DE102004019850A1 - Elektromagnetisches Steuerventil - Google Patents

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Stephen R. Minonk Lewis
Dana R. Fairbury Coldren
Harish K. Normal Krishnaswamy
Sudhindra K. Peoria Ayanji
Jeremy T. Pontiac Claus
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Abstract

Ein elektromagnetisches Steuerventil ist vorgesehen. Das Steuerventil (10) weist ein Gehäuse (18) auf, welches eine Bohrung (44) und einen Strömungsmitteldurchlassweg (25) mit einem Sitz (22) definiert. Das Ventilelement (26) ist verschiebbar in der Bohrung (44) angeordnet und ist bewegbar zwischen einer ersten Position, in der ein Strömungsmittelfluss an dem Sitz (22) vorbeiläuft, und einer zweiten Position, wo ein Strömungsmittelfluss relativ zum Sitz (22) blockiert wird. Ein Elektromagnet (12) mit einem Anker (14) ist betriebsmäßig mit dem Ventilelement (26) verbunden. Der Elektromagnet (12) ist betreibbar, um das Ventilelement (26) aus der ersten Position in die zweite Position zu bewegen. Eine Vorspannungsanordnung (32) ist betriebsmäßig mit dem Ventilelement (26) in Eingriff und ist geeignet, das Ventilelement (26) aus der zweiten Position zur ersten Position zu bewegen. Die Vorspannungsanordnung (32) übt eine erste Kraft auf das Ventilelement (26) während einer ersten vorbestimmten Laufdistanz von der zweiten Position aus und übt eine zweite Kraft auf das Ventilelement (26) während einer zweiten vorbestimmten Laufdistanz aus. Die erste Kraft ist größer als die zweite Kraft.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung ist auf ein elektromagnetisches Steuerventil gerichtet, und insbesondere auf ein elektromagnetisches Steuerventil für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung.
  • Hintergrund
  • Elektromagnetische Ventile werden oft bei Anwendungen verwendet, die eine präzise Steuerung eines Strömungsmittelflusses erfordern. Ein elektromagnetisches Steuerventil weist typischerweise einen Elektromagneten auf, der mit einem Ventilelement verbunden ist, wie beispielsweise mit einem Sitzventil. Der Elektromagnet kann erregt werden, um das Ventilelement in Eingriff und außer Eingriff mit einem Ventilsitz zu bewegen, um dadurch den Fluss des Strömungsmittels durch das Ventil zu regeln. Die elektromagnetischen Eigenschaften des Elektromagneten können eine präzise Steuerung der Position des Ventilelementes relativ zu dem Ventilsitz gestatten, und somit des Strömungsmittelflusses durch das Ventil. Entsprechend sind diese Arten von Steuerventilen gut zum Gebrauch von Anwendungen geeignet, die eine präzise Steuerung der Menge und/oder der Zeitsteuerung eines Strömungsmittelflusses erfordern.
  • Beispielsweise kann eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor ein elektromagnetisches Steuerventil aufweisen, welches ein Brennstoffeinspritzungsereignis regelt. Bei einer Bauart eines Brennstoffeinspritzungssystems wird dass Steuerventil in Strömungsmittelverbindung mit einer Kammer in einem Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper angeordnet. Eine Nocke wird verwendet, um einen Kolben in dem Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper zu bewegen, um eine Kraft auf den Brennstoff auszuüben, der in der Kammer enthalten ist. Wenn das Steuerventil offen ist, wirkt die Kraft des Kolbens dahingehend, dass sie Brennstoff aus der Kammer durch das Steuerventil bewegt. Das Schließen des Steuerventils verhindert, dass Brennstoff aus der Kammer entweicht und gestattet, dass die Kraft des Kolbens den Druck des Brennstoffes steigert. Wenn der Brennstoff einen Einspritzungsdruck erreicht, öffnet sich ein Düsenventil, um den Brennstoff in eine Brennkammer einzuspritzen. Die Brennstoffeinspritzung endet, wenn sich das Steuerventil öffnet, um dadurch zu gestatten, dass der Brennstoff aus der Kammer entweicht.
