CZ378999A3

CZ378999A3 - Elektromagnetický ovládaný ventil

Info

Publication number: CZ378999A3
Application number: CZ19993789A
Authority: CZ
Inventors: Andreas Eichendorf; Thomas Sebastian; Ralf Trutschel
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 2000-06-14
Also published as: EP0975868B1; DE19808067A1; WO1999043948A3; JP2001525905A; ES2200400T3; WO1999043948A2; KR20010020263A; CZ292950B6; EP0975868A2; KR100624350B1; DE59808471D1; US6201461B1; JP4219417B2

Description

Oblast techniky

Vynález se týká elektromagneticky ovládaného ventilu s magnetovou cívkou, s jádrem s podélnou dírou, obklopeným alespoň částečně magnetovou cívkou, s kotvou, s uzavíracím tělesem ventilu ovládaným kotvou a spolupracujícím s pevným sedlem ventilu, s připojovacím dílem tvaru trubky, uspořádaným za jádrem, a s magnetickým tlumicím místem spojujícím navzájem jádro a připojovací/ díl.

Dosavadní stav techniky

Jsou známé vstřikovací ventily paliva, které jsou ovládané elektromagneticky, takže mají magnetický obvod, který obsahuje alespoň magnetovou cívku, jádro, kotvu a vnější pól. Takový vstřikovací ventil pálívaje známý ze spisu DE 195 03 821 Al.

U ventilu podle spisu DE 195 03 821 Al jsou jádro a připojovací díl trubky ventilu přímo navzájem spojeny prostřednictvím magnetického tlumicího místa. Přitom je výhodné, když je celá trubka ventilu vytvořena jako jeden díl, takže se rozkládá po celé délce ventilu. Výhodou tlumicího místa, jehož tloušťka je pouze například přibližně 0,2 mm, spočívá v bezpečnější těsnosti ventilu, takže je možno upustit od těsnicích O-kroužků, které přinášejí při měření těsnosti a při čištění ventilu problémy. Vysokotlaké ventily s maximálními tlaky, například v rozsahu od asi 10 do 12 MPa, nastávají

problémy s • ' ·· ·· · · • 9

9

999 9999

99

9 9 9

9 9 9 ··· · Φ· • 9

99 v relativně tenkostěnném tlumicím místě pevností.

ovšem

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje elektromagneticky ovládaný ventil, zejména vstřikovací ventil pro vstřikovací zařízení paliva spalovacích motorů, s magnetovou cívkou, s jádrem s podélnou dírou, obklopeným alespoň částečně magnetovou cívkou, s kotvou, s uzavíracím tělesem ventilu ovládaným kotvou a spolupracujícím s pevným sedlem ventilu, s připojovacím dílem tvaru trubky, uspořádaným za jádrem, a s magnetickým tlumicím místem spojujícím navzájem jádro a připojovací díl, podle vynálezu, jehož podstatou je, že je upravena vložka ve tvaru prstence, která tlumicí místo podpírá v radiálním směru.

Elektromagneticky ovládaný ventil podle vynálezu má tu výhodu, že je u něj využito výhod konstrukce trubky ventilu s tenkostěnným tlumicím místem, a to z výrobního hlediska, z hlediska magnetického obvodu a z hlediska problematiky utěsnění, přičemž jsou současně odstraněny problémy spojené s pevností, které nastávají u známých provedení.

Ve vedlejších patentových nárocích jsou obsažena výhodná další provedení a vylepšení elektromagneticky ovládaného ventilu, definovaného v hlavním patentovém nároku 1.

Zvlášť výhodné je, když se vložka ve tvaru prstence vyrobí buď z elektricky nevodivého materiálu, nebo je alespoň v jednom místě přerušena a upevněna elektricky izolovaně. Tímto opatřením se může zabránit tomu, aby ve vložce ve tvaru prstence, která se v případě • · · 9 ····♦ • 9 φ « φ · · ······ • * φ φ · 9 9 9 β ·· φφ ··· ···· ·· ·· potřeby nachází alespoň z části uvnitř oblasti vlivu magnetického pole magnetové cívky, v průběhu měnícího se magnetického pole nevznikaly vířivé proudy, které negativně ovlivňují spínací doby (dobu přitažení a dobu uzavření) ventilu.

