DE3630092A1

DE3630092A1 - Elektromagnetisch betaetigbares ventil

Info

Publication number: DE3630092A1
Application number: DE19863630092
Authority: DE
Inventors: Marcel Dipl Ing Kirchner; Hans Kubach; Asta Reichl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-09-04
Filing date: 1986-09-04
Publication date: 1988-03-17
Also published as: KR880004264A; US4795098A; DE3630092C2; JPS6367479A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigbaren Ven til nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein Ventil be kannt, bei dem eine Führungsmembran an einem mit einem Ventil schließteil verbundenen Anker derart angreift, daß sie mit einer zentralen Führungsöffnung das Ventilschließteil umgreift und radial führt, während sie andererseits an einer Führungskante des Ankers anliegt und den Anker parallel zum Kern führt. Dabei ist jedoch ein großer und kostenintensiver Montageaufwand erforderlich, um eine ausreichend gute Zentrierung von Anker und Ventilschließteil zum Ventilsitz zu gewährleisten.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigbare Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die radiale Führung von Anker und Ventilschließteil ausschließlich durch die gegenüber der Führungsmembran wirkenden Reibkräfte bewirkt wird, so daß eine Selbstzentrierung des Ventil schließteiles zum Ventilsitz möglich ist und bei einer Hubbewegung erhalten bleibt. Hierdurch werden Montageaufwand und Montagekosten wesentlich verringert. Die exakte Justierung des Ventilschließteiles gegenüber dem Ventilsitz gewährleistet, daß beim Aufschlagen des Ventilschließteiles auf den Ventilsitz die Bewegungsenergie auf den vollen Umfang des Ventilsitzes verteilt wird, so daß die Flächen pressung minimiert und damit der Verschleiß verringert wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Ventiles möglich. Besonders vorteilhaft ist es, die Füh rungsmembran im Bereich von sich vom Ventilgehäuse nach innen bis über den Anker erstreckten Magnetpolen mit Durchbrüchen zu versehen.

Weiterhin vorteilhaft ist es, den Anker und das Ventilschließteil einteilig mit einer dem Ventilsitz zugewandten sphärischen Dicht fläche auszubilden, wodurch sich kleine zu bewegende Massen ergeben, so daß nur eine kleine Magnetspule erforderlich ist und kleinere An steuerströme erforderlich sind.

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 erfindungsge mäßen Ventiles,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fi gur 1,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä ßen Ventiles im Querschnitt im Bereich der Führungsmembran,

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventiles in teilweisem Längsschnitt,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kraftstoffeinspritzventil für eine Kraftstoffeinspritzanlage dient beispielsweise zur Ein spritzung von Kraftstoff in das Saugrohr von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Dabei ist mit 1 ein Ventilge häuse bezeichnet, daß einen Boden 2 hat und mit diesem und einem sich daran anschließenden rohrförmigen Abschnitt 3 des Ventilgehäu ses einen Innenraum 4 umschließt. Das Ventilgehäuse 1 ist aus weich magnetischem Material gefertigt. In den Innenraum 4 erstreckt sich ein beispielsweise aus dem Ventilgehäuse herausgebildeter Kern 5, der stufenförmig gestaltet ist. Auf den Kern 5 ist eine Magnetspule 7 aufgesetzt, zu der die Stromzuführung über Kontaktstifte 8 er folgt, die abgedichtet durch den Boden 2 geführt sind und in einem auf das Ventilgehäuse 1 aufgesetzten Stecker 9 enden. An der dem Bo den 2 abgewandten Stirnfläche 10 des Ventilgehäuses 1 liegt ein Pol ring 11 aus weichmagnetischem Material an, von dem sich Magnetpole 12 radial nach innen erstrecken. Der Stirnfläche 10 abgewandt liegt am Polring 11 eine Führungsmembran 14 an, die durch einen Absatz 15 eines Düsenträgers 16 mit dem Polring 11 zusammen gegen die Stirn fläche 10 des Ventilgehäuses 1 axial verspannt durch einen Bördel rand 17 des Düsenkörpers 16 gehalten wird.