  • Um präzise das Brennstoffeinspritzereignis zu steuern sollte das Steuerventil sich schnell zwischen den offenen und geschlossenen Positionen bewegen. Aufgrund des hohen Druckes des Brennstoffes kann das Ventilelement des Steuerventils einen beträchtlichen Widerstand erfahren, wenn es sich außer Eingriff mit dem Ventilsitz bewegt. Um schnell den Widerstand gegen die Öffnung zu überwinden kann das Steuerventil eine Vorrichtung aufweisen, um beim Öffnen des Ventils zu helfen.
  • Ein Beispiel einer Vorrichtung, um beim Öffnen des Ventils zu helfen wird beschrieben im US-Patent 6 029 682 von Lewis u.a.. Die beschriebene Vorrichtung weist eine schwere Rückstellfeder auf, die zusammengedrückt wird, wenn ein Elektromagnet das Ventilelement in Eingriff mit dem Ventilsitz bewegt. Wenn der Elektromagnet entregt bzw. ausgeschaltet wird, wirkt die schwere Rückstellfeder dahingehend, dass sie ein Kupplungsglied in Kontakt mit dem Ventilelement bewegt, um bei der Öffnung des Steuerventils zu helfen. Nachdem jedoch das Verbindungsglied auf dem Ventilelement auftrifft, wirkt nur eine Zeitsteuerfeder mit einer leichteren Kraft auf das Ventilelement, um weiter das Ventilelement zum Öffnen des Steuerventils zu bewegen.
  • Typischerweise ist die Kraft der Zeitsteuerfeder beträchtlich geringer als die Kraft der Rückstellfeder, was gestattet, dass das Ventil schnell geschlossen wird. Wenn sich jedoch das Ventil öffnet, können die Kräfte, die von dem unter Druck gesetzten Brennstoff ausgeübt werden, die Kraft der Zeitsteuerfeder überwinden. Dies kann temporär die volle Öffnung des Ventils verzö gern. Irgendeine Verzögerung des Öffnens des Steuerventils kann eine unerwünschte Druckfluktuationen oder eine "Druckterrasse" in dem Brennstoff einspritzdruck bewirken. Irgendeine Verzögerung des Öffnens des Steuerventils kann daher ein unvorhersagbares Brennstoffeinspritzereignis zur Folge haben, welches den Betrieb des Motors beeinflussen kann.
  • Das elektromagnetische Steuerventil der vorliegenden Erfindung löst eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein elektromagnetisches Steuerventil gerichtet. Das Steuerventil weist ein Gehäuse auf, welches eine Bohrung und einen Strömungsmitteldurchlassweg mit einem Sitz definiert. Ein Ventilelement ist verschiebbar in der Bohrung angeordnet und ist bewegbar zwischen einer ersten Position, wo ein Strömungsmittelfluss an dem Sitz vorbeiläuft, und einer zweiten Position, wo einen Strömungsmittelfluss relativ zum Sitz abgeblockt ist. Ein Elektromagnet mit einem Anker ist betriebsmässig mit dem Ventilelement verbunden. Der Elektromagnet ist betreibbar, um das Ventilelement aus der ersten Position in die zweite Position zu bewegen. Eine Vorspannungsanordnung ist betriebsmässig mit dem Ventilelement in Eingriff und ist geeignet, dass Ventilelement aus der zweiten Position in die erste Position zu bewegen. Die Vorspannungsanordnung übt eine erste Kraft auf das Ventilelement während einer ersten vorbestimmten Laufdistanz aus der zweiten Position aus, und eine zweite Kraft auf dem Ventilelement während einer zweiten vorbestimmten Laufdistanz. Die erste Kraft ist größer als die zweite Kraft.
