DE3510222A1 - Magnetventil, insbesondere kraftstoffmengensteuerventil - Google Patents
Magnetventil, insbesondere kraftstoffmengensteuerventilInfo
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Description
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Magnetventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber
den Vorteil, daß durch eine Quetschströmung im Öffnungsspalt zwischen der Dämpfungskammer
und der Schließfläche eine Dämpfung der Öffnungsbewegung des Ventilschließgliedes auftritt und
daß die Klebekräfte beim Wiederöffnen der Dämpfungskammer sehr gering sind. Ferner hat es sich als
vorteilhaft herausgestellt, daß die Funktion des Magnetventils aufgrund der schmalen Anschlagfläche der
Dämpfungskammer weit weniger temperaturabhängig ist als bei bekannten Magnetventilen, da beim Schließen
der Dämpfungskammer im Dämpfungsspalt eine turbulente Quetschströmung auftritt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und
Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Magnetventils möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, die Dämpfungskammer durch eine Drossel zu belüften, so daß beim Öffnen der
Dämpfungskammer beim Abheben des Ventilschließgliedes das Fluid in diese strömen kann, ohne daß ein
unerwünschter Drosseleffekt entsteht. Diese Wirkung kann noch verbessert werden, wenn zum Belüften ein
Rückschlagventil angeordnet ist, das vorzugsweise im festen Anschlag sitzt.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Magnetventiles im Längsschnitt,
Fig. 2 und 3 den erfindungswesentlichen Teil eines zweiten und dritten Ausführungsbeispiels im Längsschnitt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Beschreibung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Magnetventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. Durch die DE-OS
39 669 ist beispielsweise ein Magnetventil dieser Art bekanntgeworden, bei dem der scheibenförmige Anschlagteil
des Ventilschließgliedes beim öffnen an einem Ringwulst des festen Anschlags zur Anlage kommt,
der einen zum Ringwulst koaxialen Durchbruch hat. Bei hoher Öffnungsgeschwindigkeit schlägt das Ventilschließglied
hart am Ringwulst an, so daß die Flüssigkeitsströmung störende Rückpreiler auftreten. Ferner
sind dort beim Einleiten der Schließbewegung hydraulische Klebekräfte vorhanden, die von Ventil zu Ventil
Das Magnetventil hat ein Ventilgehäuse 1, in dem ein Kern 2 aus ferromagnetischem Material eingesetzt ist,
der zwischen einem Innenzylinder 4 und einem Außenzylinder 5 eine Magnetspule 3 trägt. Innenzylinder 4 und
Außenzylinder 5 sind durch ein Joch 6 magnetisch leitend miteinander verbunden. Eine magnetisch leitende
Jochplatte 7 deckt den Außenzylinder 5 und die Magnetspule 3 ab. Der zwischen dem Innenzylinder 4 und
der Lochplatte 7 unterbrochene Magnetkreis wird durch einen Anker 10 überbrückt. Der Anker 10 weist
ein tellerförmiges Teil 11 auf, das in einen hohlzylindrischen
Stutzen 12 übergeht, der der Stirnfläche des Innenzylinders 4 gegenüberliegt und durch eine Öffnung 9
in der Platte 7 greift. Zwischen dem Stutzen 12 und dem Innenzylinder 4 liegt ein erster Luftspalt 13. Das tellerförmige
Teil 11 des Ankers 10 ragt dem Innenzylinder 4 abgewandt über die Platte 7 hinaus und bildet mit dieser
einen zweiten Luftspalt 14. Ein Ventilschließteil 15 aus amagnetischem Material, der einen scheibenförmigen
Ankerkopf 16 und einen Stößel 17 aufweist, ist mit dem
Ankerkopf 16 in das scheibenförmige Teil 11 des Ankers
10 eingepreßt. Zwei Führungsbunde 18, 19 führen das Ventilschließteil 15 in einer Zylinderbohrung 20 einer
Führungsbuchse 21. Die Führungsbuchse 21 ist Teil eines Ventilsitzkörpers 22, der in Verlängerung zur Zylinderbohrung
20 eine Zuflußbohrung 23 aufweist. Vom Joch 6 und Ventilsitzkörper 22 ist ein Hohlraum 24 umschlossen,
von dem Abflußbohrungen 25 ausgehen. Zwischen der Zuflußbohrung 23 und einer Ringkammer 26
ist im Ventilsitzkörper 22 ein konischer Ventilsitz 27 ausgebildet, mit dem ein halbkugelförmig ausgebildeter
Schließkörper 28 des Ventilschließteiles 15 zusammenarbeitet. Bohrungen 29 in der Führungsbuchse 21 verbinden
den Hohlraum 24 und die Ringkammer 26. Die Abflußbohrungen 25 führen über eine Zwischenkammer
30 zu einem Rückströmkanal 31 im Ventilgehäuse 1. Im oberen Teil der Führungsbuchse 21 stützt sich eine
Rückstellfeder 35 ab, die mit ihrem oberen Ende am Ankerkopf 16 des Ventilschließteiles 15 anliegt und in
nicht erregtem Zustand der Magnetspule 3 das Ventilschließteil 15 vom Ventilsitz 27 abhebt und gegen eine
oberhalb des Ankers 10 und der Platte 7 fest angeordnete Anschlagplatte 36 drückt, so daß das Magnetventil in
Öffnungsstellung ist.
