ankers einander stören, und der Ventilkörper 12 würde nicht vollständig am Sitzabschnitt 15 aufruhen.

Je kleiner der Spalt zwischen den Oberflächen des Kernes und des Ankers ist, desto stärker ist die elektromagnetische Anziehung des Kernes zum Anziehen des Ankers. Es kann jedoch so Vorkommen, daß der Anker derart montiert ist, daß die zentrale Achse des Ankers zur zentralen Achse des Kernes auf Grund ungenügender Präzision der Komponenten schief liegt.

Es kann aber auch Vorkommen, daß der Ventilkörper 12 auf Grund ungenügender Genauigkeit der Teile nicht vollständig am Sitzabschnitt 15 aufruht, wenn der Spalt Wein ist. Daher müssen 55 die Dimensionen der Einzelteile so gewählt werden, daß sie einen guten Spielraum am anfäng- 7 AT 500 185 B1 liehen Spalt zulassen, um diese Störung zu vermeiden. Die elektromagnetische Anziehung wird durch denjenigen Wert vermindert, der dem Spielraum am anfänglichen Spalt entspricht. Indem man nun die Oberfläche des Ankers zu einer kugelkonvexen Fläche formt, kann dieser Spielraum am anfänglichen Spalt reduziert werden. Dies läßt sich erkennen, wenn man die FIG. 11A 5 und 11B miteinander vergleicht. In der FIG. 11A ist derjenige Fall gezeigt, wenn beide Oberflächen, nämlich die des Kerns und die des Ankers, flach sind, und der anfängliche Spalt zwischen beiden Oberflächen S0 ist. In diesem Fall berührt der Umfang der Oberfläche des Ankers 5 die Oberfläche des Kerns, wenn der Anker um einen Winkel Θ schief liegt. In dem Fall jedoch, in dem die Oberfläche des Ankers 5 zu einer kugelkonvexen Fläche geformt wurde, wie dies in io FIG. 11B gezeigt ist, verbleibt ein Spalt S,, wenn der Anker um denselben Winkel Θ geneigt ist. Dementsprechend wird es möglich, den Spielraum am anfänglichen Spalt in einem großen Ausmaß zu reduzieren.

Wenn jedoch der Krümmungsradius der kugelkonvexen Oberfläche zu klein wird, dann wächst 15 die elektromagnetische Anziehungskraft nicht, sondern nimmt sogar wegen des vergrößerten Spaltes im Peripheriebereich selbst dann ab, wenn der Spielraum am anfänglichen Spalt reduziert wurde. Somit wäre es wünschenswert, wenn der Krümmungsradius so groß als nur möglich wäre. Wenn aber der Krümmungsradius vergrößert wird, dann wird es notwendig, den Spielraum am anfänglichen Spalt zu erhöhen, um eine gegenseitige Beeinträchtigung der Ober-20 flächen des Kernes und des Ankers zu vermeiden. Zieht man also all dies in Betracht, dann kann das Verhältnis zwischen dem Bereich des Spaltes anfänglich eingestellt werden, ohne eine Beeinträchtigung der Oberflächen herbeizurufen, wobei die erforderliche elektromagnetische Anziehungskraft aufrecht erhalten bleibt, und die elektromagnetische Anziehungskraft in dem Fall, in dem die Oberfläche des Ankers flach oder kugelkonvex ist, ist in Fig. 8 dargestellt, 25 in welcher an der Abszisse der anfänglich eingestellte Spalt und an der Ordinate die elektromagnetische Anziehungskraft ist. Aus FIG. 8 ist ersichtlich, daß die elektromagnetische Anziehungskraft vergrößert werden kann, wenn man die Oberfläche des Ankers zu einer kugelkonvexen Oberfläche formt. 30 FIG. 2 veranschaulicht das zweite Ausführungsbeispiel. Die Oberfläche des Kernes 3 ist flach, und die Oberfläche des Ankers 5 ist derart geformt, daß der zentrale Bereich flach und der Umfangsbereich sphärisch ist und an die flache Oberfläche des zentralen Bereiches tangential anschließt, d.h. es wird eine sogenannte Bombierung ausgeführt. Im übrigen aber gilt dasselbe wie für FIG. 1, weshalb eine weitere Erläuterung entfällt. Da der Durchmesser im flachen Be-35 reich des Ankers in diesem Ausführungsbeispiel abnimmt, kann der Spielraum am anfänglichen Spalt abnehmen, und es kann ein ähnlicher Effekt wie im Falle