DE3700356A1 - Magnetventil zur steuerung von fluessigkeitsmengen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Magnetventil zur Steuerung von Flüssigkeitsmengen, insbesondere von Einspritzanlagen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Derartige Magnetventile sind entsprechend ihrem Einsatz­ zweck konstruiert. So weisen derartige mit einem Steuerschieber arbeitende und direkt betätigte Magnet­ ventile für niedere Drücke einen geringeren Abstand auf zwischen der am Steuerschieber vorgesehenen Quer­ nut und den in die den Steuerschieber aufnehmende Bohrung mündenden Steuernuten der Flüssigkeitsleitung als dieses bei höheren abzusperrenden Drücken erforder­ lich ist. Der Grund dafür liegt in dem Durchlecken von Flüssigkeit zwischen Steuerschieber und Gehäuse­ bohrung, was bei Flüssigkeitssystemen, die sehr genau arbeiten müssen, wie beispielsweise Kraftstoffein­ spritzanlagen, erhebliche Nachteile haben kann. Ein längerer Hub verlangt entsprechend eine längere Ansprech- oder auch Abfallzeit für die Zurücklegung dieses verhältnismäßig großen Weges, wobei diese Zeit bei hohen Drücken noch durch zusätzliche Reibungsfaktoren, die unter Umständen auch kräftigere Rückstellfedern erfordern, verlängert wird. Bei niederen Drücken und kleinen Wegen kann hingegen sehr schnell geschaltet werden, trotz aufgrund der niederen Drücke geringen Leckagefehlern. Besonders beim Einsatz innerhalb von Kraftstoffeinspritzanlagen werden an ein Magnet­ ventil einerseits hohe Forderungen an die Schaltge­ schwindigkeit und damit Kraftstoffzumeßpräzision gestellt und andererseits müssen in manchen Steuer­ situationen außerordentlich hohe Drücke, nämlich bis zu 1000 bar vom Magnetventil beherrscht werden.

Da ein Magnetventil entsprechend den Höchstforderungen ausgelegt sein muß, das heißt bei kurzen Schaltzeiten und hohen Drücken bei ausreichender Dichtheit ent­ sprechend große Magnete braucht, sind solche für sehr unterschiedliche Drücke einsetzbare Magnetventile räumlich verhältnismäßig groß, entsprechend teuer und weisen einen hohen Stromverbrauch auf. Dieser Nachteil wirkt sich besonders bei Einspritzanlagen nachteilig aus, wo ohnehin verhältnismäßig wenig Platz im Bereich der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Magnetventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß man nur dann die erhöhte Dichtheit mit den verhältnismäßig langen Stellhüben des Steuer­ schiebers einsetzt, wenn das Ventil tatsächlich hohen Drücken ausgesetzt ist. Für die übrigen Megensteuervor­ gänge bei niederen Drücken wird nur die erste Sperr­ stellung des Steuerschiebers geschaltet, so daß ent­ sprechend schnelle und präzise Mengensteuerungen möglich sind. Auf diese Weise kann beispielsweise beim Einsatz in einer Kraftstoffeinspritzanlage über die erste Sperrstellung während des Saughubs des Pumpenkolbens die Kraftstoffzumessung gesteuert werden und es könnte während des Druckhubs des Pumpenkolbens die zweite Sperrstellung eingefahren werden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung arbeitet der Magnet mit zwei Spulen, so daß beispiels­ weise für die erste Sperrstellung nur eine Spule hingegen für die zweite Sperrstellung beide Spulen eingeschaltet werden. Hierdurch wird vorteilhafterweise elektrische Energie gespart, da jeweils nur die Spule erregt wird, die tatsächlich erforderlich ist. Hierbei ist es denkbar, daß die beiden Spulen parallel oder alternativ geschaltet sind, so daß endgültig für die beiden Schaltstellungen eine unterschiedlich starke oder einen unterschiedlichen Hub bewirkende Kraft am Anker angreift.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Hochdruckstellung des Steuerschiebers durch weiteres Verschieben in Sperrichtung, nämlich aus der ersten Sperrstellung in die zweite Sperrstellung erreicht. Hierdurch muß nur für die Hochdruckeinspritzung der Steuerschieber in Sperrichtung gleichsinnig verschoben werden, um den erforderlichen größeren Abstand zwischen der Quernut und den Steuernuten zu erhalten. Dies ist besonders dann interessant, wenn nur ein kurzfristiges Umschalten auf Hochdruckstellung erforderlich ist, so daß man nach Zurückschalten wieder sehr schnell aus der ersten Sperrstellung in die Öffnungsstellung fahren kann.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zwei Rückstellfedern vorhanden, von denen eine erste Feder (23) stets am Steuerschieber (18) angreift und eine zweite Feder (29) bei der Verstellung des Steuerschiebers (18) zwischen der ersten und der zweiten Sperrstellung, wobei die zweite Feder (29) an einem axial verschiebbaren Anschlag (31) angreift, an dem der Steuerschieber (18) zur Bestimmung der ersten Sperrstellung anliegt und der beim Weg in die zweite Sperrstellung vom Steuerschieber (18) mitge­ nommen wird.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine mit einem erfindungsgemäßen Magnetventil ausgestattete Kraftstoff­ einspritzanlage in sehr vereinfachter Darstellung,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Magnetventil nach Fig. 1 in erster Sperrstellung und