Bei dem Magnetventil wird Fluid, beispielweise flüssiger Kraftstoff, der Zuflußbohrung 23 unter Hochdruck
zugeführt, die mit dem Druckraum einer Kraftstofförderpumpe einer Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen
verbunden ist. Dagegen steht der Rückströmkanal 31 mit der Niederdruckansaugseite der
Kraftstofförderpumpe in Verbindung.
Um das Anschlagen des Ventilschließteils 15 an der Anschlagplatte 36 beim öffnen des Magnetventils zu
dämpfen, so daß Rückpreller vermieden werden, ist an der Anschlagplatte 36 eine gegen den scheibenförmigen
Ankerkopf 16 offene Dämpfungskammer 40 angeordnet. Die Decke der Dämpfungskammer 40 wird von der
Platte selbst und die Seitenwand von einem von der Anschlagplatte 36 nach unten abstehenden Ringbund 41
gebildet. Die Dicke der Wandung des Ringbundes 41 ist sehr klein, so daß die stirnseitige, ringförmige Anschlagfläche
42 für den Ankerkopf 16 sehr schmal ist. Vorzugsweise ist die Anschlagfläche 42 ballig ausgebildet, um
die hydraulischen Klebekräfte beim Abheben des Ankerkopfes 16 von der Anschlagfläche 42 gering zu halten.
Damit beim Schließen des Magnetventils durch eine Bewegung des Ventilschließteils 15 gegen den Ventilsitz
27 beim Abheben des Ankerkopfes 16 vom Ringbund 41 kein unerwünschter Unterdruck in der Kammer 40 entsteht,
ist diese Kammer 40 durch eine Drosselbohrung 43 in der Anschlagplatte 36 mit dem Raum 44 oberhalb
der Anschlagplatte 36 verbunden, der ebenfalls unter Niederdruck steht. Die Drosselbohrung 43 ist so bemessen,
daß beim Anschlagen des Ankerkopfes 16 an der Anschlagfläche 42 des Ringbunds 41 die Durchflußmenge
vernachlässigbar gering ist, so daß eine Dämpfungswirkung der Dämpfungskammer 40 vorhanden ist, daß
jedoch beim Abheben des Ankerkopfes 16 vom Ringbund 41 Fluid aus der Kammer 44 in die Dämpfungskammer 40 nachströmen kann. Trotz dieser Drosselbohrung
43 ist eine Dämpferwirkung der Dämpfungskammer 40 gesichert, da das Ventilschließteil 15 vor
dem Anschlagen am Ringbund 41 eine hohe Geschwindigkeit, dagegen beim Abheben eine kleine Geschwindigkeit
hat.
Ergänzend wird darauf hingewiesen, daß anstelle der Drosselbohrung 43 in der Anschlagplatte 36 mit der
gleichen Wirkung auch eine Drossel in Gestalt eines feinen Kanals in der Anschlagfläche 42 des Ringbundes
41 oder in der an diesem zur Anlage kommenden Fläche des Ankerkopfes 16 vorgesehen sein kann.
Um ferner zu verhindern, daß bei der Verschiebebewegung des Ventilschließteils 15 an dem großflächigen
Anker 10 und Ankerkopf 16 die Bewegung hemmende Kräfte auftreten, sind im Ankerkopf 16 gleichmäßig verteilt
mehrere Durchbrüche 45 angeordnet, durch die verdrängtes Fluid strömen kann. Die Anordnung dieser
Durchbrüche 45 ist vorzugsweise so, daß diese sich mit dem radial äußeren Teil der Anschlagfläche 42 des Ringbundes
41 decken. Dadurch wird eine weitere Reduzierung des hydraulischen Klebens beim Abheben des Ankerkopfes
erzielt.