des ersten Ausführungsbeispieles nach FIG. 1 erhalten werden. FIG. 3 veranschaulicht das dritte Ausführungsbeispiel. Die Oberfläche des Kernes 3 ist zu einer 40 kugelkonvexen Oberfläche geformt, und die Oberfläche des Ankers 5 ist als flache Oberfläche ausgebildet. Im übrigen gilt dasselbe wie für FIG. 1, weshalb eine weitere Erläuterung entfällt. Es ist leicht verständlich, dass man mit dieser Ausführungsform einen ähnlichen Effekt erzielt, wie es beim ersten Ausführungsbeispiel der FIG. 1 der Fall ist. 45 FIG. 4 veranschaulicht das vierte Ausführungsbeispiel. Die Oberfläche des Kernes 3 ist zu einer kugelkonvexen Oberfläche geformt, und die Oberfläche des Ankers 5 ist als kugelkonkave Oberfläche derart ausgebildet, dass der Krümmungsradius der kugelkonkaven Oberfläche größer als der der kugelkonvexen Oberfläche ist. Im übrigen gilt dasselbe wie für FIG. 1, weshalb eine weitere Erläuterung entfällt. Es ist leicht verständlich, dass man mit dieser Ausfüh-50 rungsform einen ähnlichen Effekt erzielt, wie es beim ersten Ausführungsbeispiel der FIG. 1 der Fall ist. FIG. 5 veranschaulicht das fünfte Ausführungsbeispiel. Die Oberfläche des Kernes 3 ist flach, und die Oberfläche des Ankers 5 ist aus dünnen derart aufeinander geschichteten Platten zu-55 sammengesetzt, dass ein Bereich vorgesehen ist, in welchem die dünnen Platten so aufeinan- 8 AT 500 185 B1 der geschichtet sind, dass der Durchmesser der dünnen Platten um so geringer ist, je näher sie der flachen Oberfläche des Kernes sind. Im übrigen gilt dasselbe wie für FIG. 1, weshalb eine weitere Erläuterung entfällt. Da der Durchmesser der dem Kern 3 zunächst gelegenen dünnen Platte 5b, welche der Oberfläche des Kerns unmittelbar gegenüber liegt, gering ist, kann der 5 Spielraum für den anfänglichen Spalt vermindert werden, und man kann einen ähnlichen Effekt erzielen, wie im Falle des ersten Ausführungsbeispieles der FIG. 1. Überdies wird der Verlust durch Wirbelströme bei dieser Ausführungsform vermindert. FIG. 6 veranschaulicht das sechste Ausführungsbeispiel. Bei dieser Ausführungsform ist we-io nigstens ein Durchgangsloch im Anker 5 vorgesehen, um - zusätzlich zur Erhöhung der elektromagnetischen Anziehung durch Verringerung des Spielraumes beim anfänglichen Spalt - das Ziel zu erreichen, das Auftreten eines Aufpralles des Ventils beim Schließen zu verhindern. Wenn der Anker 5 gegen den Kern 3 hin angezogen wird, um den Ventilkörper 12 anzuheben und den Durchlass 31 für Brennstoff unter hohem Druck zu schließen, wird der Brennstoff in 15 dem Spalt zwischen den Oberflächen des Kernes 3 und des Ankers 5 rasch zusammengepresst, und der von der Feder 14 abgestützte Ventilkörper 12 beginnt auf Grund des Wucht der raschen Kompression zu oszillieren. Indem man nun den Brennstoff in dem Spalt durch das Durchgangsloch 5a entweichen lässt, wird die Wucht entlastet, und das Auftreten der Oszillation verhindert oder unterdrückt. Das bedeutet, daß das Auftreten des Ventilaufpralls beim 20 Schließen verhindert oder unterdrückt wird. Das Durchgangsloch 5a ist derart geformt, daß es sich nach oben hin zu einer Konusform verbreitert, so daß der Brennstoff in dem Spalt leicht durch das Durchgangsloch entweichen kann. Die besten Ergebnisse wurden mit einem Konuswinkel von etwa 60° erzielt. 25 In FIG. 10 ist der Ventilaufprall veranschaulicht. Hinsichtlich des Ventilaufpralls gibt es einen Aufprall, welcher beim Schließen des Ventiles entsteht, und einen Aufprall, der sich beim Öffnen des Ventiles ergibt. Der Aufprall des Ventiles beim Schließen führt zu einer Fluktuation der Einspritzrate am Beginn der Brennstoffeinspritzung, wogegen der Aufprall des Ventiles beim Öffnen eine Verschlechterung der Schärfe des Endes der Brennstoffeinspritzung herbeiführt. 