DE3704579A1

DE3704579A1 - Magnetventil fuer kraftstoffeinspritzpumpen von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3704579A1
Application number: DE19873704579
Authority: DE
Inventors: Nestor Dipl In Rodriguez-Amaya; Alfred Dr Ing Dr Schmitt; Friedrich Dipl Ing Weiss
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1987-02-13
Filing date: 1987-02-13
Publication date: 1988-08-25
Also published as: JPS63203981A; GB2201039A; GB8803133D0

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Magnetventil für Kraftstoffeinspritzpumpen von Brennkraftmaschinen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei bekannten Kraftstoffeinspritzpumpen, die als Pumpedüse für Dieselmotoren direkt in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingebaut werden und in einem gemeinsamen Gehäuse die zugehörige Einspritzdüse umfassen oder die als Kraftstoffverteilereinspritzpumpen separaten Einspritzdüsen in den Zylinderköpfen der Brennkraftmaschine eine vorbestimmte Kraftstoffmenge zumessen, wird die beim Förderhub des Pumpenkolbens aus dem Pumpenarbeitsraum zur Einspritzdüse verdrängte Kraftstoffeinspritzmenge durch die Einschaltdauer eines stromlos offenen als 2/2-Wegeventil arbeitenden Magnetventils bestimmt, das in einem den Pumpenarbeitsraum mit einem Niederdruckraum verbindenden Überströmkanal eingesetzt ist.

Zur exakten Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge spielt die Ventilschaltzeit eine wesentliche Rolle. Insbesondere bei Vorsehen einer sog. Voreinspritzung, d.h. Aufteilung der zuzumessenden Kraftstoffmenge pro Förderhub des Pumpenkolbens auf eine kleinere Voreinspritzmenge und eine größere Haupteinspritzmenge, bei welcher das Magnetventil kurz hintereinander mit zwei Ansteuerimpulsen belegt wird, bedarf es kurzer Ventilschaltzeiten für das Ventilöffnen und -schließen, damit die Zuordnung von Voreinspritzung und Haupteinspritzung frei wählbar ist und der Ventilnadelhub beim Ventilöffnen der Voreinspritzung und beim folgenden Ventilschließen der Haupteinspritzung sich voll ausbilden kann. Diese volle Ausbildung des Ventilnadelhubs ist zur Vermeidung von Streuungen bei der Zumessung der Haupteinspritzmenge von wesentlicher Bedeutung.

Bei einem bekannten Magnetventil der eingangs genannten Art (DE-OS 35 23 536) besteht der Magnetkreis des die Ventilnadel betätigenden Elektromagneten aus homogenen Magnetwerkstoffen mit hoher elektrischer Leitfähigkeit. Der Magnetkern und das Rückschlußjoch des Elektromagneten sind einstückig als Magnettopf ausgebildet, der mit einer inneren Zylinderwand auf einem eine Führungshülse für die Ventilnadel bildenden Gehäuseabschnitt des Ventilgehäuses aufsitzt und einen von der inneren Zylinderwand und einer äußeren Zylinderwand begrenzten Ringraum zur Aufnahme einer zylinderförmigen Erregerwicklung aufweist. Der Magnettopf ist mit einer ringförmigen Polscheibe abgeschlossen, der ein Magnetanker unter Belassung eines äußeren Luftspaltes gegenüberliegt. Der Magnetanker greift mit einem Ringfortsatz durch die Polscheibe hindurch und liegt unter Belassung eines inneren Luftspaltes der ringförmigen Stirnfläche der inneren Zylinderwand des Magnettopfes gegenüber. Der Magnetanker ist mit der Ventilnadel verbunden, die zwecks Massereduzierung zur Erzielung kurzer Ventilschaltzeiten weitgehend hohl ausgebildet ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Magnetventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch die Laminierung des Magnetkreises elektrische Wirbelströme, die den Auf- und Abbau des Magnetflusses beim Ein- und Abschalten des Magnetventils verzögern und somit kurzen Schaltzeiten entgegenwirken, sehr weitgehend geschwächt werden. Durch die gegeneinander elektrisch isolierten Blechschichten können keine geschlossenen Wirbelstrombahnen den gesamten Magnetfluß umfassen. Die in den dünnen Blechschichten sich ausbildenden einzelnen Wirbelstrombahnen sind in ihrer magnetfeldschwächenden Wirkung wesentlich geringer als bei einem Magnetkreis aus homogenem Magnetwerkstoff.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Magnetventils möglich.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dabei aus Anspruch 2 in Verbindung mit Anspruch 3. Bei Magnetventilen der eingangs beschriebenen bekannten Bauart mit einem aus Magnettopf, Polscheibe, Magnetanker und innerem und äußerem Ringluftspalt bestehenden Magnetkreis liegt die Schwierigkeit einer gesamten Blechung des Magnetkreises in der Kleinheit der Bauteile Magnetanker und Polscheibe. Da der größte Teil der Eisenweglänge des Magnetkreises aber auf den Magnettopf entfällt, wirkt sich die erfindungsgemäße Blechung des Magnettopfes schon deutlich positiv auf die Verkürzung der Ventilschaltzeiten aus.