Das oben beschriebene Magnetventil arbeitet wie folgt:
Bei stromloser Magnetspule 3 drückt die Rückstellfeder
35 das Ventilschließteil 15 nach oben, so daß dessen Ankerkopf 16 an der Anschlagfläche 42 des Ringbundes
41 anliegt (Flg. 1). In dieser Stellung ist der Schließkörper
28 des Ventilschließteils 15 vom Ventilsitz 27 des Ventilsitzkörpers 22 abgehoben. In die Zuflußbohrung
23 zugeführtes Fluid kann am Schließkörper 28 vorbei in die Ringkammer 26 und von dort durch die Bohrungen
29, den Hohlraum 24, die Abflußbohrungen 25, die Zwischenkammer 30 und durch den Kanal 31 zum Niederdruckteil
fließen.
Bei Erregung der Magnetspule 3 wird der mit dem Ventilschließteil 15 verbundene Anker 10 nach unten
gezogen, so daß schließlich der Schließkörper 28 auf den Ventilsitz 27 gedrückt wird, wobei der Durchfluß von
Fluid unterbunden wird. In der Anfangsphase der Schließbewegung des Ventilschließteils 15 wird durch
die Drosselbohrung 43 aus dem Raum 44 Fluid in die Dämpfungskammer 40 gezogen, so daß ein Abheben
des Ankerkopfes 16 von der Anschlagfläche 42 ohne hohen Kraftaufwand möglich ist. Da die Anschlagfläche
42 außerdem sehr schmal ist, treten auch geringe Klebekräfte auf, die überwunden werden müssen. Während
des Abhebens strömt Fluid von dem Raum unterhalb des Ankerkopfes 16 durch die Durchbrüche 45 nach
oben, so daß der Widerstand gering ist.
Das Magnetventil öffnet wieder, wenn im Druckraum der verbundenen Kraftstofförderpumpe der Druck abgebaut
werden soll. Dazu wird der Stromkreis zur Magnetspule
3 wieder unterbrochen mit der Wirkung, daß die Haltekraft des Kernes 2 entfällt. Unter der Wirkung
der Rückstellfeder 35 und des in der Zuflußbohrung 23 auf den Schließkörper 28 wirkenden hohen Fluiddrucks
wird das Ventilschließteil 15 mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit nach oben verschoben. Dabei und insbesondere
kurz vor dem Anschlagen des Ankerkopfes 16 an der Anschlagfläche 42 des Ringbundes 41 entsteht
zwischen der Anschlagfläche 42 und dem sich mit dieser deckenden Ringbereich der Oberseite des Ankerkopfes
16 eine Quetschströmung aus der Dämpfungskammer 40 und dem sich nach unten mit dieser sich deckenden
Raum. Durch das dabei verdrängte und in Form einer Quetschströmung entweichende Fluid wird die Geschwindigkeit
des Ventilschließteils 15 beim Annähern des Ankerkopfes 16 an die Anschlagfläche 42 gedämpft.
Da die Geschwindigkeit relativ hoch ist und verhältnismäßig viel Fluid verdrängt wird, wirkt die Drosselbohrung
43 mit großem Widerstand.
Die beiden Ausführungsbeispiele nach den Fig. 2 und 3 sind gegenüber dem oben beschriebenen nach Fig. 1
lediglich im Hinblick auf die Dämpfungseinrichtung abgewandelt. Es werden daher für gleichbleibende und
gleichwirkende Teile gleiche Bezugszeichen verwendet.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist anstelle einer Drosselbohrung 43 zum Belüften der Dämpfungskammer 40 ein Rückschlagventil 50 vorgesehen, das ein
Fließen von Fluid aus dem oberen Raum 44 in die Dämpfungskammer 40 erlaubt, jedoch in umgekehrter
Richtung sperrt. Dazu besteht das Rückschlagventil 50 aus einer sich mit der Dämpfungskammer 40 deckenden
Aussparung 51 und einem dazu koaxialen Durchbruch 52 mit kleinerem Durchmesser, sowie aus einer in der
Aussparung 51 gegen den Durchbruch 52 anliegenden Kugel 53, die von einer kegeligen Druckfeder 54 gegen
den Sitz am Übergang zwischen der Aussparung 51 zum Durchbruch 52 anliegt. Die Druckfeder 54 stützt sich auf
einem Sprengring 55 ab. Das Rückschlagventil 50 hat den Vorteil, daß beim Abheben des Ankerkopfes 16 von
der Anschlagfläche 42 Fluid aus der Kammer 44 ohne Widerstand in die Dämpfungskammer 40 nachfließen,
dagegen beim Annähern des Ankerkopfes 16 beim Öffnen des Magnetventils kein Fluid aus der Dämpfungskammer 40 in die Kammer 44 strömen kann, sondern,
wie oben beschrieben, verdrängtes Fluid zum Dämpfen der Annäherungsbewegung benutzt wird.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Dämpfungskammer
40 dadurch vergrößert, daß das Ventilschließteil 15 eine nach oben offene Sackbohrung 60 hat.
