DE3627793A1 - Elektromagnetisch betaetigbares ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätig­ bares Ventil, insbesondere Einspritzventil für Kraft­ stoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, bei welchem eine mit einem Magnetkern versehene Magnet­ spule und ein mit einem Anker versehenes bewegliches Ventilteil angeordnet sind.

An elektromagnetisch betätigbare Ventile, insbeson­ dere Einspritzventile für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, werden teilweise schwierig zu erfüllende Anforderungen gestellt. Außer einer hohen Zuverlässigkeit und einer großen Lebensdauer ist eine möglichst genaue Einspritzmenge je Arbeits­ hub erforderlich. Eine weitere Forderung ist die preiswerte Herstellbarkeit. Im Sinne dieser Forde­ rung sind Justiervorgänge bei der Herstellung des Ventils so weit wie möglich zu vermeiden.

Es sind daher bereits viele verschiedene elektromag­ netisch betätigbare Ventile bekanntgeworden. Im wesentlichen werden zwei Gruppen von Bauformen unter­ schieden, nämlich Ventile mit nadelartigem bewegten Ventilteil und Flachankerventile.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elek­ tromagnetisch betätigbares Ventil anzugeben, bei welchem die obenerwähnten Forderungen weitgehend er­ füllt werden.

Das erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigbare Ventil ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei axial aneinander anschließende Gehäuseteile vorgesehen sind, daß das erste Gehäuseteil von einem äußeren Kernteil gebildet ist, welches zusammen mit einem inneren Kernteil den Magnetkern bildet, und daß das zweite Gehäuseteil Führungen für das bewegliche Ven­ tilteil, einen Ventilsitz und eine Ausspritzöffnung umfaßt.

Bei dem erfindungsgemäßen Ventil ist es besonders vorteilhaft, daß die einen magnetischen Kreis bilden­ den Teile, also das innere Kernteil, das äußere Kern­ teil und der Anker, eine Baugruppe bilden, während diejenigen Teile, welche besonderen Anforderungen bezüglich ihrer Festigkeit und ihrer Maßgenauigkeit genügen müssen, in einer weiteren Baugruppe zusammen­ gefaßt sind.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das bewegliche Ventilteil zwei mindestens teilweise zylindrische Führungsflächen aufweist und daß auf einem, dem Magnetkern zugewandten Ende des bewegli­ chen Ventilteils ein den Anker bildendes ringförmi­ ges Teil aus weichmagnetischem Material aufgesetzt ist. Mit dieser Weiterbildung wird ermöglicht, daß bei gegebener zugeführter elektrischer Energie hohe Anzugskräfte erzeugt werden, obwohl das bewegliche Ventilteil selbst aus einem Material, mit hoher Ab­ riebfestigkeit besteht, was nicht unbedingt gleich­ zeitig gute magnetische Eigenschaften aufweist.

Durch die Zuordnung des Ankerteils zum beweglichen Ventilteil und zu dessen Lagerbohrungen wird eine optimale Luftspaltausbildung hoher Präzision und dadurch eine maximale Ausnutzung des Magnetkreises erreicht.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist darin zu sehen, daß das zweite Gehäuseteil aus härtbarem Material besteht. Eine besonders günstige Ausgestaltung er­ gibt sich dadurch, daß das zweite Gehäuseteil topf­ artig ausgebildet ist, wobei der Boden am äußeren Kernteil anliegt, daß der Boden eine Bohrung zur Auf­ nahme einer ersten zylindrischen Führungsfläche des beweglichen Ventilteils aufweist, und daß eine im zweiten Gehäuseteil angeordnete Scheibe als Ventil­ sitz ausgebildet ist und eine Bohrung aufweist, die eine zweite Führungsfläche des beweglichen Ventil­ teils aufnimmt.

Dabei kann vorgesehen sein, daß ein im wesentlichen halbkugelförmiges Schließglied gleichzeitig die zwei­ te Führungsfläche bildet.

Dieses hat den Vorteil, daß sowohl die Schließfläche als auch die Führungsfläche in einem Arbeitsgang her­ gestellt werden. Führung und Dichtsitz bilden dabei nach Art eines Kalottengelenks einen Drehpunkt für das bewegliche Ventilteil, so daß eine weitgehende Unabhängigkeit der Lagerstellen des beweglichen Ven­ tilteils entsteht. In der Ebene, in der die Führungs­ fläche an der Wand der Führungsbohrung anliegt, liegt vorzugsweise auch der Mittelpunkt des Schließ­ glieds.