Verschiedene Möglichkeiten der Blechung des Magnettopfes sind in den Ausführungsformen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 4-8 angegeben.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dabei aus Anspruch 4. Durch diese Maßnahmen werden ideale Verhältnisse bezüglich Magnetflußverteilung in Magnettopf, Polscheibe und Ringluftspalte erzielt. Sie entsprechen dem eines herkömmlichen Magnetkreises von rotationssymmetrischen Magnetventilen mit dem Vorteil der weitgehenden Unterdrückung von Wirbelströmen und damit deutlich kürzeren Schaltzeiten.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 5. Durch diese Maßnahmen wird zwar eine technisch sehr einfache Herstellung des geblechten Magnettopfes erzielt, die aber mit inhomogenen Magnetfeldern und Einbuße an Magnetfluß und Magnetkraft erkauft wird.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 6. Durch diese Maßnahmen ergibt sich eine gegenüber dem rotationssymmetrischen Aufbau des Magnettopfes gemäß Anspruch 4 vereinfachte Herstellung des Magnettopfes mit symmetrischem Aufbau und guter Magnetflußverteilung in Magnettopf, Polscheibe und Ringluftspalten.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Magnetventils für eine als Pumpedüse ausgebildete Kraftstoffeinspritzpumpe für eine Dieselbrennkraftmaschine,

Fig. 2 einen Längsschnitt eines Magnettopfes des Magnetventils in Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht des Magnettopfes in Fig. 2,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Blechsegmentes des Magnettopfes in Fig. 2 und 3,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Abschnittes des Magnettopfes in Fig. 2 und 3,

Fig. 6 einen Längsschnitt eines Magnettopfes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Fig. 7 eine Draufsicht des Magnettopfes in Fig. 6,

Fig. 8 einen Längsschnitt eines Magnettopfes gemäß einem dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 9 eine Draufsicht des Magnettopfes in Fig. 8

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte als 2/2-Wegeventil arbeitende Magnetventil ist in einem Überströmkanal einer in der DE-OS 35 23 536 ausführlich beschriebenen als Pumpedüse ausgebildeten Kraftstoffeinspritzpumpe eingesetzt. Der Überströmkanal verbindet den Pumpenarbeitsraum der Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem Niederdruckraum und weist nach Verbinden des Magnetventils mit dem Gehäuse der Kraftstoffeinspritzpumpe mittels einer Überwurfmutter 10 einen mit dem Pumpenarbeitsraum in Verbindung stehenden ersten Kanalabschnitt 11 und einen mit dem Niederdruckraum in Verbindung stehenden zweiten Kanalabschnitt 12 auf, die beide in einem Gehäuse 13 des Magnetventils verlaufen. Die beiden Kanalabschnitte 11, 12 sind durch eine Durchflußöffnung 14 voneinander getrennt, die von einem Ventilsitz 15 umgeben ist. Mit dem Ventilsitz 15 wirkt eine Ventilnadel 16 zusammen, die zum Öffnen der Durchflußöffnung 14 von einer Ventilfeder 17 beaufschlagt wird und zum Schließen der Durchflußöffnung 14 an ihrem vom Ventilsitz 15 abgekehrten Ende mit einem Magnetanker 18 eines Elektromagneten 19 verbunden ist. Zur Begrenzung des Ventilnadelhubs in Öffnungsrichtung ist ein gehäusefester Hubanschlag 20 vorgesehen.