In den Düsenträger 16 ist ein Düsenkörper 19 eingesetzt, der eine sacklochförmig ausgebildete, im wesentlichen konisch zum offnen Ende hin sich erweiternde Aufbereitungsbohrung 20 aufweist. Dem Innenraum 4 zugewandt ist am Düsenkörper 19 ein fester Ventilsitz 21 ausgebil det, der in axialer Richtung des Ventiles verlaufend konisch oder sphärisch gestaltet ist und mit dem ein bewegliches Ventilschließ teil 22 zusammenarbeitet. Bei am Ventilsitz 21 anliegendem Ventil schließteil 22 wird zwischen dem Ventilschließteil 22 und einer zur Aufbereitungsbohrung 20 hin abschließenden Zwischenwand 23 im Düsen körper 19 ein Sammelraum 24 umschlossen, der ein möglichst geringes Volumen haben soll. Vom Sammelraum 24 führt durch die Zwischenwand 23 mindestens eine Kraftstoffzumeßbohrung 26, die im allgemeinen ge neigt gegenüber der Ventillängsachse verläuft und zur Kraftstoffzu messung dient. Die Kraftstoffzumeßbohrungen 26 können tangential in die Aufbereitungsbohrung 20 münden oder derart, daß der Kraftstoff aus der Kraftstoffzumeßbohrung an der Zwischenwand 23 zunächst ohne Berührung der in axialer Richtung verlaufenden Wandung der Aufberei tungsbohrung 20 austritt und erst in der Nähe des von der Zwischen wand 23 entfernten Endes der Aufbereitungsbohrung 20 auf deren Wan dung aufprallt und unter Bildung eines feinen Kraftstoffilmes aus der Aufbereitungsbohrung austritt.

Das Ventilschließteil 22 ist einteilig aus weichmagnetischem Mate rial gefertigt und weist einen als Anker 27 dienenden Teilbereich auf, der dem Ventilsitz 21 abgewandt ist und mit einer Anlagefläche 28 lose, d.h. ohne Befestigungsmittel an der Führungsmembran 14 an liegt. Das einstückig ausgeführte Ventilschließteil 22 mit dem Anker 27 ist vorteilhafterweise als Kugelabschnitt ausgebildet, dessen Ku geloberfläche mit dem Ventilsitz 21 zusammenarbeitet und an dessen planer Anlagefläche 28 die Führungsmembran 14 lose angreift und das Ventilschließteil zum Ventilsitz 21 hin beaufschlagt. Wie in Fig. 2 deutlicher dargestellt ist, ragen von einem zwischen dem Absatz 15 des Düsenträgers 16 und dem Polring 11 eingespannten Befestigungs ring 29 der Führungsmembran 14 zum Zentrum hin Federzungen 30, die teilweise den Anker 27 überragen und sich an der Anlagefläche 28 ab stützen. Die Anlagefläche 28 ist in der Fig. 2 strichpunktiert dar gestellt. Die an der Anlagefläche 28 des Ankers 27 anliegenden freien Enden 31 der Federzungen 30 enden vor dem Mittelpunkt der Führungsmembran 14. Beim in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsbei spiel weist die Führungsmembran 14 beispielsweise vier Federzungen 30 auf, zwischen denen Durchbrüche 33 vorgesehen sind, in deren Be reich sich die Magnetpole 12, im dargestellten Fall vier, sternför mig zur Ventillängsachse hin erstrecken. Die sternförmigen Magnet pole 12 minimieren den magnetischen Streufluß und maximieren die hy draulische Dämpfung beim Aufschlag des Ankers 27. Die Magnetpole 12 erstrecken sich soweit in Richtung zur Ventillängsachse hin, daß sie teilweise den Anker 27 überdecken und mit Abstand gegenüber dem Kern 5 enden wobei sie in ihrem den Anker 27 nicht überdeckenden Bereich der Führungsmembran 14 zugewandt Ausnehmungen 34 aufweisen.