Bei Ventilen nach der Gattung des Hauptanspruchs ist Vorsorge zu treffen, daß nach dem Abschalten des Stroms durch die Magnetspule der Anker nicht an dem Magnetkern "kleben" bleibt. Dazu ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß ein eine Aufbereitungsbohrung aufweisendes Abschlußteil in das zweite Gehäuseteil einschraubbar ist und die Scheibe entgegen der Kraft einer im zweiten Gehäuse­ teil angeordneten Schraubenfeder in Richtung auf den Boden drückt und daß das bewegliche Ventilteil einen ringförmigen Anschlag aufweist, welcher mit dem Bo­ den zusammenwirkt und die Bewegung des beweglichen Ventilteils in Richtung auf den Magnetkern begrenzt. Dieses führt zu einer Einstellbarkeit des Ventil­ hubes.

Zur Verhinderung des Klebens kann jedoch auch gemäß einer anderen Weiterbildung vorgesehen sein, daß die dem Anker zugewandte Fläche (Polfläche) des inneren Kernteils mit einer Schicht aus nicht magnetisier­ barem Material versehen ist. Dabei kann eine Schicht aufgebracht oder eine Scheibe, vorzugsweise aus Nickelstahl, aufgelegt sein.

Zur Zentrierung des ersten Gehäuseteils mit dem zwei­ ten Gehäuseteil bei der Herstellung kann gemäß einer anderen Weiterbildung vorgesehen sein, daß das erste Gehäuseteil einen Rand aufweist, welcher den Boden des zweiten Gehäuseteils zentriert.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines er­ findungsgemäßen Ventils sieht vor, daß eine Bohrung für den Anker im äußeren Kernteil und eine Bohrung für die eine zylindrische Führungsfläche im zweiten Gehäuseteil nach dem Zusammensetzen der Gehäuseteile auf ihren endgültigen Durchmesser gebracht werden. Dabei können die Oberflächen in den Bohrungen gemein­ sam geschliffen werden.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zwei davon sind schematisch in der Zeichnung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend be­ schrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel im Längs­ schnitt und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel im Längs­ schnitt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Einspritzventil bil­ den ein inneres Kernteil 1 und ein äußeres Kernteil 2 einen Magnetkern in der Art eines Schalenkerns und zugleich ein erstes Gehäuseteil. Beide Kernteile sind aus weichmagnetischem Material hergestellt. Auf das innere Kernteil 1 ist ein Spulenträger 3 aus Kunststoff aufgebracht, welcher die Magnetspule 4 trägt, die mit elektrischen Anschlüssen versehen ist, von denen lediglich ein Anschluß 5 in Fig. 1 dargestellt ist. Zwischen dem inneren Kernteil 1 und dem äußeren Kernteil 2 ist eine Dichtung 6 angeord­ net. Zur Abdichtung des elektrischen Anschlusses 5 dient eine weitere Dichtung 7.

In einer zentrischen Bohrung des inneren Kernteils 1 ist ein Bolzen 8 angeordnet, auf den sich eine Schraubenfeder 9 abstützt, welche das bewegliche Ventilteil 18 und damit das Schließglied 23 auf den Ventilsitz 21 preßt, wodurch das Ventil geschlossen wird. Entgegen der Kraft der Schraubenfeder 9 wird bei Bestromung der Magnetspule 4 ein aus weichmagne­ tischem Material bestehender Anker 19 in Richtung auf das innere Kernteil gezogen. Die Federkraft kann durch Verschieben des Bolzens 8 justiert werden, worauf durch Zusammenquetschen eines rohrförmigen Fortsatzes des inneren Kernteils 1 an der Stelle 10 eine Fixierung des Bolzens 8 erfolgt.

Das äußere Kernteil 2 bildet gleichzeitig ein erstes Gehäuseteil mit einem ringförmigen Ansatz 14, der zur Aufnahme eines zweiten Gehäuseteils 13 dient. Das zweite Gehäuseteil ist topfförmig ausgebildet, wobei der Boden eine Bohrung 17 aufweist, welche ein erstes Lager für das bewegliche Ventilteil 18 bil­ det. Das zweite Gehäuseteil 13 ist mit dem ersten mit Hilfe einer schematisch angedeuteten Schweißnaht 15 verbunden.