Zvlášť výhodné provedení vložky ve tvaru prstence spočívá v jejím vytvoření ze dvou koncentrických kroužků, které jsou vůči sobě elektricky izolovány a jsou vždy opatřeny alespoň jednou štěrbinou, takže vložka může být vyrobena i z elektricky vodivého materiálu, jakým je například austenitický kov, s dobrou pevností nebo tvarovou stabilitou. Přitom jsou oba tyto kroužky s výhodou uspořádány tak, že jejich štěrbiny jsou uspořádány vůči sobě přesazené o 180°, aby se vylepšila, popřípadě zachovala mechanická stabilita konstrukce.

Dále je výhodné vyplnit mezeru mezi tlumicím místem a vložkou ve tvaru prstence lepidlem. Tím jsou umožněny větší přípustné tolerance odpovídajících průměrů jednotlivých součástí, jakož i současně jejich levnější výroba.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladech provedení podle přiložených výkresů, na nichž ve zjednodušeném vyobrazení obr. 1 znázorňuje v řezu příklad provedení vstřikovacího ventilu >

paliva s vložkou ve tvaru prstence podle vynálezu, obr. 2 ve zvětšeném měřítku detail II oblasti tlumicího místa z obr. 1, obr. 3 ve zvětšeném měřítku v řezu část vstřikovacího ventilu paliva podle vynálezu podle dalšího příkladu provedení a obr. 4 řez vstřikovacím ventilem paliva podél čáry IV-IV z obr. 3.

Příklady provedení vynálezu

Elektromagneticky ovládaný ventil, zejména ve formě vstřikovacího ventilu pro zařízení na vstřikování paliva u zážehových spalovacích motorů, v nichž se provádí stlačování zápalné směsi, znázorněný jako první příklad provedení na obr. 1, obsahuje jádro 2 ve tvaru trubky, to jest prakticky ve tvaru dutého válce, které je alespoň z části obklopeno magnetovou cívkou i., a které slouží jako takzvaný vnitřní pól magnetického obvodu. Vinutí magnetové cívky 1_ je uspořádáno na kostře 3_ cívky, která umožňuje ve spojení s jádrem 2. a s nemagnetickým vloženým dílem 4 ve tvaru prstence, který je z části obklopen magnetovou cívkou 1_, a který má v podélném řezu tvar písmene L, zvlášť kompaktní a krátkou konstrukci vstřikovacího ventilu v oblasti magnetové cívky 1_. Přitom vložený díl 4 zasahuje svým jedním ramenem v axiálním směru do osazení jádra 2 a svým druhým ramenem zasahuje radiálně do dolní čelní plochy kostry, 3. cívky.

V jádru 2 je vytvořena průchozí podélná díra 5_, která se rozkládá ve směru podélné osy 6 ventilu. Souose s podélnou osou 6 ventilu může být s výhodou uspořádáno přídavné tenkostěnné pouzdro ve tvaru trubky, které není na obr. 1 znázorněno, a které prochází podélnou dírou 5. jádra 2 a dosedá přímo na stěnu podélné díry 5.. Toto pouzdro má vůči jádru 2 těsnicí funkci, a to tak, že ve směru podélné osy 6, respektive ve směru proudění, tvoří zapouzdření jádra 2. a tím brání kontaktu paliva s jádrem 2.

Jádro 2. není jako u známých obvyklých vstřikovacích ventilů provedeno jako součást, která svým dolním koncem skutečně končí, nýbrž probíhá ještě dále ve směru proudění, takže připojovací díl 8 ve tvaru trubky, který je uspořádán ve směru proudění za kostrou 3. cívky, je jako takzvaný vnější pól vytvořen jednodílně s jádrem 2, přičemž celá součást je označena jako trubka 9 ventilu. Přechod trubky 9 ventilu z jádra 2. do připojovacího dílu 8. je tvořen magnetickým tlumicím místem 10. provedeným rovněž ve tvaru trubky, avšak s podstatně tenčí stěnou než jsou stěny jádra 2 a připojovacího dílu 8.. Toto magnetické tlumicí místo 10 vychází z dolního konce 7 souose s podélnou osou 6, tvořící rovněž podélnou osu jádra 2 a připojovacího dílu 8..