Anstelle einer Drosselbohrung 43 in der Arischlagplatte 36 ist eine Drosselbohrung 61 im unteren Teil des Ventilschließteils
15 angeordnet, die die Sackbohrung 60 mit der Ringkammer 26 verbindet. Beim Öffnen des Magnetventils
durch eine Bewegung des Ventilschließteils 15 nach oben wird die Fluidmenge in der Sackbohrung
60 beschleunigt. Beim Annähern des Ankerkopfes 16 an die Anschlagfläche 42 des Ringbundes 41 entsteht dadurch
zusätzlich ein Staudruck mit der Wirkung, daß im Vergleich zur Ausführung nach Fig. 1 über die Drosselbohrung
61 weniger Fluid abströmen kann, wodurch die Dämpfungswirkung entsprechend erhöht wird.
Ergänzend wird bemerkt, daß mit der gleichen Wirkung und den gleichen Vorteilen wie bei den oben beschriebenen
Ausführungsbeispielen die Dämpfungskammer und deren schmale Anschlagfläche anstelle an
der Anschlagplatte 36 auch am Ventilschließteil 15 bzw. an dessen Ankerkopf 16 angeordnet sein kann.
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Claims (10)
1. Magnetventil, insbesondere Kraftstoffrnengensteuerventil
für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem Elektromagneten
(2,3), mit einem von diesem betätigten beweglichen Ventilschließglied (15), das an seinem einen Ende
ein Schließteil (28) und an seinem anderen Ende ein Anschlagteil (16) aufweist, und mit einem ortsfesten
Anschlag (36), an dem der Anschlagteii in der Offenstellung des Ventilschließgliedes anliegt, da
durch gekennzeichnet, daß an dem Anschlag (36) oder an dem Anschlagteil (16) des Ventilschließglieds
(15) eine einseitig offene, bei Anlage des Anschlagteils am Anschlag (36) belüftbar geschlossene
Dämpfungskammer (40) angeordnet ist, und daß die die Öffnung der Kammer umgebende Anschlagfläche
(42) schmal ausgebildet ist.
2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dämpfungskammer (40) aus einem dünnwandigen Ringbund (41) am Anschlag (36) besteht.
3. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (42) an der Stirnseite
des Ringbunds (41) ballig ausgebildet ist.
4. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungskammer
(40) über eine Drossel (43,61) belüftbar ist.
5. Magnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (43) im Anschlag (36) angeordnet
ist.
6. Magnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (61) im Ventilschließglied
(15) angeordnet ist.
7. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungskammer
(40) über ein Rückschlagventil (50) belüftbar ist.
8. Magnetventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (50) im An
schlag (36) angeordnet ist.
9. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagtei! (16)
des Ventilschließglieds (15) plattenförmig ausgebildet ist und ausserhalb des Deckungsbereichs mit
der Kammer (40) Durchbrüche (45) hat.
10. Magnetventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (45) teilweise in
Deckung mit dem radial äußeren Bereich der Anschlagfläche (42) der Kammer (40) liegen.
50 verschieden sind. Rückpreller und Klebekräfte beeinflussen
aber die Schaltzeiten der Ventile von Hub zu Hub und von Ventil zu Ventil sehr ungünstig. Dies ist
von besonderem Nachteil bei der Verwendung eines solchen Ventils für die pro Einspritzhub einer Kraftstoffeinspritzpumpe
bzw. pro Kraftstoffversorgungstakt erfolgende Zumessung von Kraftstoff und die dabei
erforderliche Zumeßgenauigkeit.
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