Fig. 3 einen ent­ sprechenden Ausschnitt in zweiter Sperrstellung.

In der in Fig. 1 stark vereinfacht dargestellten Kraftstoffeinspritzanlage wird eine Pumpedüse 1 von einer Förderpumpe 2 aus einem Kraftstoffbehälter 3 her mit Kraftstoff versorgt, wobei in der Kraftstoff­ leitung 4 ein erfindungsgemäßes Magnetventil 5 ange­ ordnet ist.

In der Pumpedüse 1 wird ein Pumpenkolben 6 über einen Nocken 7 entgegen der Kraft einer Feder 8 angetrieben und begrenzt einen Pumpenarbeitsraum 9. In diesen Pumpenarbeitsraum 9 mündet die Kraftstoffleitung 4 und es zweigt von diesem Pumpenarbeitsraum 9 eine Hochdruckleitung 11 ab, die zu einem Druckraum 12 einer Einspritzdüse führt, mit einer Ventilnadel 13, welche durch eine Schließfeder 14 belastet ist.

Während des durch die Form des Nockens 7 bestimmten Saughubs des Pumpenkolbens 6 strömt über die Kraftstoff­ leitung 4 und solange das Magnetventil 5 offen ist Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 9. Während des sich anschließenden Druckhubs wird dann der Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 9 und solange das Magnetventil 5 geschlossen ist, über die Druckleitung 11 in den Druckraum 12 gefördert und von diesem über Spritz­ öffnungen 15 in den Brennraum des Motors, nachdem die Ventilnadel 13 entgegen der Kraft der Schließfeder 14 von ihrem Sitz abgehoben hat.

Während des Saughubs des Pumpenkolbens 6 kann der Druck im Pumpenarbeitsraum 9 maximal den Förderdruck der Förderpumpe 2 erreichen - es herrscht also Nieder­ druck - während beim Druckhub des Pumpenkolbens 6 außerordentlich hohe Drücke im Pumpenarbeitsraum 9 entstehen können, die durch verschiedene Komponente erzielt werden, z.B. dem Ventilnadelöffnungsdruck im Druckraum 12, der durch die Spritzöffnungen 15 pro Zeiteinheit zu fördernden Kraftstoffmenge usw. In der Kraftstoffleitung 4 herrschen somit sehr unter­ schiedliche Drücke, die sich unmittelbar auf das Magnetventil 5 übertragen.