Místo jednodílného provedení trubky 9 ventilu může být rovněž tlumicí místo 10 provedeno jednodílně buď s dolním koncem 7. jádra 2 nebo s připojovacím dílem 8..

V připojovacím dílu 8. je provedena podélná díra 11. která je souosá s podélnou osou 6 ventilu. V této podélné díře 11 je uspořádána například jehla 12 ventilu ve tvaru trubky, která je na svém konci 13. výstupním z hlediska proudění, spojena, například svařením, s uzavíracím tělesem 14 ventilu ve tvaru koule, na jehož obvodu je vytvořeno několik plošek 15 pro umožnění proudění paliva kolem uzavíracího tělesa 14 ventilu.

Pro axiální pohyb jehly 12 ventilu, a tudíž pro otevírání vstřikovacího ventilu proti síle vratné pružiny 16. popřípadě pro zavírání vstřikovacího ventilu, slouží elektromagnetický obvod, provedený s magnetovou cívkou 1_, jádrem 2 a kotvou 17. Kotva 17 ie spojena s koncem jehly 12 ventilu, odvráceným od uzavíracího tělesa 14 ventilu, svarovým švem a uspořádána v zákrytu s jádrem 2. Do konce připojovacího dílu 1, odvráceného od jádra 2, je v podélné díře 11 upevněno, například svařením, těleso 18 ve tvaru válce, které obsahuje sedlo ventilu.

··· ···· • 9 9 ··

Pro vedení uzavíracího tělesa 14 ventilu při axiálním pohybu jehly 12 ventilu s kotvou 17 ve směru podélné osy 6 ventilu slouží vodicí otvor 19 v tělese 18. Uzavírací těleso 14 ventilu ve tvaru koule spolupracuje se sedlem ventilu uspořádaným v tělese 18, které se ve směru proudění zužuje ve tvaru komolého kužele. Na své čelní straně odvrácené od uzavíracího tělesa 14 ventilu je těleso 18 pevně spojeno s děrovaným kotoučem 20, vytvořeným například ve tvaru hrnce. Tento děrovaný kotouč 20 ve tvaru hrnce obsahuje alespoň jeden vstřikovací otvor 21 vytvořený například erodováním nebo proražením. Pro přesné vedení kotvy 17 spojené s jehlou 12 ventilu při axiálním pohybu se u známých provedení vstřikovacích ventilů používají nemagnetické vložené díly, které jsou upraveny místo tlumicího místa 10 a jsou určeny pro magnetické oddělení jádra 2 od připojovacího dílu 8.. Tyto nemagnetické vložené díly se vyrábějí nanejvýš přesně, například na přesných obráběcích strojích, zejména soustružením, aby se dosáhlo co nejmenší vůle při vedení. Protože u vstřikovacího ventilu, znázorněného na obr. 1, není takového vloženého dílu v důsledku jednodílné konstrukce trubky 9 ventilu zapotřebí, je vhodné uspořádat na vnějším obvodu kotvy 17 alespoň jednu vodicí plochu 22, viz obr. 2, která se vytvoří například soustružením. Tato alespoň jedna vodicí plocha 22 může být vytvořena například jako obvodový souvislý vodicí nákružek nebo jako několik vodicích ploch, vytvořených s odstupem od sebe na obvodu kotvy 17.

Hloubka zasunutí tělesa 18 s děrovaným kotoučem 20 ve tvaru hrnce určuje velikost zdvihu jehly 12 ventilu. Přitom je jedna koncová poloha jehly 12 ventilu při nevybuzené magnetové cívce i pevně stanovena dosednutím uzavíracího tělesa 14 ventilu do sedla ventilu vytvořeného v tělese 18, přičemž druhá koncová poloha jehly 12 fc fc fc · fl • fc · » fc • · « ventilu při vybuzené magnetové cívce J_ je dána dosednutím kotvy 17 na dolní konec 7. jádra 2.