  • Gemäß eines weiteren Aspektes ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Steuerung eines elektromagnetischen Steuerventils gerichtet. Ein Elektromagnet wird erregt, um ein Ventilelement von einer ersten Position zu einer zweiten Position zu bewegen, um einen Strömungsmittelfluss relativ zum Ventilelement zu blockieren. Eine Vorspannungsanordnung wird komp rimiert, wenn das Ventilelement sich zu der zweiten Position hin bewegt. Der Elektromagnet wird erregt, um dadurch zu gestatten, dass die Vorspannungsanordnung das Ventilelement aus der zweiten Position in die erste Position vorspannt, um einen Strömungsmittelfluss relativ zu dem Ventilelement zu gestatten. Die Vorspannungsanordnung übt eine erste Kraft auf das Ventilelement aus, wenn das Ventilelement sich über eine erste vorbestimmte Laufdistanz bewegt, und die Vorspannungsanordnung übt eine zweite Kraft auf das Ventilelement aus, wenn das Ventilelement sich um eine zweite vorbestimmte Laufdistanz bewegt. Die erste Kraft ist größer als die zweite Kraft.
  • Es sei bemerkt, dass sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft und erklärend sind und nicht den Umfang der Erfindung einschränken sollen, wie sie beansprucht wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht eines Steuerventils gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, welche das Steuerventil in einer ersten Position veranschaulicht;
  • 2 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht eines Steuerventils gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, welche das Steuerventil in einer zweiten Position veranschaulicht;
  • 3 ist eine teilweise diagrammartige Querschnittsansicht einer Vorspannungsanordnung gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
  • 4 ist eine bildliche Darstellung einer Brennstoffeinspritzvorrichtung, die ein Steuerventil gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung aufweist.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Steuerventils 10 ist in 1 gezeigt. Wie gezeigt kann das Steuerventil 10 ein Gehäuse 18 aufweisen, welches eine Bohrung 20 definiert. Das Gehäuse 18 kann auch einen Strömungsmitteleinlassdurchlassweg 24 definieren, der von einer Außenfläche des Gehäuses 18 zur Bohrung 20 führt. Das Gehäuse 18 kann weiter einen Strömungsmittelauslassdurchlassweg 25 definieren, der von der Bohrung 20 zu einer Außenseite des Gehäuses 18 führt. Das Gehäuse 18 kann auch einen Sitz 22 zwischen dem Strömungsmitteleinlassdurchlassweg 24 und dem Strömungsmittelauslassdurchlassweg 25 aufweisen.
  • Ein Ventilelement 26 kann verschiebbar in der Bohrung 20 des Gehäuses 18 angeordnet sein. Das Ventilelement 26 kann einen Durchlassweg 28 und eine Oberfläche 58 aufweisen. Die Oberfläche 58 kann geeignet sein, um mit dem Sitz 22 des Gehäuses 18 in Eingriff zu kommen. Der Durchlassweg 28 wird angepasst, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem Strömungsmitteleinlassdurchlassweg 24 und dem Strömungsmittelauslassdurchlassweg 25 vorzusehen, wenn die Oberfläche 58 vom Sitz 22 weggenommen wird.
  • Das Ventilelement 26 kann zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegt werden. In der ersten Position wird, wie in 1 veranschaulicht, die Oberfläche 58 vom Sitz 22 entfernt, und Strömungsmittel kann aus dem Einlassdurchlassweg 24 durch den Durchlassweg 28 in dem Ventilelement 26 zum Strömungsmittelauslassdurchlassweg 25 fließen. In der zweiten Position, wie in 2 veranschaulicht, steht die Oberfläche 58 mit dem Sitz 22 in Eingriff, um den Durchlassweg 28 zu schließen und dadurch zu verhindern, das Strömungsmittel aus dem Strömungsmitteleinlassdurchlassweg 24 zum Strömungsmittelauslassdurchlassweg 25 fließt.
  • Das Steuerventil 10 kann einen Elektromagneten 12 aufweisen, der von dem Gehäuse 18 durch einen Körper 56 getrennt ist. Der Elektromagnet 12 weist einen Anker 14 auf, der betriebsmässig mit dem Ventilelement 26 verbunden ist. Beispielsweise kann einen Abstandsglied 16 betriebsmässig zwischen dem Anker 14 und dem Ventilelement 26 eingeschlossen sein. Das Abstandsglied 16 kann eine Oberfläche 17 aufweisen, die mit einer Oberfläche 27 des Ventilelementes 26 in Eingriff steht. Der Fachmann wird erkennen, dass der Anker 14 des Elektromagneten 12 mit dem Ventilelement 26 auf viele unterschiedliche Arten verbunden sein kann.
