DE3118423C2 - Elektro-Hubmagnet zum Steuern der Bewegung einer Düsennadel eines Brennstoffeinspritzventils - Google Patents

Abstract

Der Hubmagnet zum Steuern der Düsennadelbewegung weist einen Anker in Form eines stumpfwinkligen, dünnwandigen Hohlkegels (8) auf. Die stromdurchflossenen Leiter (7) sind parallel zu den beiden den Luftspalt begrenzenden Flächen des Hohlkegels (8) sowohl außerhalb als auch innerhalb des Hohlkegels in mindestens je zwei zur Kegel achse (5-5) konzentrischen, über die Kegelfläche verteilten und im Kern (1, 2) angebrachten Nuten (3, 4; 3Δ, 4Δ) angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine kleine Ankermasse, ein kurzer Magnetflußweg sowie ein geringer Streufluß. Der Magnet ist deshalb für ultraschnelle Hubbewegungen geeignet.

Description

kannte Hubmagnet kann deshalb keine Anregung für den erfindungsgemäßen, in zwei Richtungen wirksamen Hubmagneten vermitteln.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch ein Brennstoffeinspritzventil, dessen Düsennadel von einem Elektromagneten nach der Erfindung gesteuert wird,

F i g. 2 einen Axialschnitt durch einen Hubmagneten,

F i g. 3 eine vereinfachte Ansicht eines der beiden Teile des Kerns von der Ankerseite her, in kleinerem Maßstab als in F i g. 2 und

F i g. 4 und 5 der F i g. 3 entsprechende Ansichten von Kernen mit unterschiedlicher Führung der Nuten.

Gemäß F i g. 1 ist ein brennstoffeinspritzventil 50 in einem nicht näher dargestellten Zylinderkopf 51 einer Dieselbrennkraftmaschine angeordnet und weist in seinem Gehäuse 52 einen Brennstoffzufuhrkanal 53 der in einen Raum 54 mündet Im Ventilgehäuse 52 ist eine Düsennadel 55 angeordnet, die mit ihrem in F i g. 1 unteren, als Dichtfläche ausgebildeten Ende 49 mit einer im Ventilgehäuse vorgesehenen Sitzfläche zusammenwirkt. In F i g. 1 unterhalb des Düsennadelendes 49 schließt sich an den Raum 54 ein zentraler Kanal 48 an, der an seinem unteren Ende in mehrere Düsenkanäle 47 übergeht, die über den Umfang des Ventilgehäuses 52 verteilt angeordnet sind und über die bei geöffneter Düsennadel 55 Brennstoff in den Brennraum 46 fein verteilt eingespritzt wird.

An ihrem in F i g. 1 oberen Ende weist die Düsennadel 55 einen Kolben 56 auf. Der Kolben 56 gleitet in einen Zylinderraum 57, an den eine Druckmittelleitung 58 angeschlossen ist, über die Druckmittel von einer nicht näher dargestellten Quelle zum Beaufschlagen der Düsennadel 55 zugeführt wird. Von der Leitung 58 zweigt· eine Leitung 59 ab, die ein Ventil 60 aufweist, das mittels eines Elektromagneten 61 gesteuert wird, dessen Aufbau in F i g. 2 näher erläutert ist In der gezeichneten Stellung des Ventils 60 ist die auf den Kolben 56 wirkende Kraft, die von dem über die Leitung 58 zugeführten Druckmittel herrührt, so groß, daß die Düsennadel in ihrer Schließstellung gehalten wird. Um Brennstoff in den Brennraum 46 einzuspritzen, wird mittels des Elektromagneten 61 das Ventil 60 von seiner Sitzfläche in der Leitung 59 abgehoben, so daß die vom Druckmittel im Zylinder 57 erzeugte Druckkraft sich verringert und die Düsennadel 55 unter dem Einfluß des Druckes des im Raum 54 befindlichen Brennstoffs aufwärtsbewegt wird, dadurch wird also eine Brennstoffströmung über den zentralen Kanal 48 und die Düsenkanäle 47 freigegeben.