Uspořádání připojovacího dílu 8. s tělesem 18 a pohyblivé části ventilu, sestávající z kotvy 17, jehly 12 ventilu a uzavíracího tělesa 14 ventilu, znázorněné na obr. 1, představuje jednu z možných variant provedení konstrukční skupiny ventilu uspořádané za magnetickým obvodem, uvažováno z hlediska proudění. Na následujících obrázcích bude od této oblasti ventilu upuštěno, přičemž je nutno zdůraznit, že různé konstrukční skupiny ventilu mohou být zkombinovány s konstrukcí vstřikovacího ventilu podle vynálezu v oblasti tlumicího místa 10. Kromě popsaného uzavíracího tělesa 14 ventilu ve tvaru koule a použití děrovaných kotoučů 20 připadají v úvahu rovněž směrem ven otevírající vstřikovací ventily.

Magnetová cívka J_ je obklopena vodivým elementem 23. vytvořeným například ve tvaru třmenu a sloužícím jako feromagnetický element, který magnetickou cívku J_ alespoň částečně obklopuje v obvodovém směru, a který svým jedním koncem dosedá na jádro 2. a svým druhým koncem na připojovací díl 8. a je s nimi spojen, například svařením, pájením nebo lepením.

Vstřikovací ventil je obklopen plastovým pláštěm 24. který se rozkládá počínaje od jádra 2 v axiálním směru přes magnetickou cívku i. a alespoň jeden vodivý element 23 až k připojovacímu dílu 8_, přičemž alespoň jeden vodivý element 23 je zakryt zcela axiálně a v obvodovém směru. K tomuto plastovému plášti 24 dále patří i elektrická přípojka 25, vytvořená například vstřikováním současně s plastovým pláštěm 24. v níž jsou upraveny kontaktní elementy 26 pro elektrické kontaktování magnetové cívky 1_.

* · *«» i

fc fc fc fc fc fc

Na obr. 2 je ve zvětšeném měřítku znázorněn detail II vstřikovacího ventilu, znázorněného na obr. 1, v oblasti magnetického tlumicího místa 10. Dolní konec 7. jádra 2. je opatřen čelní plochou 27, která slouží jako dorazová plocha pro čelní plochu 28 provedenou na kotvě 17. Při zavřeném ventilu, to znamená při dosednutí uzavíracího tělesa 14 ventilu do sedla ventilu provedeného v tělese 18. existuje mezi oběma čelními plochami 27 a 28 vzduchová mezera 29. Obvykle je možno vycházet z toho, že magnetický obvod je tím lepší, Čím menší rozptylový tok obchází vzduchovou mezeru 29..

Trubka 9. ventilu použitá v daném příkladu provedení je vytvořena jako jeden díl, jak už bylo výše uvedeno, a má přímé magnetické vodivé spojení mezi jádrem 2 a připojovacím dílem 8. prostřednictvím magnetického tlumicího místa 10. Aby byl rozptylový tok obcházející vzduchovou mezeru 29 přesto co nejmenší, je magnetické tlumicí místo 10 vytvořeno s velmi malou tloušťkou stěny. Magnetické tlumicí místo 10, jehož délka je v axiálním směru například 2 mm, má tloušťku stěny například pouze 0,2 mm. Tím se. dosáhne přibližně minimální mezní hodnoty, při níž je ještě zaručena dostatečná stabilita trubky 9 ventilu při nízkých maximálních tlacích u vstřikovacích ventilů benzínu pro vstřikování do sacího potrubí. Při vybuzení magnetové cívky J_ přechází tedy magnetický tok v magnetickém obvodu rovněž přímo přes velmi úzké magnetické tlumicí místo 10. Přitom se ve velmi krátké době, to znamená jen ve zlomku vlastní spínací doby ventilu, dosáhne nasycené hustoty toku. Magnetické tlumicí místo 10, v němž je dosaženo nasycení, a které má permeabilitu kolem 1, proto působí také skutečně jako tlumicí místo.