  • In dem veranschaulichten beispielhaften Ausführungsbeispiel weist das Abstandsglied 16 eine Reihe von Öffnungen 43 und 45 auf. Ein oder mehrere Befestigungsglieder 46 können durch den Anker 14 angeordnet sein, um mit den Öffnungen 43 in dem Abstandsglied 16 in Eingriff zu kommen und den Anker 14 mit dem Abstandsglied 16 zu verbinden. Ein anderes Befestigungsglied 30 kann durch eine Bohrung 29 in dem Ventilelement 26 angeordnet sein, um mit der Öffnung 45 in dem Abstandsglied 16 in Eingriff zu kommen, um das Ventilelement 26 mit dem Abstandsglied 16 zu verbinden. Der Fachmann wird erkennen, dass das Abstandsglied 16 zwischen dem Anker 14 und dem Ventilelement 26 auf viele unterschiedliche Arten eingeschlossen sein kann.
  • Der Elektromagnet 12 kann betätigt werden, um den Anker 14 und das damit verbundene Abstandsglied 16 und das Ventilelement 26 aus der ersten Position in die zweite Position zu bewegen. Der Elektromagnet 12 kann in irgendeiner Weise gesteuert werden, die dem Fachmann leicht offensichtlich wird, wie beispielsweise durch elektrische Signale, die durch eine Steuervorrichtung erzeugt werden. Beispielsweise kann ein Computer oder Mikroprozessor einen elektrischen Strom bewirken, der an dem Elektromagneten 12 anzulegen ist. Das Anlegen des elektrischen Stroms erregt den Elektromagneten 12 und erzeugt ein Magnetfeld, welches bewirkt, dass der Anker 14 sich in der Richtung bewegt, die vom Pfeil 48 angezeigt wird.
  • Eine Vorspannungsanordnung 32 kann zwischen dem Elektromagneten 12 und dem Ventilelement 26 angeordnet sein. Die Vorspannungsanordnung 32 kann geeignet sein, um eine variable Kraft auf das Ventilelement 26 auszuüben, wenn das Ventilelement 26 sich aus der zweiten Position zur ersten Position bewegt. Die Vorspannungsanordnung 32 kann irgendwelche Mittel aufweisen, um das Ventilelement 26 vorzuspannen, wie beispielsweise eine Feder mit variabler Rate bzw. variabler Federkonstante, eine Kombination von Federn oder irgendeine andere ähnliche Vorrichtung, die geeignet ist, um eine variable Kraft auf das Ventilelement 26 auszuüben.
  • Wie in 3 veranschaulicht, kann die Vorspannungsanordnung 32 eine erste Feder 34 und eine zweite Feder 36 aufweisen. Die erste Feder 34 ist innerhalb einer Bohrung 44 in dem Abstandsglied 16 angeordnet und ist geeignet, eine erste Kraft auszuüben. Die zweite Feder 36 ist in einer Bohrung 60 in dem Abstandsglied 16 angeordnet und ist geeignet, eine zweite Kraft auszuüben. Die erste Kraft kann im wesentlichen gleich der oder größer als die zweite Kraft sein. Sowohl die erste Feder 34 als auch die zweite Feder 36 können geeignet sein, das Ventilelement 26 weg vom Elektromagneten 12 in der Richtung vorzuspannen, die vom Pfeil 50 angezeigt wird.