Gemäß Fig.2 weist der Hubmagnet 61 einen aus zwei Teilen 1 und 2 bestehenden Kern auf, dessen Teile im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet sind und kreisrunden Umriß haben. Auf der in F i g. 2 unteren, eine stumpfwinklige Kegelfläche begrenzenden Seite des oberen Teils 1 sind zwei zur Kegelachse 9 konzentrische, nach unten offene Nuten 3 und 4 vorgesehen, die hinterschnittenen Querschnitt aufweisen und zur Aufnahme der Windungen eines stromführenden Leiters 7 dienen. In analoger Weise sind auf der in F i g. 2 oberen, eine Kegelfläche mit gleichem Kegelwinkel wie die des Teils 1 begrenzenden Seite des Teils 2 zwei zur Kegelachse 9 konzentrische, nach oben offene Nuten 3' und 4' vorgesehen, die ebenfalls hinterschnittenen Querschnitt aufweisen und Windungen eines stromführenden Leiters enthalten. Der Abstand der Nuten 3 und 4 bzw. 3' und 4' von der Kegelachse 9 ist so gewählt, daß sie etwa gleichmäßig verteilt über den Luftspalt zwischen den einander parallelen Kegelflächen der beiden Teile 1 und 2 angeordnet sind. Wie sich aus F i g. 3 ergibt, stehen die Nuten 3 und 4 untereinander durch zwei radiale Nuten 5 und 6 in Verbindung, was analog auch für die Nuten 3' und *■' gilt Die Leiter 7, deren Verlauf in F i g. 3 gestrichelt dargestellt ist, werden von außen über den äußeren Abschnitt der radialen Nut 5 zugeführt und durchlaufen dann mehrmals die Nut 4 über deren gesamten Umfang. Anschließend werden die Leiter über den inneren Abschnitt der Nut 5 in die Nut 3 geführt, die sie ebenfalls mehrmals über die ganze Nutlänge durchlaufen. Danach werden die Leiter über die radiale Nut 5 aus dem Kern herausgeführt Durch die Pfeile in F i g. 3 ist zugleich die Richtung des elektrischen Stromes angedeutet

Zwischen den Teilen 1 und 2 ist ein Anker 8 in Form eines dünnwandigen, stumpfwinkligen Hohlkegels vorgesehen. Der Hohlkegel weist eine Reihe von Löchern 10 auf, deren Achsen sich zwischen den Nuten 3 und 4 bzw. 3' und 4' parallel zur Kegelachse 9 erstrecken. Die Achsen der Löcher 10 liegen also auf Kreislinien. Der Durchmesser der Löcher 10 beträgt höchstens ein Fünftel der Teilung der Nuten. Die Teile 1 und 2 weisen im Bereich der Kegelachse und des Außenrandes des Hohlkegels 8 je einen Ring 12 und 13 bzw. 12' und 13' auf. Diese in entsprechende Nuten der Teile 1 und 2 eingelassenen Ringe ragen in den Luftspalt zwischen den Teilen 1 und 2 hinein und bilden einen Anschlag für die Hubbewegungen des Ankers. Im gezeichneten Zustand liegt der Anker an den beiden unteren Ringen 12' und 13' des Teiles 2 an, wobei zwischen der Unterseite des Ankers und der Oberseite des Teiles 2 ein Abstand von einigen Hundertstel Millimeter besteht, der in F i g. 2 mit s bezeichnet ist Durch den Abstand s wird das sogenannte Ankerkleben vermieden. Über den Umfang verteilt weisen die Ringe 12, 12', 13 und 13' mehrere Öffnungen in Form von radialen Einschnitten 14 bzw. 15 auf, die zusammen mit den Löchern 10 der Belüftung bei den Bewegungen des Ankers dienen. Da die Löcher 10 im Anker 8 genau in der Mitte zwischen zwei einander benachbarten Nuten liegen und relativ kleinen Durchmesser aufweisen, ist die Störung des Magnetflusses minimal, zumal er in der Mitte unbedeutend ist

Im Zentrum der Teile 1 und 2 des Kerns weisen diese eine Bohrung 16 bzw. 16' auf, durch die sich ein Stab 19 erstreckt, der mit dem Hohlkegel 8 fest verbunden ist, indem dieser zwischen einem verdickten Abschnitt 18

so des Stabes und einer Hülse 17 eingespannt ist. An der oberen Stirnfläche des Abschnittes 18 und der unteren Stirnfläche der Hülse 17 liegt je eine Federspinne 20 bzw. 21 an, von denen jede mehrere radiale Arme aufweist. Die Federspinnen sind mittels auf die beiden Enden des Stabes 19 aufgeschraubter Muttern 23 mit dem Stab fest verbunden. Die äußeren Enden der Arme der oberen Federspinne 20 stützen sich an einer zylindrischen, die beiden Teile 1 und 2 umschließenden Hülse 22 ab und sind zwischen einer Tellerfeder 24 und einem Federring 28 gehalten. Die äußeren Enden der unteren Federspinne 21 stützen sich ebenfalls an der Hülse 22 ah. und zwar zwischen einem den Teil 2 haltenden Zwischenring 25 und einem in einer Ringnut der Hülse 22 eingesetzten Federring 26. Die Federspinnen 20 und 21 bestehen aus nichtmagnetischem Werkstoff, z. B. nichtrostendem Stahl oder auch Berylliumbronze. Sie dienen nur zur Führung und Zentrierung des Ankers 8; die dabei auftretenden Federkräfte sind vemachiässisrbar.