Alespoň jednou vodicí plochou 22 vytvořenou na kotvě 17, která je upravena na vlastním vnějším průměru kotvy 17 jako radiální nákružek, vznikne mimo vodicí plochu 22 mezi magnetickým tlumicím

• ·

99 9 99 9

9 místem 10, popřípadě připojovacím dílem 8., a kotvou 17 radiální vzduchová mezera 30. Tato radiální vzduchová mezera 30. by měla být provedena co nejužší, protože magnetický tok prochází vzduchem radiálně do kotvy 17. Celkový magnetický tok ve vstřikovacím ventilu u tohoto uspořádání se zvětší ve srovnání se vstřikovacími ventily s nemagnetickým vloženým dílem o hodnotu magnetického toku magnetickým tlumicím místem 10. Ostatní vodivé průřezy jádra 2. a vodivého elementu 23 jsou odpovídajícím způsobem přizpůsobeny, respektive minimálně zvětšeny.

Výše popsanou jednodílnou konstrukcí trubky 9. ventilu je možno dosáhnout levnější výroby a bezpečnější těsnosti vstřikovacího ventilu, přičemž kvalita magnetického obvodu ve srovnání s konstrukcemi s nemagnetickým vloženým dílem není snížena. Aby nyní bylo možno využít těchto výhod i pro vysokotlaké ventily s maximálními tlaky v rozsahu od asi 10 do 12 MPa, musí se nosnost magnetického tlumicího místa odpovídajícím způsobem zvýšit. Přitom vytvoření magnetického tlumicího místa 10 s větší tloušťkou stěny nepřichází v úvahu, protože by to negativně působilo na magnetický obvod.

Řešení tohoto problému je popsáno podle obr. 2, na němž je ve zvětšeném měřítku znázorněn detail II oblasti magnetického tlumicího místa 10 z obr. 1. Konstrukce ventilu podle vynálezu obsahuje jako další součást vložku 3 1 ve tvaru prstence, která je uspořádána radiálně vně na magnetickém tlumicím místu 10 a rozkládá se v axiálním směru podél celého magnetického tlumicího místa 10 a z části podél dolního konce 7 jádra 2.,

Vložka 3 1 ie vložena do odpovídajícího vybrání ve vloženém dílu 4 a je prostřednictvím spojovací vrstvy 32 pevně spojena s magnetickým tlumicím místem 10 a s dolním koncem 7 jádra 2. Jako φ

φ ·

β » φφφ φφφ φ φ ·· · ·φ·φ spojovací vrstvy 32 se použije s výhodou vrstvy lepidla, protože tato vrstva lepidla jednak tvoří elektrickou izolaci a jednak může rovněž vyrovnat nerovnosti v mezeře mezi vložkou 31 a magnetickým tlumicím místem 10, popřípadě dolním koncem 7 jádra 2.

Podle první alternativy provedení podle vynálezu se vložka 3 1 nevytvoří z kovového prstence, který by měl sice dobrou stabilitu a pevnost, avšak by způsoboval vytváření vířivých proudů při měnícím se magnetickém poli, což by negativně působilo na spínací doby (dobu přítahu a zavírací dobu) ventilu, protože kovový prstenec by se nutně nacházel alespoň z části uvnitř oblasti vlivu magnetického pole magnetové cívky J_. U provedení vložky 31 ve formě uzavřeného kovového prstence by proto při zapnutí docházelo ke zpožděnému vytváření magnetické síly a při vypnutí ke zpožděnému zrušení magnetické síly. Z tohoto důvodu by měla být vložka 3 1 provedena z elektricky nevodivého materiálu nebo jako vložka 31 přerušená alespoň v jednom místě a upevněná elektricky izolovaně. Vhodným materiálem pro jednodílnou vložku 31 je například plast, který může být popřípadě vyztužen uhlíkovými vlákny nebo podobně, nebo keramický materiál.

