DE3328467A1

DE3328467A1 - Elektromagnetisch betaetigbares ventil

Info

Publication number: DE3328467A1
Application number: DE19833328467
Authority: DE
Inventors: Günther Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Jäggle; Hans Dipl.-Ing. 7015 Korntal Kubach; Werner 7141 Schwieberdingen Paschke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-08-06
Filing date: 1983-08-06
Publication date: 1985-02-21
Also published as: GB2144827A; GB8413357D0; JPH0457870B2; BR8403880A; US4666087A; AU2940584A; FR2550278A1; GB2144827B; AU561868B2; FR2550278B1; JPS6044672A; DE3328467C2

Description

R. 18863

21.7-1983 Kh/Wl

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Elektromagnetisch "betätigbares Ventil Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch ■betätigbaren Ventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein elektromagnetisch betätigbares Ventil bekannt, bei dem eine nach außen öffnende Ventilnadel in einer Führungsbohrung gelagert ist und entgegen einer Ventilnadelfeder in Öffnungsrichtung durch einen Anker betätigt wird. Dabei führt nicht nur die Bewegungsreibung der Ventilnadel zu Hysteresefehlern bei der Ansteuerung des Ventiles, sondern der Elektromagnet benötigt zur Betätigung der Ventilnadel eine hohe Ansteuerleistung zur Überwindung der Kraft der Ventilnadelfeder und muß hierfür größer bauend ausgeführt sein. Außerdem wird die Ventilnadel in der Führungsbohrung immer einseitig anliegend durch die Ventilnadelfeder geführt, so daß ein ungleichmäßiger Kraftstoffstrahl aus dem Kraftstoff einspritzventil austritt, was zu einer schlechteren Kraft stoffaufbereitung und Gleichverteilung auf die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine führt.

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Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigbare Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß es keine die Lage des Ventilteiles und die Ansteuerleistung unerwünscht beeinflussende Feder aufweist und mit möglichst geringer Bewegungsreibung eine radiale Zentrierung des Ventilteiles erfolgt, wodurch eine geringe Ankermasse und niedrige Ansteuerleistung des Elektromagneten erforderlich ist sowie sich eine sehr gute Aufbereitung des abgespritzten Kraftstoffes und eine lange störungsfreie Betriebszeit des Ventiles ergibt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Ventiles möglich. Vorteilhaft ist es, zur Unterstützung der radialen Zentrierung von Anker und Ventilteil die einander zugewandten Oberflächen von Polen und Anker mit einander angepaßten sphärischen Oberflächen konkav bzw. konvex auszubilden, so daß das Ventilteil bei an den Polen anliegendem Anker in senkrechter Lage stabil ist. Besonders vorteilhaft ist es, daß das Ventilteil berührungslos den Ventilsitzkörper durchragt und bei vom Ventilsitz abgehobenem Dichtteil durch das Fluid zentrierbar ist.

Weiterhin besonders vorteilhaft ist es, am Anker eine geneigte Anschlagfläche auszubilden, die zur radialen Zentrierung von Anker und Ventilteil mit einer konischen Anschlagbohrung im Ventilsitzkörper zusammenwirkt.

Ebenfalls besonders vorteilhaft ist es, am Anker einen mit der Strömungsbohrung mit enger Passung zusammenwir-

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kenden schmalen Führungsabschnitt vorzusehen, durch den Anker und Ventilteil radial zentrierbar sind.

Vorteilhaft ist es weiterhin, zur Einstellung des Ventilteilhubes gegenüber dem Ventilsitz Anker und Ventilteil axial zueinander bewegbar bzw. plastisch verformbar zu gestalten.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventiles, Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventiles, Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventiles.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in Figur 1 beispielsweise in Teilansicht dargestellte Kraftstoffeinspritzventil ist in bekannter Weise elektromagnetisch durch Erregung einer nicht gezeigten Magnetspule betätigbar und dient beispielsweise als Teil einer Kraftstoff einspritzanlage zur Einspritzung von Kraftstoff, insbesondere mit niederem Druck, in das Luftansaugrohr von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Das Kraftstoffeinspritzventil besitzt ein bewegliches Ventilteil 2, das aus nichtmagnetischem Material wie beispielsweise Messing, aus^tenitischem Stahl oder anderem ausgebildet sein kann und das ein Dichtteil 3 aufweist, welches mit einem Ventilsitz k in einem Ventilsitzkörper 5 aus amagnetischem Material zusammenarbeitet. Der Ventilsitzkörper 5