  • Die Vorspannungsanordnung 32 kann auch ein Isolationsglied 38 aufweisen, welches ein Plattenglied 40 und ein Stiftglied 42 aufweist. Das Plattenglied 40 ist zwischen der ersten Federn 34 und der zweiten Feder 36 angeordnet. Das Stiftglied 42 erstreckt sich durch die zweite Feder 36 zu einer Oberfläche 13 des Elektromagneten 12. Die Oberfläche 13 kann sich über eine Distanz d1 (siehe 1) von dem Elektromagneten 12 erstrecken. Die Oberfläche 13 kann ein Teil des Elektromagneten 12 oder ein Teil eines Abstandsgliedes sein, welches mit dem Elektromagneten 12 verbunden ist. Die zweite Feder 36 kann das Stiftglied 42 vorspannen, um das Stiftglied 42 von der Oberfläche 13 um eine Distanz d2 zu entfernen (siehe 1).
  • Ein Kontaktglied 54 kann zwischen dem Anker 14 und dem Abstandsglied 16 angeordnet sein. Das Kontaktglied 54 kann eine Schulter bzw. einen Absatz 52 aufweisen. Die Schulter 52 ist geeignet, um mit dem Plattenglied 40 des Isolationsgliedes 38 in Eingriff zu kommen.
  • Wie in 4 gezeigt, kann das Steuerventil 10 als ein Teil einer Brennstoffeinspritzvorrichtung 100 vorgesehen sein. Das Steuerventil 10 kann geeignet sein, die Rate eines Brennstoffflusses von einer (nicht gezeigten) Kammer in einen Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper 104 zu steuern. Wenn das Ventilelement 26 (siehe 1 und 2) in der ersten Position ist (wie in 1 gezeigt), kann Brennstoff aus der Kammer in den Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper fließen. Wenn das Ventilelement 26 (siehe 1 und 2) in der zweiten Position ist (wie in 2 gezeigt), wird verhindert, dass Brennstoff aus der Kammer in den Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper 104 fließt.
  • Die Brennstoffeinspritzvorrichtung 100 kann auch einen Kolben 106 und eine Rückstellfeder 108 aufweisen. Eine (nicht gezeigte) Nocke ist geeignet, den Kolben 106 zu bewegen, um dadurch eine Kraft auf den Brennstoff in der Kammer des Brennstoffeinspritzvorrichtungskörpers 104 auszuüben. Wenn das Ventilelementes 26 in der ersten Position ist, bewirkt die Kraft auf dem Brennstoff, dass der Brennstoff aus der Kammer durch das Steuerventil 10 fließt. Wenn das Ventilelement 26 in die zweite Position bewegt wird, wird verhindert, dass der Brennstoff aus der Kammer fließt, und die Kraft des Kolbens wirkt dahingehend, dass sie den Druck des Brennstoffes in der Kammer steigert. Wenn der Brennstoff in der Kammer einen Einspritzungsdruck erreicht, wird der Brennstoff durch eine Düse 102 in eine (nicht gezeigte) Brennkammer eingespritzt.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Das Steuerventil 10 kann betätigt werden, um beispielsweise ein Brennstoffeinspritzungsereignis für die Brennstoffeinspritzvorrichtung 100 zu regeln. Ein Brennstofffluss kann zu dem Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper 104 geliefert werden, wie beispielsweise von einer Brennstoffversorgungs-Rail (gemeinsame Druckleitung). Der Fluss des Brennstoffes kann in den Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper 104 und durch einen Durchlassweg in dem Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper 104 geleitet werden, der zu dem Strömungsmitteleinlassdurchlassweg 24 des Steuerventils 10 führt.
  • Das Ventilelement 26 des Steuerventils 10 ist normalerweise durch die zweite Feder 36 in eine erste Position vorgespannt, wie in 1 gezeigt. In dieser Position wird die Oberfläche 58 des Ventilelementes 26 vom Sitz 22 des Gehäuses entfernt. Somit kann Brennstoff aus dem Strömungsmitteleinlassdurchlassweg 24 durch den Strömungsmitteldurchlassweg 28 des Ventilelementes 26 zum Strömungsmittelauslassdurchlassweg 25 fließen.