30 Beides beeinträchtigt die Steuerung der Brennstoffeinspritzung und die Leistung des Motors. FIG. 7 veranschaulicht das siebente Ausführungsbeispiel. Bei dieser Ausführungsform ist der Anker 5, wie im Falle der FIG. 5, ist aus dünnen, aufeinander geschichteten Platten jedoch derart zusammengesetzt, daß der Durchmesser der am weitesten vom Kern 3 entfernten dün-35 nen Platte 5c etwa derselbe ist wie derjenige der dem Kern 3 zunächst gelegenen dünnen Platte 5b, und es ist wenigstens ein Durchgangsloch 5a vorgesehen, welches die dünnen Platten mit Ausnahme der entferntesten dünnen Platte 5c durchdringt, wobei die Durchgangslöcher 5a von der entferntesten dünnen Platte 5c nahe deren Peripherie geschlossen werden. 40 Wenn nun der Anker 5 gegen den Kern 3 hin angezogen wird, um den Ventilkörper 12 anzuheben und den Durchlaß 31 für Brennstoff unter hohem Druck zu schließen, wird der Brennstoff in dem Spalt zwischen den Oberflächen des Kernes 3 und des Ankers 5 rasch zusammengepreßt. Die vom Kern 3 am weitesten entfernte dünne Platte 5c wird durch den Druck des zusammengepreßten Brennstoffes gebogen, wie dies die FIG. 9 zeigt, und der Brennstoff entwicht durch 45 denjenigen Spalt hindurch, der sich durch die Biegung der dünnen Platte 5c bildet. Daher kann das Auftreten eines Aufpralles des Ventils beim Schließen, wie im Falle der Ausführungsform nach FIG. 6, verhindert oder unterdrückt werden. Wenn sich der Anker 5 zusammen mit dem mit dem Anker 5 verbundenen Ventilkörper 12 abwärts bewegt, um den Durchlaß 31 für Brennstoff unter hohem Druck zu öffnen, wird das Durchgangsloch 5a durch die am Boden angeord-50 nete dünne Platte 5c verschlossen.

Die FIG. 12A und die FIG. 12B zeigen jeweils noch ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Anker 5. Bei der Ausführungsform nach FIG. 12A wird der zentrale Bereich, nachdem die obere Fläche des Ankers 5 zu einer kugelkonvexen Oberfläche 52 geformt wurde, entfernt, um eine 55 ebene Fläche 51 zu bilden und einen anfänglichen Spalt G zwischen der Oberfläche des

Claims (3)

1. 9 AT 500 185 B1 Kernes 3 und der ebenen Fläche 51 zu schaffen. Beim Ausführungsbeispiel nach der FIG. 12B ist die obere Fläche des Ankers 5 derart geformt, daß sie aus zwei kugelkonvexen Oberflächen 53, 53 besteht, indem man jeweils um die Mitte 5 des Ankers 5 einen Bearbeitungskreis 54 zieht. Der Spalt G wird zwischen den Oberseiten der Kugelflächen 53, 53 und der Oberfläche des Kernes ausgebildet. Wie oben beschrieben wurde, kann die elektromagnetische Anziehungskraft nach der vorliegenden Erfindung in dem Maße gesteigert werden, in dem der Anfangsspalt zwischen dem io Kern und dem Anker verringert werden kann. Indem man ferner ein Durchgangsloch am Anker in der Weise schafft, daß der Brennstoff in dem Spalt zwischen den Oberflächen des Kernes und des Ankers aus dem Spalt über das Loch leicht entweichen kann, wenn der Anker gegen den Kern hin angezogen wird, und es anderseits dem Brennstoff unterhalb des Ankers schwierig oder unmöglich ist, durch das Durchgangsloch hindurch gegen die Seite des Spaltes zu 15 strömen, wenn der Anker von der Seite des Kernes zurückgezogen wird, kann das Auftreten eines Aufpralles beim Schließen des Ventiles zum Öffnen oder Schließen des Durchlasses für Brennstoff unter hohem Druck einer Brennstoffeinspritzeinrichtung unterdrückt oder verhindert werden, ohne einen Ventilaufprall beim Öffnen zu fördern. 