Mit dem Stab 19 ist der bewegliche Teil des Ventils 60
(Fig. 1) direkt verbunden, was hier nicht näher dargestellt ist ','■;

Gemäß F i g. 4 können die Nuten statt konzentrisch /■.'!

auch nach Art von Spiralen in den Kernteilen 1 und 2 5 '.·.'''

verlaufen, wobei die innersten Enden der beiden Nuten '

durch eine radiale Nut 30 verbunden sind. Die Führung
der stromdurchflossenen Leiter 7 ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Es können auch mehr als drei
Nuten vorgesehen sein. 10

Gemäß F i g. 5 sind drei konzentrische Nuten in den
Kernteilen 1 und 2 vorgesehen, wobei die Führung der

Leiter — abweichend von F i g. 3 — wiederum mit ge- β

strichelten Linien angedeutet ist %

Wesentlich für die Führung der Leiter in allen Aus- 15 ίί

führungsbeispielen ist, daß der Strom in einander be- *ί

nachbarten Nuten entgegengesetzte Richtung aufweist ψ

Ein dem Abstand s entsprechender, gleich großer Ab- '§

stand ist auch zwischen der Unterseite des Teiles 1 und ύ

der Oberseite des Hohlkegels 8 vorhanden, wenn der 20
Anker seine obere Stellung innehat und an den Ringen
12 und 13 anliegt Der Abstand der Ringe 13 und 13' und
damit auch der Teile 1 und 2 voneinander wird durch
einen zwischen den Teilen 1 und 2 angebrachten Distanzring 29 bestimmt der mit seinem äußeren Umfang 25
an der Hülse 22 anliegt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1 2 Die Erfindung betrifft einen Elektro-Magneten gePatentansprüche: maß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein Elektro-Hubmagnet dieser Art ist aus der CH-PS

1. Elektro-Hubmagnet zum Steuern des Druckes 4 95 504 bekannt Der nur in einer Richtung, nämlich im eines hydraulischen Druckmittels, das eine Düsenna- 5 Öffnungssinne des Ventilkörpers, wirksame Magnet del in einem Brennstoffeinspritzventil einer Diesel- weist einen topfartigen, eine siromdurchflossene Spule brennkraftmaschine beaufschlagt, mit einem Kern, enthaltenden Kern und einen scheibenförmigen Anker der von elektrischem Strom durchflossene Leiter auf. Die Masse des zylindrischen Ankers ist relativ groß, trägt, und einem relativ zum Kern bewegbaren An- da sein Querschnitt nach dem gesamten Magnetfluß diker, der mit einem den Steuerdruck des Druckmit- io mensioniert ist Außerdem ist der Magnetflußweg im tels beeinflussenden Ventilkörper starr verbunden Anker verhältnismäßig groß. Das gleiche gilt für den ist, dadurch gekennzeichnet, daß der An- Streufluß im Bereich der Luftspalte. Zum Schließen des ker (8) als stumpfwinkliger, dünnwandiger Hohlke- mit dem Anker verbundenen Ventilkörpers ist eine sich gel ausgebildet und derart zwischen zwei Kernteilen am Kern abstützende Feder im hohl ausgebildeten Venangeordnet ist, daß der Elektro-Hubmagnet (61) in 15 tilkörper vorgesehen, die im Fall eines Bruches zu einer zwei Richtungen magnetisch wirksam ist, und daß Betreibsstörung des Brennstoffeinspritzventils führt die stromdurchflossenen Leiter (7) parallel zu den und außerdem nicht gut zugänglich ist, was das Ausbeiden die Luftspalte zwischen Kern und Anker be- wechseln der Feder erschwert

grenzenden Flächen des Hohlkegels (8) sowohl au- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ßerha'b als auch innerhalb des Hohlkegels (8) in min- 20 Elektro-Hubmagneten der eingangs genannten Art zu destens je zwei zur Kegelachse (9) symmetrischen, schaffen, der betriebssicherer ist, eine kleinere Ankerüber die Kegelfläche verteilten und im Kern (1, 2) masse, kürzeren Magnetflußweg und geringeren Streuangebrachten Nuten (3,3', 4,4') angeordnet sind, fluß aufweist und der dadurch für ultraschnelle Bewe-

2. Hubmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekenn- gungen verwendbar wird.

zeichnet, daß der Kern (1,2) im Bereich des Luftspal- 25 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die

tes geteilt ausgebildet ist kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