In der Wandung des rohrförmigen Abschnittes 3 ist eine Kraftstoffzu führbohrung 35 ausgebildet, über die Kraftstoff mit insbesondere niederem Druck von einer nicht dargestellten Kraftstoffversorgungs quelle zugeführt wird und in den Innenraum 4 des Ventilgehäuses 1 gelangen kann. Nicht benötigter Kraftstoff sowie eventuell enthal tene Dampfblasen gelangen nach Umspülung der Magnetspule 7 zu einer ebenfalls mit dem Innenraum 4 in Verbindung stehenden Kraftstoff rückströmbohrung 36 im Ventilgehäuse 1 und von dort zurück zur Kraftstoffversorgungsquelle. Der Kraftstoffdruck sowie die Federzun gen 30 halten den Anker 27 mit dem Ventilschließteil 22 in Schließ stellung am Ventilsitz 21, an dem sich das Ventilschließteil 22 selbstjustierend zentrieren kann, da keine starre Verbindung zu den Federzungen 30 besteht. Wird nun die Magnetspule erregt, so wird aufgrund des erzeugten Elektromagnetfeldes der Anker 27 entgegen der Kraft der Federzungen 30 zu den Magnetpolen 12 hin gezogen und kommt mit seiner planen Anlagefläche 28 an den Magnetpolen 12 zur Anlage. Während dieser Öffnungsbewegung behält aufgrund der Reibkraft zwi schen den Federzungen 30 und der Anlagefläche 28 des Ankers 27 der Anker seine radiale Stellung bei und wird aufgrund dieser Reibkraft auch nach dem Entregen der Magnetspule 7 während der Schließbewe gung des Ventilschließteiles 22 in dieser radialen Stellung gehal ten, so daß das Ventilschließteil 22 zentrisch auf dem Ventilsitz 21 auftrifft. Die sich berührenden Bereiche der Anlagefläche 28 des An kers 27 und der Magnetpole 12 sowie der Ventilsitz 21 können mit verschleißfesten Oberflächen versehen sein, z.B. durch Nitrieren oder Beschichten mit einem härteren Material.