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ist in ein Ventilgehäuse 6 eingesetzt. Stromaufwärts des Ventilsitzes U ist in dem Ventilsitzkörper 5 eine Strömungsbohrung 8 vorgesehen, durch die ein Verbindungsteil 9 des Ventilteiles 2 ragt. Dem Dichtteil 3 abgewandt ist das Verbindungsteil 9 des Ventilteiles 2 mit einem beispielsweise scheibenförmigen Anker 10 aus weichmagnetischem Material fest verbunden. Der Magnetkreis wird aus als Kern dienenden Polen 11 und 11' und dem Anker 10 gebildet. Über die Pole 11, 11' wirkt der durch die Magnetspule bewirkte Magnetfluß. Zwischen den Polen 11 und 11' ist eine Zentralöffnung 12 vorgesehen, über die Kraftstoff von einer nicht dargestellten Kraf t stof fversorgungsquelle _s beispielsweise einer Kraftstofförderpumpe in das Innere des Kraftstoffeinspritzventiles strömen kann. Bei Kraftstoff orderung und nicht erregter Magnetspule wird der Anker 10 und damit auch das Ventilteil 2 aufgrund der am Anker und Ventilteil angreifenden hydraulischen Druckkräfte von den Polen 11, 11' wegbewegt und der Anker 10 kommt an einer den Polen 11, 11' abgewandten Anschlagfläche 13 an einem am Ventilsitzkörper 5 ausgebildeten erhabenen Ringanschlag 1k zum Anliegen. Zwischen dem Ringanschlag 1^ und dem Umfang des Verbindungsteils 9 ist ein Ringquerschnitt 15 ausgebildet, der in den zwischen Strömungsbohrung 8 und Verbindungsteil 9 gebildeten ringförmigen, beispielsweise drosselnden und damit zumessenden Strömungsquerschnitt mündet. In den Ringquer schnitt 15 mündet mindestens eine vorzugsweise axial verlaufende Strömungsöffnung 17s die den Anker 10 durchdringt und andererseits mit dem Innenraum 19 des Kraftstoffeinspritzventiles bzw. der Zentralöffnung 12 zwischen den Polen 11, 11' in Verbindung steht. Der Anker 10 und die Pole 11, 11' sind einander zugewandt vorzugsweise mit angepaßten sphärischen Oberflächen versehen, beispielsweise die Pole 11, 11' mit einer über beide

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Pole 11, 11' verlaufenden konkaven Oberfläche 20 und der Anker 10 mit einer zur Oberfläche 20 der Pole 11, 11' hin ausgerichteten konvexen Oberfläche 21. Durch die aneinander angepaßten Oberflächen 20, 21 erfolgt eine radiale Zentrierung des Ankers 10 zum Ventilsitz h infolge der Magnetkräfte. Bei nicht erregter Magnetspule werden Anker 10 und Ventilteil 2 aufgrund der Druckkräfte des fließenden Kraftstoffes von den Polen 11, 11' wegbewegt, so daß das Dichtteil 3 vom Ventilsitz k abhebend nach außen öffnet und Kraftstoff von der Zentralöffnung 12 bzw. dem Innenraum 19 über die Strömungsöffnungen 17 zum Ringq.uerschnitt 15 und von dort über den Strömungsq,uer schnitt 16 und den Ventilsitz k abströmen kann. Dabei erfolgt durch die im StrÖ-mungsq.uerschn.itt 16 an dem Verbindungsteil 9 angreifenden radialen hydraulischen Kräfte eine radiale Zentrierung des Ventilteiles 2, so daß das Ventilteil ohne Wandberührung und damit ohne Reibung in der Strömungsbohrung 8 durch die Kraft stoffströmung geführt wird und entsprechend zentriert mit dem Anschlag 13 aufsitzt, über den Ventilsitz k tritt ein rundum gleichdicker Kraftstoffilm aus, der in einem Ringspalt 22, welcher zwischen der beispielsweise halbkugelförmig oder in anderer sphärischer Form ausgebildeten Oberfläche des Dichtteiles 3 und einer sich in Strömungsrichtung an den Ventilsitz k im Ventilsitzkörper 5 anschließenden Abspritzöffnung 23 mit sich erweiterndem Durchmesser an der Oberfläche des Dichtteiles 3 nach außen strömt und sich mit der Umgebungsluft vermischt, die nach dem Abreißen des kegelförmig ausgebildeten Kraftstoffilmes bei Erreichen der scharfkantigen Endfläche. 2k des Dichtteiles 3 sich ebenfalls von innen her mit dem Kraftstoff vermischt. Der Ventilteilhub H des Ventilteiles gegenüber dem Ventilsitz h kann einerseits durch entsprechende Bearbeitung der Stirnfläche 2.6 des Ringanschlages 1 k erfolgen, indem diese Stirnfläche