  • Eine (nicht gezeigte) Nocke, die geeignet ist, um mit dem Kolben 106 (siehe 4) in Eingriff zu kommen, dreht sich, um dadurch den Kolben 106 zu bewegen. Die Bewegung des Kolbens 106 hat zur Folge, dass eine Kraft auf den Brennstoff in den Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper 104 ausgeübt wird. Wenn das Ventilelement 26 in der ersten Position ist, um zu gestatten, dass Strömungsmittel aus dem Strömungsmittelauslassdurchlassweg 25 heraus fließt, bewirkt die Kraft auf dem Brennstoff in dem Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper 104, dass der Brennstoff durch das Steuerventil 10 läuft.
  • Ein Brennstoffeinspritzereignis kann durch Erregung des Elektromagneten 12 eingeleitet werden. Der erregte Elektromagnet 12 erzeugt ein Magnetfeld, welches dahingehend wirkt, dass es den Anker 14 und das angeschlossene Abstandsglied 16 und das Ventilelement 26 in Richtung des Pfeils 48 bewegt. Die anfängliche Bewegung des Abstandsgliedes 16 und des Ventilelementes 26 wirkt dahingehend, dass sie die zweite Feder 36 zusammen drückt und die Oberfläche 58 des Ventilelementes 26 zum Sitz 22 hin bewegt.
  • Die Bewegung des Abstandsgliedes 16 und die entsprechende Kompression der zweiten Feder 36 bewirkt auch, dass das Isolationsglied 38 sich zum Elektromagneten 12 hin bewegt. Der Eingriff des Stiftgliedes 42 des Isolationsgliedes 38 mit der Oberfläche 13 des Elektromagneten 12 wird eine wei tere Kompression der zweiten Feder 36 verhindern. Eine fortgesetzte Bewegung des Abstandsgliedes 16 relativ zum Isolationsglied 38 wird bewirken, dass die erste Federn 34 zusammen gedrückt wird, und bewirkt, dass das Plattenglied 40 sich von der jeweiligen Oberfläche des Abstandsgliedes 16 abhebt. Das Abstandsglied 16 wird sich weiter in Richtung des Pfeils 48 bewegen, bis die Oberfläche 58 des Ventilelementes 26 die zweite Position erreicht (wie in 2 gezeigt) und mit dem Sitz 22 in Eingriff kommt, um dadurch den Fluss des Brennstoffes durch das Steuerventil 10 zu blockieren.
  • Wenn der Fluss des Brennstoffes durch das Steuerventil 10 blockiert wird, wirkt die Kraft, die vom Kolben 106 ausgeübt wird, dahingehend, dass sie den Druck des Brennstoffes in der Kammer des Einspritzvorrichtungskörpers 104 steigert (siehe 4). Wenn der Druck des Brennstoffes einen vorbestimmten Einspritzungsdruck erreicht, wird der Brennstoff durch die Düse 102 ausgelassen. In dieser Weise kann Brennstoff beispielsweise in eine Brennkammer eingespritzt werden.
  • Um das Brennstoffeinspritzereignis zu beenden wird der Elektromagnet 12 entregt. Wenn der elektrische Strom zum Elektromagneten 12 weggenommen wird, wird das Magnetfeld abnehmen. Die Vorspannungsanordnung 32 wird dahingehend wirken, dass sie das Ventilelement 26 in die erste Position zurückgestellt.
  • Wenn das von dem Elektromagnet 12 erzeugte Magnetfeld abnimmt, wird die Vorspannungsanordnung 32 eine erste Kraft auf das Abstandsglied 16 und das Ventilelement 26 über eine erste Laufdistanz ausüben. Die erste Kraft wird durch die erste Feder 34 oder durch die Kombination der ersten und zweiten Federn 34 und 36 erzeugt. Die erste Kraft wird auf dem Abstandsglied 16 und dem Ventilelement 26 ausgeübt, bis die erste Feder 34 sich ausdehnt und das Plattenglied 40 des Isolationsgliedes 38 mit dem Abstandsglied 16 in Eingriff kommt. Die Federraten der ersten und zweiten Federn 34 und 36 können so ausgewählt werden, dass sie sicherstellen, dass die erste Kraft groß genug sein wird, dass sie das Ventilelement 26 vom Sitz 22 in allen Betriebszuständen bewegt. Zusätzlich kann die Vorspannungsanordnung 32 so bemessen sein, dass sie sicherstellt, dass die erste Kraft auf das Abstandsglied 16 und das Ventilelement 26 ausgeübt wird, bis die Oberfläche 58 des Ventilelementes 26 sich über eine gewisse Distanz vom Sitz 22 bewegt.