Das Magnetventil 5 weist ein Ventilgehäuse 16 auf mit einer Steuerbohrung 17, in der ein Steuerschieber 18 arbeitet. Im Ventilgehäuse 16 verlaufen zwei Ab­ schnitte 19 der Kraftstoffleitung 4, die über Steuer­ nuten 21 in die Steuerbohrung 17 münden. Diese Steuer­ nuten 21 wirken mit einer Ringnut 22 des Steuerschiebers 18 zusammen, so daß je nach Hublage des Steuerschiebers 18 die Ringnut 22 in Überdeckung mit den Steuernuten 21 steht oder mehr oder weniger von diesen entfernt ist. In der in Fig. 1 dargestellten Lage besteht eine volle Überdeckung der Nuten, so daß der Kraftstoff von der Förderpumpe 2 durch die Kraftstoffleitung 4 die Steuernuten 21 und die Ringnut 22 zur Pumpedüse 1 strömen kann.

Diese in Fig. 1 dargestellte Ausgangslage des Steuer­ schiebers 18 wird durch eine erste Rückstellfeder 23 erzielt, die sich einerseits an einem Bund 24 des Steuerschiebers 18 und andererseits an einer Auflagefläche 25 des Ventilgehäuses 16 abstützt. Die Ausgangslage des Steuerschiebers 18 wird durch ein Magnetgehäuse 26 bestimmt, indem zwei Magnet­ spulen 27 koaxial zu einem Anker 28 angeordnet sind, der in den Magnetspulen 27 axial verschiebbar mit dem Steuerschieber 18 verbunden ist. Außerdem stützt sich an der Auflagefläche 25 eine zweite Rückstell­ feder 29 ab, die sich andererseits an einem axial verschiebbaren Ring 31 abstützt, der wiederum in der in Fig. 1 dargestellten Ausgangslage an einer Schulter 32 des Ventilgehäuse 16 anliegt und außerdem mit dem Bund 24 so zusammenwirkt, daß dieser Bund 24 nach Verschieben des Steuerschiebers 18 nach Zurück­ legung eines ersten Hubes auf den Ring 31 stößt und diesen für einen weiteren zweiten Hub mitnimmt, so daß bei dem ersten Hub nur die erste Rückstellfeder 23 auf den Steuerschieber 18 wirkt, während bei dem zweiten Hub dann noch über den Ring 31 die zweite Rückstellfeder 29 zugeschaltet ist.

Während in Fig. 1 die Ausgangsstellung des Steuerschiebers 18 dargestellt ist, sind in den Fig. 2 und 3 jeweils eine erste und eine zweite Sperrstellung des Steuer­ schiebers 18 gezeigt. Während bei der ersten in Fig. 2 dargestellten Sperrstellung die Ringnut 22 von den Steuernuten 21 gerade soweit getrennt ist, daß ein Durchfluß verhindert wird, hat bei der zweiten in Fig. 3 dargestellten Sperrstellung der Steuerschieber 18 einen weiteren Weg zurückgelegt, wodurch ein Durch­ lecken von Kraftstoff von der einen Steuernut 21 zur anderen weitgehend verhindert wird. In der ersten Sperrstellung ist nur die Rückstellfeder 23 zusammenge­ preßt, hingegen in der zweiten Sperrstellung auch die Rückstellfeder 29.