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in gewünschter Weise abgetragen oder verformt wird. Andererseits kann der Ventilteilhub H auch dadurch eingestellt werden) daß Anker 10 und Ventilteil 2 axial zueinander verschiebbar sind. Anker 10 und Ventilteil 2 können in geeigneter Weise verlötet oder verschweißt sein.

Durch das Fehlen einer"das Ventilteil 2 in Schließrichtung beaufschlagenden Ventilfeder und dem Fehlen einer Bewegungsreibung am Ventilteil sind die erforderlichen Magnetkräfte zum Schließen des Kraftstoffeinspritzventiles sehr klein, so daß der Anker 10 mit einer geringen Masse ausgebildet werden kann und eine niedrige Ansteuerleistung der Magnetspule erforderlich ist. Dadurch ergibt sich ein kleinbauendes und leichtes Kraftstoffeinspritzventil, das schnell und zuverlässig arbeitet und preiswert ist, bei fehlenden verschleißenden und reibenden Führungen. Die geringen Massen von Ventilteil 2 und Anker gewährleisten eine lange störungsfreie Betriebsdauer des Kraftstoffeinspritzventiles infolge der geringen Einschläge bei Bewegungsänderungen am Ventilsitz k und dem Ringanschlag 14.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Ventiles nach Figur 2 sind die gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 gleichbleibenden und gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Figur 2 in dem Ventilsitzkörper 5 eine Strömungsbohrung 8 vorgesehen, die von dem Verbindungsteil 9 des Ventilteils 2 durchragt wird. Zwischen dem Verbindungsteil 9 und der Strömungsbohrung 8 ist ebenfalls wieder ein Strömungsquerschnitt 16 ausgebildet, der drosselnd wirken und

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damit als Zumeßquerschnitt dienen kann. Der Anker 10 -weist dem Ventilteil 2 zugewandt einen Zapfen 30 auf, der im Bereich des Ringq_uerschnxttes 15 an dem Ende 31 des Ventilteiles 2 aufsitzt und mit diesem Ende stumpf verschweißt oder verlötet sein kann. Am Anker 10 ist den Polen 11, 11' abgewandt unter einem Winkel-o^ geneigt eine Anschlagfläche 13 ausgebildet₅ der gegenüberliegend am Ventilsitzkörper 5 eine angepaßte konische Anschlagbohrung 32 vorgesehen ist a die in die Strömungsbohrung 8 übergeht. Der WinkeloC an der Anschlagfläche 13 ist größer als der Reibwinkel aber so flach, daß einerseits ein guter Hufranschlag und andererseits in Zusammenwirkung mit der Anschlagbohrung 32 eine gute Zentrierung von Anker 10 und Ventilteil 2 in der Strömungsbohrung 8 und damit zum Ventilsitz k hin gewährleistet ist. Vorteilhafterweise besteht zwischen dem Winkel <jL der Anschlagfläche 13 und der Neigung der Anschlagbohrung 32 eine Winkeldifferenz oder die Anschlagbohrung 32 ist zum Innenraum 19 hin ausgerundet. In dem Ventilsitzkörper 5 sind Kraftstoffkanäle 33 ausgebildet, die vom Innenraum 19 zum Ringq.uerschnitt 15 führen, in dem eine kreissymmetrische Verteilung des Kraftstoffes zum Strömungsq_uerschnitt 16-erfolgt. Der Hubabgleich kann durch plastische Verformung am Zapfen 30 erfolgen.