  • Die Bewegung der Oberfläche 58 des Ventilelementes 26 weg vom Sitz 22 öffnet den Durchlassweg 28 im Ventilelement 26. Dies gestattet, dass Brennstoff vom Strömungsmitteleinlassdurchlassweg 24 zum Strömungsmittelauslassdurchlassweg 25 fließt. Dieser Fluss von Brennstoff wird den Druck des Brennstoffes in der Kammer des Brennstoffeinspritzvorrichtungskörpers 104 unter den Einspritzdruck verringern, und die Brennstoffeinspritzung durch die Düse 102 wird enden. Somit wird die Entregung des Elektromagneten 12 das Brennstoffeinspritzereignis beenden.
  • Nachdem die erste Feder 34 vollständig ausgedehnt ist, wird die Vorspannungsanordnung 32 eine zweite Kraft auf das Abstandsglied 16 ausüben, um das Ventilelement 26 über eine zweite Laufdistanz zu bewegen. Die zweite Kraft ist im wesentlichen äquivalent zu der Kraft der zweiten Feder 36. Die zweite Kraft wirkt dahingehend, dass sie das Ventilelement 26 in die erste Position zurückgestellt, wie in 1 gezeigt.
  • Wie aus der vorangegangenen Beschreibung offensichtlich wird, sieht die offenbarte Vorrichtung ein schnell wirkendes Steuerventil vor, welches bei einer Anwendung verwendet werden kann, wie beispielsweise bei einem Brennstoffeinspritzungssystem. Das offenbarte Ventil übt eine erste Kraft auf das Ventilelement aus, um das Ventilelement vom Sitz abzuheben und das Ventilelement über eine erste Laufdistanz zu bewegen. Die Kraft auf das Ventilelement wird dann verringert, wenn das Ventilelement sich weiter zu einer vollständig geöffneten Position bewegt.
  • Das offenbarte Steuerventil kann in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. Beispielsweise kann das Steuerventil der vorliegenden Er- findung bei einer Anwendung verwendet werden, die eine präzise Steuerung eines Strömungsmittelflusses erfordert. Zusätzlich kann das offenbarte Steuerventil in einer Anwendung verwendet werden, die ein schnelles Öffnen des Ventilelementes erfordert, und wo das Ventilelementes einen Widerstand gegen die Öffnung antreffen kann.
  • Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen an dem offenbarten Ventil vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann bei einer Betrachtung der Beschreibung und bei der praktischen Ausführung der hier offenbarten Erfindung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.

Claims (10)

  1. Elektromagnetisches Steuerventil, welches Folgendes aufweist: ein Gehäuse (18) welches eine Bohrung (20) und einen Strömungsmitteldurchlassweg (25) mit einem Sitz (22) definiert; ein Ventilelement (26), welches verschiebbar in der Bohrung (20) angeordnet ist und bewegbar ist zwischen einer ersten Position, wo ein Strömungsmittelfluss an dem Sitz (22) vorbeiläuft, und einer zweiten Position, wo ein Strömungsmittelfluss relativ zum Sitz (22) blockiert ist; einen Elektromagneten (12) mit einem Anker (14), der betriebsmässig mit dem Ventilelement (26) verbunden ist, wobei der Elektromagnet (12) betreibbar ist, um das Ventilelement (26) aus der ersten Position in die zweite Position zu bewegen; und Mittel (32) zur Vorspannung des Ventilelementes aus der zweiten Position zur ersten Position hin, wobei die Vorspannungsmittel (32) eine erste Kraft auf das Ventilelement (26) während einer ersten vorbestimmten Laufdistanz aus der zweiten Position ausüben, und eine zweite Kraft auf das Ventilelement (26) während einer zweiten vorbestimmten Laufdistanz ausüben, wobei die erste Kraft größer als die zweite Kraft ist.