3. Hubmagnet nach Anspruch 2, dadurch gekenn- Durch diese Gestaltung des nunmehr in zwei Richtunzeichnet, daß zwischen den beiden Teilen (1, 2) des gen wirksamen Magneten ergibt sich ein steifer, extrem Kerns mindestens an deren äußerem Umfang je ein leichter Anker, da der Querschnitt für den Magnetfluß die kegelige Begrenzungsfläche des zugehörigen 30 nur für einen Bruchteil des Gesamtmagnetflusses ausTeiles überragender, die Hubbewegung des Ankers reichen muß, d. h. bei zwei Nuten für den halben Ge-(8) begrenzender Rand vorgesehen ist samtfluß, bei drei Nuten für einen Drittel des Gesamt-

4. Hubmagnet nach Anspruch 3, dadurch gekenn- flusses usw. Ein Streufluß tritt nur im Bereich der äußerzeichnet, daß jeder Rand mit mindestens einer dem sten und/oder innersten Nut auf. Die Eisenverluste sind Luftdurchtritt dienenden Öffnung (14,15) versehen 35 infolge der sehr kurzen Flußwege minimal. Dieselbe ist Magnetmasse steht ganz für die Wicklungen beider

5. Hubmagnet nach Anspruch 4, dadurch gekenn- Hubbewegungen zur Verfügung. Aufgrund dieser Vorzeichnet, daß die beiden Ränder als getrennte, mit teile ist der erfindungsgemäße Hubmagnet für sehr dem zugehörigen Teil des Kerns (1, 2) verbundene schnelle Hubbewegungen geeignet, wie dies beim Steu-Ringe (13,13') ausgebildet sind. 40 ern der Bewegung von Düsennadeln in Einspritzventi-

6. Hubmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 5, len von Dieselbrennkraftmaschinen der Fall ist. Wegen dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des Hohl- des Fehlens einer Schließfeder ist auch die Sicherheit kegeis (8) mehrere Löcher (10) vorgesehen sind, de- gegen Betriebsstörungen erhöht

ren Achsen sich zwischen den Nuten (3,3', 4,4') des Aus der DE-OS 23 30 423 ist ein in zwei Richtungen

Kerns (1, 2) erstrecken und deren Durchmesser 45 wirksamer Elektromagnet für ein Brennstoff einspritz-

höchstens ein Fünftel der Teilung der Nuten (3,3', 4, ventil bekannt, das zwei Magnetsysteme aufweist, eines

4') beträgt. für die Schließbewegung und eines für die Öffnungsbe-

7. Hubmagnet nach Anspruch 2, dadurch gekenn- wegung. Da jedes Magnetsystem aus einem topfartigen zeichnet, daß die beiden Teile (1, 2) des Kerns in Kern, einer darin enthaltenen Spule und einem ringeiner zylindrischen Hülse (22) befestigt sind. 50 scheibenförmigen Anker besteht, liegt hier eine Ver-

8. Hubmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 7, doppelung des aus der CH-PS 4 95 504 bekannten Elekdadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkegel (8) ei- tromagneten vor, die sehr aufwendig ist und das der nen axialen, den Kern (1,2) durchsetzenden Stab (19) Erfindung zugrundeliegende Problem nicht löst,
aufweist, an dessen beiden Enden je eine mehrere Aus der DE-OS 28 12 739 ist ein nur in einer Richtung radiale Arme aufweisende, aus nicht magnetischem 55 wirksamer, in einem Brennstoffeinspritzventil angeord-Werkstoff bestehende Federspinne (20, 21) ange- neter Elektrohubmagnet mit einem plattenförmigen bracht ist, die sich mit den äußeren,Enden ihrer Ar- ebenen Anker bekannt, der allseits von Brennstoff umme am Kern (1,2) oder an der Hülse (22) abstützen. geben ist und der selbst als Ventilkörper wirkt. Die

9. Hubmagnet nach Anspruch 2, dadurch gekenn- stromdurchflossenen Leiter sind in Nuten der den Luftzeichnet, daß zwischen den beiden Teilen (1, 2) des 60 spalt begrenzenden Stirnfläche des Kerns angeordnet, Kerns ein deren gegenseitigen Abstand bestimmen- wobei die Nuten die Form konzentrischer Ringe oder

der Distunzriii^iv '29^ ungeordnet ist ineinandergreifender S^irsisn hwben können Für ein

10. Hubmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gutes Funktionieren dieses Hubmagneten müßte sein

P', dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von plattenförmiger ebener Anker eine ausreichende Steile Wanddicke des Hohlkegels (8) zu Außendurchmes- 65 figkeit aufweisen. Es hat sich aber gezeigt, daß bei aus-

[·' ser des Hohlkegels (8) maximal 0,1 ist. reichender Steifigkeit das Gewicht des plattenförmigen

$· Ankers derart zunimmt, daß die gewünschten sehr kur-

!<■-'' zen Schaltzeiten nicht erreicht werden können. Der be-