Der Elektromagnet 19 weist in bekannter Weise eine Magnetwicklung 21 und einen geschlossenen Magnetkreis 22 auf, der in bekannter Weise aus dem Magnetanker 18, einem Magnetkern, dem der Magnetanker 18 unter Belassung eines Luftspaltes gegenüberliegt, und einem Rückschlußjoch besteht. Magnetkern und Rückschlußjoch werden von einem einstückigen Magnettopf 23 gebildet, der eine äußere Zylinderwand 24 und eine innere Zylinderwand 25 aufweist, die über den Topfboden 26 miteinander verbunden sind. Die beiden Zylinderwände 24, 25 mit ihrem inneren Mantel 24 a bzw. äußeren Mantel 25 a begrenzen einen Ringraum 27, in welchem die Magnetwicklung 21 einliegt. Der Magnettopf 23 sitzt mit seiner inneren Zylinderwand 25 auf einem eine Führungshülse für die Ventilnadel 16 bildenden Gehäuseabschnitt 13 a des Ventilgehäuses 13 und ist an seiner Öffnung mit einer ringförmigen Polscheibe 28 abgedeckt, welcher der Magnetanker 18 unter Bildung eines äußeren ringförmigen Luftspaltes 29 in Achsrichtung gegenüberliegt. Der Magnetanker 18 trägt einen einstückigen zylinderförmigen Ansatz 30, der durch die Polscheibe 28 hindurchragt und unter Bildung eines inneren Luftspaltes 31 der ringförmigen Stirnfläche der inneren Zylinderwand 24 gegenüberliegt. Die beiden Wicklungsenden der Magnetwicklung 21 sind elektrisch mit zwei Anschlußsteckern 32, 33 verbunden. Wird die Magnetwicklung 21 erregt, so wird der Magnetanker 18 gegen die Rückstellkraft der Ventilfeder 17 unter Reduzierung der Luftspalte 29, 31 auf Polscheibe 28 und Magnettopf 23 hin bewegt, bis die Ventilnadel 16 sich auf den Ventilsitz 15 aufpreßt und eine weitere Bewegung des Magnetankers 18 verhindert.

Zur Erzielung kurzer Ventilschaltzeiten ist der Magnettopf 23 laminiert aus einer Vielzahl von in Magnetflußrichtung sich erstreckenden, aneinanderliegenden und gegeneinander elektrisch isolierten dünnen Blechschichten ausgeführt. Die in Fig. 4-9 dargestellten Ausführungsbeispiele des Magnettopfes zeigen dabei verschiedene Arten einer möglichen Laminierung bzw. Blechung des Magnettopfes.