  2. Steuerventil nach Anspruch 1, wobei die Mittel (32) zur Vorspannung eine erste Feder (34) und eine zweite Feder (36) aufweisen, und wobei die ersten und zweiten Federn (34, 36) kombiniert sind, um eine erste Kraft auf das Ventilelement (26) über die erste vorbestimmte Laufdistanz auszuüben, und wobei die zweite Feder (36) dahingehend wirkt, dass sie die zweite Kraft auf das Ventilelement (26) über die zweite vorbestimmte Laufdistanz ausübt.
  3. Steuerventil nach Anspruch 2, wobei die Mittel (32) zur Vorspannung ein Isolationsglied (38) aufweisen, welches zwischen den ersten und zweiten Federn (34, 36) angeordnet ist.
  4. Steuerventil nach Anspruch 3, wobei das Isolationsglied (36) ein Plattenglied (40) aufweist, welches geeignet ist, um mit einem Ende der ersten Feder (34) in Eingriff zu kommen, und ein Stiftglied (42), welches geeignet ist, um betriebsmässig mit einer Oberfläche (13) des Elektromagneten (12) in Eingriff zu kommen.
  5. Steuerventil nach Anspruch 4, wobei die erste vorbestimmte Laufdistanz im wesentlichen gleich der Distanz zwischen dem Stiftglied (42) des Isolationsgliedes (38) und der Oberfläche (13) des Elektromagneten (12) ist, wenn das Ventilelement (26) in der ersten Position ist.
  6. Steuerventil nach Anspruch 3, welches weiter ein Abstandsglied (16) aufweist, welches betriebsmässig zwischen dem Anker (14) des Elektromagneten (12) und dem Ventilelement (26) in Eingriff ist, wobei das Abstandsglied (16) eine Bohrung (44) aufweist, die geeignet ist, um mindestens einen Teil der Vorspannungsmittel (32) aufzunehmen.
  7. Steuerventil nach Anspruch 1, wobei die Vorspannungsmittel (32) eine Feder mit variabler Kraft aufweisen, die geeignet ist, um die erste Kraft über die erste vorbestimmte Laufdistanz aus der zweiten Position auszuüben, und die zweite Kraft über die zweite vorbestimmte Laufdistanz.
  8. Brennstoffeinspritzvorrichtung (100), die ein Steuerventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist, und die weiter einen Einspritzvorrichtungskörper (104) mit einer Düse (102) aufweist und geeignet ist, einen Strömungsmittelfluss zur Steuerung eines Brennstoffeinspritzereignisses aufzunehmen.
  9. Verfahren zur Steuerung eines elektromagnetischen Steuerventils, welches Folgendes aufweist: Erregung eines Elektromagneten (12) zur Bewegung eines Ventilele mentes (26) aus einer ersten Position zu einer zweiten Position hin, um einen Strömungsmittelfluss relativ zum Ventilelement (26) zu blockieren; Komprimieren einer Vorspannungsanordnung (32), wenn das Ventilelement (26) sich zu der zweiten Position hin bewegt; und Ausschalten des Elektromagneten (12), um dadurch zu gestatten, dass die Vorspannungsanordnung (32) das Ventilelement (26) aus der zweiten Position in die erste Position vorspannt, um einen Strömungsmittelfluss relativ zu dem Ventilelement (26) zu gestatten, wobei die Vorspannungsanordnung (32) eine erste Kraft auf das Ventilelement (26) ausübt, wenn das Ventilelement (26) sich über eine erste vorbestimmte Laufdistanz bewegt, und wobei die Vorspannungsanordnung (32) eine zweite Kraft auf das Ventilelement (26) ausübt, wenn das Ventilelement (26) sich über eine zweite vorbestimmte Laufdistanz bewegt, wobei die erste Kraft größer ist als die zweite Kraft.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, welches weiter die Erregung und Entregung des Elektromagneten (12) aufweist, um den Strömungsmittelfluss durch eine Brennstoffeinspritzvorrichtung (100) zu steuern.
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