Výhodné provedení vložky 3 1 ve tvaru prstence je znázorněno na obr. 3 a 4. Vložka 31 sestává u tohoto provedení ze dvou souosých kovových kroužků 33 a 34, které jsou vůči sobě elektricky izolovány vrstvou 35 lepidla a jsou vždy opatřeny jednou štěrbinou 36, 37. Tímto způsobem nevznikne ve vložce 31 uzavřený elektricky vodivý obvod, takže při měnícím se magnetickém poli nemohou ve vložce 3 1 vznikat žádné vířivé proudy. Aby se dosáhlo co největší stability vložky 31, jsou oba kovové kroužky 33, 34 uspořádány tak, že jejich štěrbiny 36., 37 jsou vůči sobě přesazeny o 180°, jak vyplývá z obr. 4. S výhodou jsou oba kovové kroužky 33, 34 provedeny z austenitického kovu.

• 4 4 4

4 4 9

9 449

9

4 4 9 • · *

Při výrobě se nejprve oba kovové kroužky 33 a 34 ještě před montáží navzájem slepí. Potom se úplná vložka 3 1 slepí s magnetickým tlumicím místem 10. Lepení se s výhodou provede ve dvou krocích, takže oba kovové kroužky 33 a 34 vytvoří i axiální podpěru.

Připojení vložky 3 1 ve tvaru prstence k magnetickému tlumicímu místu 10 pomocí spojovací vrstvy 32 kromě toho umožňuje přípustné větší tolerance a nerovnosti na odpovídajících průměrech magnetického tlumicího místa 10 a vložky 31. Tím je současně rovněž umožněna levnější výroba vstřikovacího ventilu.

Konstrukce podle vynálezu má dvě podstatné výhody. Za prvé se použitím jednodílné nebo alespoň uzavřené trubky 9. ventilu vytvoří vstřikovací ventil s větší těsností a za druhé se v důsledku použití vložky 31 ve tvaru prstence, která způsobuje zvýšenou stabilitu uspořádání, může tato konstrukce použít i pro vysokotlaké ventily, provádějící vstřikování zejména přímo do spalovacího prostoru spalovacího motoru.

Jak ukázaly simulační výpočty, není konkrétní volba materiálu pro kovové kroužky 33. 34 a pro lepidlo, tvořící spojovací vrstvu 3 2. respektive ve formě vrstvy 3 5 lepidla, nijak problematická, což znamená, že je možno použít celou řadu materiálů.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Elektromagneticky ovládaný ventil, zejména vstřikovací ventil pro vstřikovací zařízení paliva spalovacích motorů, s magnetovou cívkou (1), s jádrem (2) s podélnou dírou (5), obklopeným alespoň částečně magnetovou cívkou (1), s kotvou (17), s uzavíracím tělesem (14) ventilu ovládaným kotvou (17) a spolupracujícím s pevným sedlem (18) ventilu, s připojovacím dílem (8) tvaru trubky, uspořádaným za jádrem s magnetickým tlumicím místem (10) spojujícím navzájem jádro (2) a připojovací díl (8), vyznačující se tím, že je upravena vložka (31) ve tvaru prstence, která tlumicí místo (10) podpírá v radiálním směru.
2. Ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že vložka (31) ve tvaru prstence sestává z elektricky nevodivého materiálu, zejména plastu.
3. Ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že vložka (31) ve tvaru prstence je alespoň v jednom místě přerušena a je upevněna elektricky izolovaně.
4. Ventil podle nároku 3, vyznačující se tím, že vložka (3 1) je provedena ze dvou souosých kroužků (33, 34), které jsou vůči sobě elektricky izolovány a jsou vždy opatřeny alespoň jednou štěrbinou (36, 37).

• · ·

9 9 © »»·
5. Ventil podle nároku 4, vyznačující se tím, že štěrbiny (36, 37) kroužků (33, 34) jsou uspořádány přesazené vůči sobě o asi 180°.
6. Ventil podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že kroužky (33, 34) jsou vůči sobě elektricky izolovány vrstvou (35) lepidla.
7. Ventil podle jednoho z nároků 4 až 6, vyznačující se tím, že kroužky (33, 34) jsou z austenitického kovu.
8. Ventil podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že mezi tlumicím místem (10) a vložkou (31) je vytvořena mezera, která je vyplněna vrstvou (32) lepidla.