Ein zweites Lager für das bewegliche Ventilteil 18 befindet sich in einer Scheibe 20, welche in das zweite Gehäuseteil 13 eingesetzt ist und sowohl den Ventilsitz 21 als auch ein zweites Lager 22 für das bewegliche Ventilteil 18 bildet. Gegenüber dem zweiten Gehäuseteil 13 ist die Scheibe 20 mit Hilfe einer Dichtung 31 abgedichtet.

An die Scheibe 20 schließt sich eine weitere Scheibe 30 an, welche eine Kraftstoffaustrittsöffnung 24 trägt, welche in an sich bekannter Weise schräg ange­ ordnet ist, um eine günstige Vernebelung des Kraft­ stoffs in der anschließenden Aufbereitungsbohrung 25 zu gewährleisten. Die Aufbereitungsbohrung 25 ist in einem Abschlußteil 26 angeordnet, welches mit Hilfe eines Gewindes 27 in das zweite Gehäuseteil 13 ein­ schraubbar ist. Zur Aufnahme eines entsprechenden Schlüssels sind in dem Abschlußteil 26 Bohrungen 28, 29 vorgesehen. Eine Schraubenfeder 32 drückt die Scheibe 20 mit dem Ventilsitz 21 gegen das Abschluß­ teil 26.

Der Kraftstoff gelangt über eine Eintrittsöffnung 33 in das zweite Gehäuseteil 13 und bei geöffnetem Ven­ til am Schließglied vorbei durch die Kraftstoffaus­ trittsbohrung. Zur Vergrößerung des Strömungsquer­ schnitts ist das Schließglied 23 an seinem Umfang mit Abflachungen 34, 35 versehen.

In an sich bekannter Weise ist das in Fig. 1 darge­ stellte Ventil für einen Kraftstoffkreislauf vorge­ sehen. Dazu wird die nicht abgespritzte Menge des Kraftstoffs durch den Spalt zwischen dem beweglichen Ventilteil 18 und der Bohrung 17 und durch den Spalt zwischen dem Anker 19 und der Bohrung 16 im äußeren Kernteil in den Innenraum des äußeren Kernteils ge­ leitet. Ein Teil des Kraftstoffs umströmt die Magnet­ spule 4 und trägt somit zur Kühlung bei, während ein anderer Teil durch die zentrische Bohrung 34 und eine radiale Bohrung 35 im inneren Kernteil, durch eine radiale Bohrung 36 im Spulenkörper 3 geleitet wird. Eine radiale Bohrung 37 im äußeren Kernteil 2 stellt die Austrittsöffnung für den Kraftstoff dar, von wo aus der Kraftstoff wieder zur nicht darge­ stellten Kraftstoffpumpe geleitet wird.

Bei Bestromung der Magnetspule 4 wird, wie bereits erwähnt, der Anker 19 an das innere Kernteil 1 heran­ gezogen. Um den Hub des Ankers 19 derart zu begren­ zen, daß ein Kleben des Ventils in Folge von remanen­ tem Magnetismus vermieden wird, ist das bewegliche Ventilteil 18 mit einer Schulter 38 versehen, welche bei geöffnetem Ventil auf der Oberfläche des Bodens des zweiten Gehäuseteils 13 aufliegt. Dabei sind die Abmessungen des Magnetkerns, des Ankers 19, des zwei­ ten Gehäuseteils 13 und des beweglichen Ventilteils 18 derart gewählt, daß ein genügend großer Restluft­ spalt 39 bei angezogenem Anker 19 verbleibt.

Je nachdem, wie weit das Abschlußteil 26 in das zweite Gehäuseteil 13 eingeschraubt ist, ergibt sich ein verschieden großer Arbeitshub des Ventils. Somit kann durch Drehen an dem Abschlußteil 26 die ge­ wünschte Kraftstoffmenge je Ventilspiel eingestellt und durch Verschweißen bei 40 fixiert werden.

Zur einwandfreien Funktion des Einspritzventils ist eine teilweise recht genaue Einhaltung der vorgegebe­ nen Maße erforderlich. Insbesondere ist die Lagerung des beweglichen Ventilteils eng toleriert, wobei zu beachten ist, daß an den Lagerstellen eine geringe Reibung auftritt und sich im Laufe der Lebensdauer das Spiel nicht in unzulässiger Weise erhöht. Um diese Forderungen auch mit einem preisgünstigen Fer­ tigungsverfahren vereinbaren zu können, sind bei dem erfindungsgemäßen Ventil die Teile mit hoher mecha­ nischer Beanspruchung im zweiten Gehäuseteil 13 und die Teile, welche bestimmte magnetische Eigenschaf­ ten aufzuweisen haben, im ersten Gehäuseteil 1, 2 zusammengefaßt.