Das in Fig. 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel zeigt einen Querschnitt durch das Ventil etwa in Höhe der Linie II-II in Fig. 1 mit drei Magnetpolen 12, bei dem die gegenüber den Fig. 1 und 2 gleichgebliebenen und gleichwirkenden Teile durch die gleichen Be zugszeichen gekennzeichnet sind. Die Führungsmembran 14 nach dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 weist einen zentralen Anlagebereich 38 auf, der sich über einen Teil der Anlagefläche 28 des Ankers 27 erstreckt und zusammen mit federnden Stegen 39 die Durchbrüche 33 begrenzt, in deren Bereich die Magnetpole 3 verlaufen, die teilweise die Anlagefläche 28 des Ankers 27 überragen. Die drei die Durch brüche 33 begrenzenden Stege 39 verlaufen zueinander innerhalb des Befestigungsringes 29 annähernd in Form eines gleichseitigen Drei eckes und begrenzen zwischen sich und dem Befestigungsring 29 Aus sparungen 40. Verbindungsstege 41 vom Anlagebereich 38 zu jedem Steg 39 sind schmal gehalten, um eine leichte Durchbiegung zu gewährlei sten, so daß beim Hub der Anlagebereich 38 weitgehend plan bleibt. Wie beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 das Ventilschließteil selbsttätig im Ventilsitz justiert, und bei einer Hubbewegung wird die radiale Lage infolge der Reibkräfte zwischen dem Anlagebereich 38 der Füh rungsmembran 14 und der Anlagefläche 28 des Ankers 27 beibehalten.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 sind die gegenüber den bisherigen Ausführungsbeispielen gleichbleibenden und gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekenn zeichnet. Dabei hat der Anker 27 einen Kragen 42, der der Führungs membran 14 zugewandt über den kugelabschnittförmigen Anker 27 bzw. das Ventilschließteil 22 in der Ebene der Anlagefläche 28 hinausragt und der teilweise von dem Anlagebereich 38 der Führungsmembran 14 überragt wird und einen sich in Richtung des Ventilsitzes 21 er streckenden Rand 43 aufweist, an dessen der Anlagefläche abgewandter Gegenfläche 44 Haltezungen 45 mit ihren freien Enden angreifen, die andererseits an einem Mittelring 46 der Führungsmembran 14 befestigt sind. Von dem Anlagebereich 38 der Führungsmembran 14 führen die Verbindungsstege 41 ebenfalls zu dem Mittelring 46, an dem anderer seits die Stege 39 in ihrem mittleren Bereich angreifen. Bei dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier ein Quadrat bildende Stege 39 vorgesehen. Der Kragen 42 muß nicht als Kreisring, wie gestrichelt in Fig. 5 dargestellt ist, ausgeführt sein, sondern es können entsprechend der Darstellung in Fig. 5 ein zelne Kragenabschnitte mit endlicher Breite entsprechend den in Fi gur 5 mit 42 bezeichneten Kragenabschnitten vorgesehen sein. In Fi gur 5 sind vier Kragenabschnitte 42 dargestellt, über die und die Haltezungen 45 eine gewisse axiale Haltekraft des Ankers 27 an der Führungsmembran 14 ausgeübt wird. Diese Haltekraft erlaubt jedoch wie oben bereits zu den anderen Ausführungsbeispielen beschrieben, daß sich das Ventilschließteil 22 selbsttätig an dem Ventilsitz 21 justiert. Ausbuchtungen 48 in dem Anker 27 bzw. dem Ventilschließ teil 22 ermöglichen eine Verringerung der Masse und damit eine Ver ringerung der erforderlichen Magnetkraft.

Claims

1. Elektromagnetisch betätigbares Ventil, insbesondere Kraftstoff einspritzventil für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschi nen mit einem Ventilgehäuse, einer auf einem Kern aus ferromagneti schem Material aufgebrachten Magnetspule und einem Anker, der mit einem mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilschließ teil fest verbunden und durch eine an ihrem Außenumfang gehäusefest eingespannte Führungsmembran in Richtung zum Ventilsitz hin beauf schlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmembran (14) in einer Ebene zwischen dem Kern (5) und dem Anker (22, 27) verläuft und ohne Befestigungsmittel an einer planen Anlagefläche (28) des Ankers (22, 27) lose anliegt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungs membran (14) im Bereich von sich vom Ventilgehäuse (1) nach innen bis über den Anker (22, 27) erstreckenden Magnetpolen (12) mit Durchbrüchen (33) versehen ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Anker (27) und Ventilschließteil (22) einstückig mit einer dem Ventilsitz (21) zugewandten sphärischen Dichtfläche ausgebildet sind.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Anker (27) und Ventilschließteil (22) als Kugelabschnitt ausgebildet sind.

5. Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmembran (14) mit sich zwischen den Magnetpolen (12) nach in nen erstreckenden Federzungen (30) versehen ist, deren freie Enden (31) am Anker (27) angreifen.

6. Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmembran (14) einen am Anker (27) anliegenden zentralen An lagebereich (38) und federnde Stege (39) hat, an denen der Anlage bereich (38) aufgehängt ist.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (27) einen Kragen (42) hat, der dem Kern (5) zugewandt mit einer An lagefläche (28) am zentralen Anlagebereich (38) der Führungsmembran (14) anliegt und dessen dem Ventilsitz (21) zugewandte Gegenfläche (44) von Haltezungen (45) der Führungsmembran (14) überragt und von diesen am Anlagebereich (38) gehalten werden.