Bei dem in Figur 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel sind die gegenüber den bisherigen Ausführungsbeispielen gleichbleibenden und gleichwirkenden Teil durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. So ragt bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 der Zapfen 30 des Ankers 10 in eine Befestigungsbohrung 3^- des Ventilteiles 2, vorzugsweise bis zu dessen Endfläche 2k und ist an der Endfläche bei 35 mit dem Ventilteil 2 verschweißt. Dabei läßt sich der Ventilhub H durch geeignete axiale Zuord-

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nung von Anker 10 und Ventilteil 2 in gewünschter Weise festlegen. Die plane Anschlagfläche 13 des Ankers 10 kommt bei vom Ventilsitz h abgehobenem Dichtteil 3 am Ventilsitzkörper 5 zum Anliegen. Die radiale Zentrierung von Anker 10 und Ventilteil 2 wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch einen schmalen zylindrischen Führungsabschnitt 36 des Ankers 10 vorgenommen, der mit enger Passung in die Strömungsbohrung 8 ragt.

Auch bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2 und 3 kann durch das strömende Fluid in den Strömungsq.uerschnitten 16 eine zusätzliche radiale Zentrierung erfolgen und sind durch das Fehlen einer das Ventilteil 2 in Schließrichtung beaufschlagenden Ventilfeder und durch die nur minimale Reibung am Ventilteil die erforderlichen Magnetkräfte zum Schließen des Kraftstoffeinspritzventiles sehr klein, so daß der Anker 10 mit einer geringen Masse ausgebildet werden kann und eine niedrige Ansteuerleistung der Magnetspule erforderlich ist. Dadurch ergibt sich ein kleinbauendes und leichtes Kraft stoffeinspritzventil_s das schnell und zuverlässig arbeitet und preiswert ist, bei geringstmöglichem Verschleiß.

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Claims

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Ansprüche

1 .) Elektromagnetisch betätigbares Ventil, insbesondere Kraftstoffeinspritzventil für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem Kern und einem ein mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilteil betätigenden Anker aus weichmagnetischem Material, wobei ein Dichtteil -des Ventilteiles zur Öffnung des Ventiles nach außen bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (10) mit einem eine Strömungsbohrung (8) eines Ventilsitzkörpers (5) durchragenden Verbindungsteil (9) des Ventilteiles (2) verbunden ist und bei elektromagnetischer Erregung in Richtung zum Kern (11, 11') gezogen wird und dabei das Dichtteil (3) des Ventilteiles (2) dichtend und zentrierend am Ventilsitz (k) hält, während bei nicht erregtem Elektromagnet system Anker (10) und Ventilteil (2) durch die Druckkraft des strömenden Fluids in Öffnungsrichtung des Ventiles bewegbar sind.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (9) des Ventilteiles (2) die Strömungsbohrung (8) im Ventilsitzkörper (5) berührungslos durchragt und bei vom Ventilsitz (k) abgehobenem Dichtteil (3) durch das Fluid radial zentrierbar ist.

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3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (10) dem Kern (11, 11') abgewandt eine unter einem Winkel ( oL ) geneigte Anschlagfläche (13) hat, die zur radialen Zentrierung von Anker (10) und Ventilteil (2) mit einer in die Strömungsbohrung (8) des Ventilsitzkörpers (5) übergehenden angepaßten konischen Anschlagbohrung (32) zusammenwirkt.
k. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Anker (10) ein schmaler in die Strömungsbohrung (8) mit enger Passung ragender zylindrischer Führungsabschnitt (36) ausgebildet ist, der Anker (10) und Ventilteil (2) radial in der Strömungsbohrung (8) zentriert.
5. Ventil nach Anspruch k_s dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (10) einen Zapfen (30) aufweist, der in eine Befestigungsbohrung (3h) des Ventilteiles (2) ragt und mit dem Ventilteil (2) verschweißt ist.
6. Ventil nach einem der Ansprüche 2, 3 oder h, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts des Ventilsitzes (k) im Ventilsitzkörper (5) eine sich im Durchmesser erweiternde Abspritzöffnung (23) vorgesehen ist, die zumindest teilweise mit dem Dichtteil (3) einen Ringspalt (22) bildet.
7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis U, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (10) eine dem Kern (11, 11') zugewandte angepaßte sphärische Oberfläche (21) hat.
8. Ventil nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (11, 11') dem Anker (10) zugewandt konkav (20) und der Anker (10) dem Kern (11, 11') zugewandt konvex (21) ausgebildet ist.

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9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis U, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (10) bei geöffnetem Ventil an einem Anschlag (1k, 32) anliegt, der zur Einstellung des Ventilhubes (H) gegenüber dem Ventilsitz {h) verformbar ist.
10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß Anker (10) und Ventilteil (2) axial zueinander zur Einstellung des Ventilteilhubes (H) gegenüber dem Ventilsitz (k) bewegbar sind.

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