Um ferner einen gleichmäßig verlaufenden Luftspalt zwischen dem Anker 19 und der Bohrung 16 des äußeren Kernteils 2 zu erhalten, kann nach dem Zusammenfügen des ersten und des zweiten Gehäuseteils die Feinbe­ arbeitung der Bohrungen 16 und 17, beispielsweise durch Schleifen erfolgen. Dabei kann je nach Voraus­ setzungen im einzelnen - wie bei der Anordnung nach Fig. 1 - die zylindrische Führungsfläche 41 des beweglichen Ventilteils 18 und der Anker 19 gleiche Durchmesser aufweisen. In diesem Fall ist die Boh­ rung 16 mit einem größeren Durchmesser als die Boh­ rung 17 zu versehen. Bei einer gemeinsamen Verarbei­ tung ergibt sich jedoch auch hier der Vorteil einer genauen übereinstimmung der Achsen beider Bohrungen. Es kann jedoch auch der Durchmesser des Ankers 19 kleiner gewählt werden als der Durchmesser des die Führungsfläche 41 bildenden Teils des beweglichen Ventilteils 18, so daß die Bohrungen 16 und 17 gleiche Durchmesser aufweisen und in einem Arbeits­ gang feinbearbeitet werden können.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Einspritzventil be­ steht der Magnetkern wiederum aus einem inneren Kern­ teil 51 und einem äußeren Kernteil 52, wobei eine Magnetspule 53 auf das innere Kernteil aufgebracht ist. Das innere Kernteil weist eine zentrale Bohrung 54 auf, welche einen Bolzen 55 aufnimmt, auf dem sich eine Schraubenfeder 56 abstützt. Gegenüber dem Einspritzventil nach Fig. 1 ist der Bolzen 55 als Schraubbolzen ausgeführt und kann zur Justierung der Federkraft in die Bohrung 54 mehr oder weniger weit hereingeschraubt werden, wobei für einen Schrauben­ schlüssel ein Innensechskant 57 vorgesehen ist.

Wie bei dem Einspritzventil nach Fig. 2 ist der Anker 58 als Hülse aus weichmagnetischem Material gebildet. Der Anker 58 umschließt einen Zapfen 59 des beweglichen Ventilteils 60. Ein Teil des Zapfens ist konisch ausgeführt, so daß der Anker 58 trotz der bei der Betätigung des Ventils auftretenden Kräf­ te sich nicht auf dem Zapfen 59 verschieben kann.

Der Durchmesser des Ankers ist etwas geringer als der Durchmesser der zylindrischen Führungsfläche 61 des beweglichen Ventilteils 60, so daß die Bohrungen 62 und 63 im äußeren Kernteil und im zweiten Gehäuse­ teil 64 gleich groß sind und daher in einem Arbeits­ gang hergestellt bzw. feinbearbeitet werden können.

Im Gegensatz zum Einspritzventil nach Fig. 1 ist bei dem Einspritzventil nach Fig. 2 am beweglichen Ven­ tilteil 60 keine konstruktive Maßnahme zur Sicherung eines Restluftspalts vorgesehen. Zum Vermeiden des sogenannten Klebens ist jedoch das innere Kernteil mit einer Scheibe 65 aus nicht magnetisierbarem Material, beispielsweise Nickelstahl, versehen. Die Scheibe 65 weist außen einen Rand 66 auf, so daß sie wie eine Kappe auf das den Pol bildende Ende des inneren Kernteils 51 aufgesetzt ist.

Zur weiteren Führung des beweglichen Ventilteils ist in dem zweiten Gehäuseteil 64 eine weitere Bohrung 67 vorgesehen, in der eine weitere zylindrische Führungsfläche 68 des beweglichen Ventilteils 60 gelagert ist. Beide zylindrischen Führungsflächen 61, 68 sind wie bei dem Ventil nach Fig. 2 mehrfach abgeflacht. Dadurch wird nicht nur ein Durchtritt des Kraftstoffs erleichtert, sondern auch die Rei­ bung verringert.

Der Ventilsitz 69 wird von dem unteren Gehäuseteil 64 gebildet, in welches ein die Austrittsöffnung 70 umfassendes Teil 71 eingesetzt ist. Ein in das zwei­ te Gehäuseteil 64 eingesetzter Ring 72 trägt eine Aufbereitungsbohrung 73.