Bei dem in Fig. 2-5 in verschiedenen Ansichten dargestellten Magnettopf 23 sind die Blechschichten als keilförmige, sich radial zur Magnettopfmitte hin verjüngende Blechsegmente 34 ausgebildet. Ein Blechsegment 34 ist in perspektivischer Darstellung in Fig. 4 gezeigt. Dieses Blechsegment 34 weist einen äußeren Steg 341 und einen inneren Steg 342 auf, die parallel zueinander verlaufen und über einen rechtwinklig dazu ausgerichteten vom äußeren Steg 341 zum inneren Steg 342 keilförmig sich verjüngenden Bodensteg 343 einstückig miteinander verbunden sind. Die beiden Stege 341 und 342 weisen einen kreisringsegmentförmigen Querschnitt auf. Der bei Erregung der Magnetwicklung 21 sich in dem Blechsegment 34 ausbildende Magnetfluß ist in Fig. 4 mit Pfeilen 35 und die von dem Magnetfluß hervorgerufenen elektrischen Wirbelstrombahnen sind mit Pfeilen 36 gekennzeichnet. Eine Vielzahl solcher Blechsegmente 34 sind zu dem rotationssymmetrisch ausgeführten Magnettopf 23 zusammengesetzt, wie dies in Fig. 5 perspektivisch dargestellt und in Fig. 3 in Draufsicht angedeutet ist. Die Vielzahl der äußeren Stege 341 bilden dabei die äußere Zylinderwand 24, die Vielzahl der inneren Stege 342 bilden die innere Zylinderwand 25 und die Vielzahl der Bodenstege 343 bilden den Topfboden 26 des Magnettopfes 23. Zur Herstellung des Magnettopfes 23 werden keilförmige rechteckige Blechteile, aus welchen die U-förmigen Stege 341 -343 gemäß Fig. 4 noch nicht herausgearbeitet worden sind, in einer Vorrichtung zusammengesetzt und kontaktiert, so daß sich ein massiver Zylinderblock ergibt. Durch entsprechende Bearbeitung, z. B. Erodieren oder Schleifen, läßt sich aus dem massiven Zylinderblock der Magnettopf 23 mit seinen beiden Zylinderwänden 24, 25 und dem Topfboden 26 herstellen. Ein solcher rotationssymmetrischer, in Radialrichtung geblechter Magnettopf 23 hat eine ideale Magnetflußverteilung, wie sie bei herkömmlichen rotationssymmetrischen Magnettöpfen aus homogenen Magnetwerkstoff zu finden ist.

Bei dem Magnettopf 123 in dem in Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Blechschichten als ebene parallele Blechlamellen 137 ausgebildet, die parallel zum Magnettopfdurchmesser verlaufen. Der in Fig. 6 schraffierte Teil stellt die Endkontur der mittleren Blechlamelle 137 dar, deren Längsachse mit dem Durchmesser des Magnettopfes 123 zusammenfällt. Eine Vielzahl solcher parallel nebeneinander angeordneter Blechlamellen 137 sind zu dem Magnettopf 123 zusammengesetzt, der im Bereich des Topfbodens 126 und der äußeren Zylinderwand 124 quer zum Durchmesser auf diametral gegenüberliegenden Seiten bis hin zum äußeren Mantel 125 a der inneren Zylinderwand 125 abgeflacht ist. Diese unsymmetrische Ausbildung des Magnettopfes 123 infolge der seitlichen Abflachung ist besonders deutlich aus der in Fig. 7 dargestellten Draufsicht des Magnettopfes 123 zu erkennen. Zur Herstellung des Magnettopfes 123 wird eine Vielzahl von ebenen rechteckigen Blechlamellen 137 miteinander zu einem Blechpaket verklebt oder verschweißt, dessen Dicke gleich dem Durchmesser des äußeren Mantels 125 a der inneren Zylinderwand 125 des Magnettopfes 123 bemessen wird. Durch Erodieren oder Schleifen wird nunmehr aus dem Blechpaket die Form des Magnettopfes 123 gemäß Fig. 6 und 7 hergestellt. Der Verlauf der parallelen Blechlamellen 137 ist in Fig. 7 der Übersichtlichkeit halber nur teilweise angedeutet.

Bei dem in Fig. 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Magnettopfes 223 sind die Blechschichten wiederum als ebene parallele Blechlamellen 238 ausgebildet, die zu vier kreuzweise angeordneten Topfsegmenten 239 zusammengesetzt sind. Die Topfsegmente sind radial zueinander ausgerichtet und um einen Winkel von 90° gegeneinander verschwenkt. Sie stoßen in Magnettopfmitte mit ihren um 45° abgeschrägten Seitenflächenabschnitten 240 zusammen. Jedes Topfsegment 239 hat einen inneren Zylinderwandabschnitt 225′ und einen äußeren Zylinderwandabschnitt 224′, die über einen Topfbodenabschnitt 226′ einstückig miteinander verbunden sind. Alle Abschnitte weisen die gleiche Breite auf, die gleich dem Durchmesser des äußeren Mantels 225 a der inneren Zylinderwand 225 des Magnettopfes 223 bemessen ist. Infolge der kreuzweisen Anordnung der Topfsegmente 239 bilden die vier in Topfmitte zusammenstoßenden inneren Zylinderwandabschnitte 225′ die geschlossene innere Zylinderwand 225 des Magnettopfes 223. Zur Herstellung des Magnettopfes 223 wird jedes Topfsegment 239 aus einem rechteckigem Blechpaket, dessen Dicke gleich dem Durchmesser des äußeren Mantels 225 a der inneren Zylinderwand 225 des Magnettopfes 223 bemessen ist, durch Erodieren oder Schleifen ausgeformt. Die einzelnen Blechpakete werden wieder durch Verschweißen oder Verkleben von ebenen, rechteckförmigen Blechlamellen 238 hergestellt.