20 Nach der vorliegenden Erfindung kann ein Mechanismus an einem elektromagnetischen Ventil geschaffen werden, welcher zur Steuerung des Einspritzzeitpunktes und der Brennstoffmenge an einer Brennstoffeinspritzeinrichtung verwendet werden kann, wobei die elektromagnetische Kraft des Kerns zum Anziehen des Ankers erhöht und der Ventilaufprall beim Schließen verhindert oder unterdrückt werden kann. 25 Patentansprüche: 1. Elektromagnetische Ventilanordnung mit einem zwischen einer Offenstellung und einer 30 Schließstellung beweglichen Ventil, das in einer Kraftstoffleitung liegt und Zeitpunkt und Menge einer Kraftstoffeinspritzung regelt, wobei ein Kern (3) mit einer darin eingebetteten Magnetspule (4) und ein dem Kern (3) gegenüberliegender, durch elektromagnetische Kräfte bewegter Anker (5) vorgesehen sind und wobei der Anker (5) den Kraftstoffkanal (39) schließt, wenn ein Ventilkörper (12a) des Ventils (10) gegen den Kern (3) gezogen 35 wird, wobei zwischen Anker (5) und Kern (3) stets ein Spalt (G) besteht und beim elektro magnetischen Ventil eine der beim Spalt (G) einander gegenüberliegenden Oberflächen des Kernes (3) bzw. des Ankers (5) flach ausgebildet ist, wogegen die andere Oberfläche so geformt ist, dass der Spalt (G) in seinem zentralen Bereich dünner ist als im Umfangsbereich der Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, 40 dass, die dem Anker (5) gegenüberliegende Oberfläche des Kerns (3) flach ausgebildet ist, wogegen die einen schmalen Spalt zwischen den Oberflächen des Kerns (3) und des Ankers (5) bildende, dem Kern (3) gegenüberliegende Oberfläche des Ankers (5) in ihrem zentralen Bereich eben ausgebildet ist, wobei der Oberflächenbereich außerhalb dieses ebenen Bereiches kugelkonvex oder ovalkonvex ausgebildet ist und tangential an den 45 ebenen Oberflächenbereich anschließt, oder dass die der Oberfläche des Kerns (3) gege nüberliegende Oberfläche des Ankers (5) kugelkonvex oder ovalkonvex, im zentralen Bereich jedoch durch Abtragung eben ausgebildet ist (Fig. 2), oder dass die dem Anker (5) gegenüberliegende Oberfläche des Kerns (3) kugelkonvex oder ovalkonvex ausgebildet ist, die dieser Oberfläche gegenüberliegende und mit ihr ei-50 nen schmalen Spalt bildende Oberfläche des Ankers (5) hingegen kugelkonkav oder oval konkav, wobei der Krümmungsradius der konkaven Oberfläche des Ankers (5) größer ist als der Krümmungsradius der konvexen Oberfläche des Kerns (3) (Fig. 4), oder dass die dem Anker (5) gegenüberliegende Oberfläche des Kernes (3) flach ausgebildet ist und der Anker (5) aus dünnen, in Bewegungsrichtung des Ankers (5) aufeinander-55 geschichteten Platten aufgebaut ist, wobei diese Schichtung einen Abschnitt hat, in 10 AT500 185 B1 welchem der Durchmesser der Platten umso geringer ist, je näher die betreffende Platte der ebenen Oberfläche des Kernes (3) liegt (Fig. 5).
2. 2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Anker (5) wenigstens 5 ein durchgehendes Loch (5a) vorgesehen ist, welches einen divergierenden Abschnitt auf weist, der sich gegen die dem Anker (5) gegenüberliegende Oberfläche des Kernes (3) zu verbreitert (Fig. 6).
3. 3. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (5) aus dün- io nen Platten zusammengesetzt ist, die in Bewegungsrichtung des Ankers (5) übereinander liegen, wobei der Durchmesser jener dünnen Platte (5c), welche von der Oberfläche des Kernes (3) am weitesten entfernt liegt, etwa gleich ist dem Durchmesser jener dünnen Platte, welche an der Oberfläche des Kernes (3) gegenüberliegt und wobei zumindest ein die aufeinanderliegenden dünnen Platten mit Ausnahme der vom Kern (3) am weitesten ent-15 fernt liegenden Platte durchsetzendes Loch vorgesehen ist, so dass dieses Loch an sei nem dem Kern (3) zugewandten Ende offen ist, an seinem dem Kern entfernten Ende jedoch durch die vom Kern (3) am weitesten entfernt liegende dünne Platte (5c) geschlossen ist (Fig. 7). 20 Hiezu 6 Blatt Zeichnungen 25 30 35 40 45 50 55