Sowohl das äußere Kernteil 52 als auch das zweite Gehäuseteil 64 sind von je einem Kraftstoffsieb 74, 75 umgeben, die mit Hilfe von ringförmigen Stützkör­ pern 76, 77, 78, 79 und 80 gehalten werden. Ferner sind am Umfang des äußeren Kernteils 52 und des zwei­ ten Gehäuseteils 64 Dichtringe 81, 82 vorgesehen. Das ganze Ventil ist in einem Halteteil 83 gelagert, welches Teil eines Ansaugkanals an der Brennkraft­ maschine ist und mit Bohrungen 84, 85 für den Kraft­ stoffkreislauf versehen ist. Um den Strömungswider­ stand des Ventils nach Fig. 2 zu verringern, kann eine achsparallele Bohrung 86 und eine radiale Boh­ rung 87 vorgesehen sein. Eine ähnliche Maßnahme kann auch bei der Anordnung nach Fig. 1 angewendet wer­ den.

Anstelle der Scheibe 65 kann zur Verhinderung des Klebens auch eine geeignete Beschichtung der Pol­ fläche des inneren Kernteils 51 vorgesehen sein.

Claims (12)

1. Elektromagnetisch betätigbares Ventil, insbeson­ dere Einspritzventil für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, bei welchem eine mit einem Magnetkern versehene Magnetspule und ein mit einem Anker versehenes bewegliches Ventilteil angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei axial anein­ ander anschließende Gehäuseteile vorgesehen sind, daß das erste Gehäuseteil (2, 52) von einem äußeren Kernteil (2, 52) gebildet ist, welches zusammen mit einem inneren Kernteil (1, 51) den Magnetkern bil­ det, und daß das zweite Gehäuseteil (13, 64) Führun­ gen für das bewegliche Ventilteil (18, 60) , einen Ventilsitz (21, 69) und eine Ausspritzöffnung (24, 70) umfaßt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Ventilteil (18, 60) zwei minde­ stens teilweise zylindrische Führungsflächen auf­ weist und daß auf einem, dem Magnetkern zugewandten Ende des beweglichen Ventilteils ein den Anker bil­ dendes ringförmiges Teil aus weichmagnetischem Mate­ rial aufgesetzt ist.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gehäuseteil aus härtbarem Material besteht.

4. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gehäuseteil (13) topfartig ausgebil­ det ist, wobei der Boden am äußeren Kernteil (2) anliegt, daß der Boden eine Bohrung (17) zur Auf­ nahme einer ersten zylindrischen Führungsfläche (41) des beweglichen Ventilteils (18) aufweist, und daß eine im zweiten Gehäuseteil (13) angeordnete Scheibe (20) als Ventilsitz (21) ausgebildet ist und eine Bohrung (22) aufweist, die eine zweite Führungs­ fläche (42) des beweglichen Ventilteils (18) auf­ nimmt.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen halbkugelförmiges Schließ­ glied (23) gleichzeitig die zweite Führungsfläche (42) bildet.

6. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine Aufbereitungsbohrung (25) aufweisendes Abschlußteil (26) in das zweite Gehäuseteil (13) einschraubbar ist und die Scheibe (20) entgegen der Kraft einer im zweiten Gehäuseteil (13) angeordneten Schraubenfeder (32) in Richtung auf den Boden drückt und daß das bewegliche Ventilteil (18) einen ring­ förmigen Anschlag (38) aufweist, welcher mit dem Boden zusammenwirkt und die Bewegung des beweglichen Ventilteils (18) in Richtung auf den Magnetkern (1) begrenzt.

7. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen (41, 42; 61, 68) teilweise abgeflacht sind.

8. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Anker (19, 58) zugewandte Fläche (Pol­ fläche) des inneren Kernteils (1, 51) mit einer Schicht (65) aus nicht magnetisierbarem Material ver­ sehen ist.

9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht magnetisierbare Schicht (65) aus Nickelstahl besteht.

10. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gehäuseteil (2, 52) einen Rand (14) aufweist, welcher den Boden des zweiten Gehäuseteils (13) zentriert.

11. Verfahren zur Herstellung eines Ventils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bohrung für den Anker im äußeren Kernteil und eine Bohrung für die eine zylindrische Führungsfläche im zweiten Gehäuseteil nach dem Zusammensetzen der Gehäuseteile auf ihren endgültigen Durchmesser gebracht werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bohrungen gemeinsam geschliffen werden.