Claims

1. Magnetventil für Kraftstoffeinspritzpumpen von Brennkraftmaschinen mit einer eine Ventildurchlaßöffnung steuernden Ventilnadel und mit einem die Ventilnadel betätigenden Elektromagneten, der eine Magnetwicklung und einen aus einem Magnetkern, einem diesem unter Luftspaltbildung gegenüberliegenden, mit der Ventilnadel verbundenen Magnetanker und einem Rückschlußjoch bestehenden Magnetkreis aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Magnetkreises (22) laminiert aus einer Vielzahl von in Magnetflußrichtung sich erstreckenden, aneinanderliegenden und gegeneinander elektrisch isolierten dünnen Blechschichten (34; 137; 238) ausgeführt ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laminierung bei Magnetkern und Rückschlußjoch (23; 123; 223) vorgenommen ist.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern und das Rückschlußjoch einstückig als Magnettopf (23; 123; 223) mit durch einen Topfboden (26) verbundener äußerer und innerer Zylinderwand (24; 25) ausgebildet sind, in dessen von dem äußeren Mantel (25 a, 125 a, 225 a) der inneren Zylinderwand (25; 125; 225) und dem inneren Mantel (24 a, 224 a, 324 a) der äußeren Zylinderwand (24; 124; 224) begrenztem Ringraum (27; 127; 227) die als Spule ausgebildete Magnetwicklung (21) einliegt.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechschichten als keilförmige, sich radial zur Magnettopfmitte hin verjüngende Blechsegmente (34) ausgebildet sind, die zu dem rotationssymmetrisch ausgeführten Magnettopf (23) zusammengesetzt sind.

5. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechschichten als ebene parallele Blechlamellen (137) ausgebildet sind, die parallel zum Magnettopfdurchmesser ausgerichtet sind und zu einem Magnettopf (123) zusammengesetzt sind, der im Bereich des Topfbodens (126) und der äußeren Zylinderwand (124) quer zum Magnettopfdurchmesser auf diametral gegenüberliegenden Seiten bis hin zum äußeren Mantel (125 a) der inneren Zylinderwand (125) des Magnettopfes (123) abgeflacht ist.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der seitlich abgeflachte Magnettopf (123) aus einem Blechpaket, dessen Dicke dem Durchmesser des äußeren Mantels (125 a) der inneren Zylinderwand (125) des Magnettopfes (123) entspricht, vorzugsweise durch Erodieren oder Schleifen, ausgeformt ist.

7. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechschichten als ebene parallele Blechlamellen (238) ausgebildet sind, die zu vier kreuzweise angeordneten Topfsegmenten (239) zusammengesetzt sind, die in Magnettopfmitte mit um 45° abgeschrägten Seitenflächenabschnitten (240) radial zusammenstoßen, und daß jedes Topfsegment (239) einen inneren und einen mit diesem über einen Topfbodenabschnitt (226′) verbundenen äußeren Zylinderwandabschnitt (225′, 224′) gleicher Breite aufweist, wobei die inneren Zylinderwandabschnitte (225′) der vier Topfsegmente (239) die geschlossene innere Zylinderwand (225) des Magnettopfes (223) bilden.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Topfsegment (239) aus einem Blechpaket, dessen Dicke gleich dem Durchmesser des äußeren Mantels (235 a) der inneren Zylinderwand (225) des Zylindertopfes (223) bemessen ist, vorzugsweise durch Erodieren oder Schleifen, ausgeformt ist.