Erfindungsgemäß kann mit dem Magnetventil 5 durch Erregen nur einer der Magnetspulen 27 die Kraftstoff­ leitung 4 gesperrt werden, beispielsweise um die Kraftstoffzumessung zum Pumpenarbeitsraum 9 zu steuern. Sobald dann im Pumpenarbeitsraum 9 Hochdruck herrscht, wird durch Zuschalten der zweiten Magnetspule 27 der Steuerschieber 18 in die in Fig. 3 gezeigte Stellung verschoben, so daß eine verbesserte Dichtheit für die Sperrung der Kraftstoffleitung 4 gegeben ist. Da die Rückstellfedern 23 und 29 den Magnetkräften der beiden Magnetspulen 27 in Verbindung mit dem Anker 28 entsprechen, kann natürlich auch während eines im Pumpenarbeitsraum herrschenden Hochdruckes ein Schaltvorgang in Aufsteuerstellung des Magnetventils 5 stattfinden, was beispielsweise zur Beendigung der Einspritzung gewünscht sein kann.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

• Bezugszahlenliste:  1 Pumpendüse
   2 Förderpumpe
   3 Kraftstoffbehälter
   4 Kraftstoffleitung
   5 Magnetventil
   6 Pumpenkolben
   7 Antriebsnocken
   8 Feder
   9 Pumpenarbeitsraum
  10 -
  11 Druckleitung
  12 Druckraum
  13 Ventilnadel
  14 Schließfeder
  15 Spritzöffnungen
  16 Ventilgehäuse
  17 Steuerbohrung
  18 Steuerschieber
  19 Abschnitt von 4
  20 -
  21 Steuernuten
  22 Quernut oder Querbohrung
  23 erste Rückstellfeder
  24 Bund an 18
  25 Auflagefläche
  26 Magnetgehäuse
  27 Magnetspulen
  28 Anker
  29 zweite Rückstellfeder
  30 -
  31 Ring
  32 Schulter

Claims (5)

1. Magnetventil zur Steuerung von Flüssigkeits­ mengen insbesondere für Einspritzanlagen, mit Anordnung des Magnetventils (5) in einer von einem Niederdruckraum zu einem abwechselnd unter niederem und hohem Druck stehenden Raum (9) führenden Flüssigkeitsleitung (4) mit einem durch einen Elektromagneten (26, 27) betätigten Steuerschieber (18), der eine Quer­ nut (22) oder Querbohrung aufweist, die mit einer im Ventilgehäuse (16) vorhandenen Steuernut (21) oder Steuerbohrungen der Flüssigkeitsleitung (4, 19) zusammenwirkt, so daß in einer durch den Magneten (26, 27) und eine Rückstellfeder (23) bestimmten Stellung des Steuerschiebers (18) durch Trennung der Quernut (22) oder Querbohrung von der Steuernut (21) bzw. den Steuerbohrungen die Flüssigkeitsleitung (4, 19) gesperrt ist und in einer anderen Stellung für den Durchfluß die Quernut (22) oder Querbohrung in Überdeckung mit der Steuernut (21) bzw. den Steuerbohrungen steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (26, 27, 28) zwei schaltbare Magnetkräfte aufweist für entsprechend drei Schaltstellungen des Steuerschiebers (18), nämlich einer Durch­ flußstellung (Fig. 1), einer ersten Sperrstellung (Fig. 2) und einer zweiten Sperrstellung (Fig. 3) für Hochdruck, in der der Abstand zwischen der Quernut (22) oder Querbohrung und der Steuernut (21) bzw. Steuerbohrung gegenüber der ersten Sperrstellung vergrößert ist.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Magnet (27, 28) mit zwei Magnetspulen (27) arbeitet.

3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sperrstellung oder Hochdruckstellung des Steuerschiebers (18) durch weiteres Verschieben des Steuerschiebers (18) in Sperrichtung erzielbar ist.

4. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Rückstellfedern (23, 29) vorhanden sind, von denen eine erste Feder (23) stets am Steuerschieber (18) angreift und eine zweite Feder (29) bei der Verstellung des Steuerschiebers (18) zwischen der ersten und der zweiten Sperrstellung.

5. Magnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Feder (29) an einem axial verschiebbaren Anschlag (31) angreift, an dem der Steuerschieber (18) zur Bestimmung der ersten Sperrstellung anliegt und der beim Weg in die zweite Sperrstellung vom Steuerschieber (18) mitgenommen wird.