DE3934953A1 - Magnetventil, insbesondere fuer kraftstoffeinspritzpumpen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Magnetventil nach der Gattung des Hauptanspruchs aus. Bei einem solchen durch die DE-PS 25 03 345 bekannten Magnetventil ist das Schließteil über eine Schleppkupplung mit dem Anker des Magnetventils gekoppelt und der Anker ist mit seiner in das Schließteil eintauchenden Stirnseite als Ventilglied ausgebildet, so daß dieses die Verbindung zwischen den Saugleitungs­ teilen über die Bohrung dann sperrt, wenn der Anker unter Einwirkung der Rückstellfeder das Schließteil in Schließstellung bringt bzw. gebracht hat. Beim Öffnen des Magnetventils wird unter Einwirkung von der Magnetkraft des Elektromagneten der Anker von seinem Sitz am Schließteil abgehoben, öffnet die Bohrung und hebt erst im Laufe eines weiteren Hubes das Schließteil über die Schleppkupplung von dessen Sitz ab, so daß die Kraft, die zum Öffnen des Schließteils, das sowohl von der Rückstellfeder als auch von dem stromaufwärts des Sitzes in der Saugleitung herrschenden Drucks beaufschlagt ist, kleingehalten werden kann, da vorab über die Bohrung ein Druckaus­ gleich erfolgt.

Unter bestimmten Voraussetzungen kann es aber bei einem Magnetventil der gattungsgemäßen Art vorkommen, daß das Schließteil, wenn es in Schließstellung gebracht ist, durch einen Druckstoß aus dem Pumpenarbeitsraum im Laufe des restlichen Förderhubs der Kraftstoffeinspritzpumpe und nach Öffnen der Verbindung zwischen Saugleitung und Pumpenarbeitsraum beaufschlagt wird. Dieser Druckstoß kann dazu führen, daß das Schließteil von seinem Sitz abgehoben wird und daß nun über die Saugleitung kurzzeitig ein Wiederfüllvorgang des Pumpenarbeitsraumes erfolgen kann. Diese dem Pumpenarbeitsraum zufließende Menge kann weiterhin beim nächsten Förderhub des Pumpenkolbens zur Einspritzung gebracht werden und es ist somit der Zweck des der Abstellung dienenden Magnetventils nicht erreicht. Insbesondere kann bei einem sonstigen Fehler in der Steuerung der Kraftstoffeinspritzpumpe die Brennkraftmaschine durchgehen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Magnetventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein Aufstoßen des Schließteils und damit ein entsprechend großer Kraftstofffluß zum Pumpenarbeitsraum hin verhindert wird, da der Druckstoß über das öffnende Ventilglied, das nur einen kleinen Überströmquerschnitt frei gibt, abgebaut wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Lösung möglich. Insbesondere nach den Ausgestaltungen nach Anspruch 4 und 5 ergibt sich ein kleines, massearmes Ventilglied, das trägheitsarm wieder in Schließstellung gelangen kann, so daß nur ein minimaler Rückströmeffekt nach dem Aufstoßen des Ventilglieds stattfindet. Damit werden die eingangs genannten Nachteile weitgehenst vermieden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch eine Kraftstoff­ einspritzpumpe, in der das erfindungsgemäße Magnetventil eingesetzt ist,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch Fig. 1 entlang II-II und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Magnetventil in vergrößerter Darstellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei der in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzpumpe für mehr­ zylindrige Brennkraftmaschinen ist in einem Gehäuse 1 eine Zylinder­ büchse 2 eingesetzt, in deren Zylinderbohrung 3 ein Pumpenkolben 4 durch einen nicht weiter gezeigten Antrieb und Nockenantrieb der Kraftstoffeinspritzpumpe in eine hin- und hergehende Bewegung und zugleich rotierende Bewegung versetzt wird, wie das die Pfeile in der Zeichnung anzeigen. Der Pumpenkolben 4 schließt in der Zylinder­ bohrung 3 stirnseitig einen Pumpenarbeitsraum 6 ein, der über von der Stirnseite 7 des Pumpenkolbens ausgehende Längsnuten 8, die als Füllnuten dienen, mit Kraftstoff beim Saughub des Pumpenkolbens ver­ sorgt wird. Wie der Fig. 2 entnehmbar ist, die einen Schnitt gemäß Linie II-II durch die Fig. 1 darstellt, sind die Füllnuten 8 in gleichmäßigen Winkelabständen an der Mantelfläche des Pumpenkolbens herum verteilt angeordnet. In Fig. 2 sind davon vier Nuten gezeigt entsprechend vier pro Pumpenkolbenumdrehung erfolgenden Saughüben zur Versorgung von hier vier Einspritzdüsen im Wechsel durch diese Verteilerkraftstoffeinspritzpumpe. Während des Saughubs wird jeweils eine der Füllnuten 8 mit einer seitlich in die Zylinderbohrung 3 mündende Saugleitung 10 in Verbindung gebracht, die mit einem Pumpensaugraum 11, der im Gehäuse der Kraftstoffeinspritzpumpe ein­ geschlossen ist, in Verbindung steht. Der Pumpensaugraum 11 wird durch eine Kraftstofförderpumpe 12 aus einem Kraftstoffvorrats­ behälter 14 mit Kraftstoff versorgt, der vorzugsweise unter drehzahlabhängigem Druck steht, zusätzlich gesteuert durch ein Drucksteuerventil 15, das parallel zur Kraftstofförderpumpe 12 liegt, die drehzahlsynchron mit der Kraftstoffeinspritzpumpe angetrieben wird.

Das dem Pumpenarbeitsraum 6 gegenüberliegende Ende des Pumpenkolbens ragt in den genannten Pumpensaugraum 11 und hat dort Verbindung mit dem nicht gezeigten Antrieb. Innerhalb des Saugraums ist auf der Mantelfläche des Pumpenkolbens ein Ringschieber 17 verschiebbar angeordnet, der durch einen hier nicht gezeigten Regler bekannter Bauart über einen Reglerhebel 18 in bekannter Weise verschiebbar ist und dabei die Austrittsöffnung einer Querbohrung 19 im Pumpenkolben steuert. Die Querbohrung 19 steht mit einem Längskanal 20 im Pumpen­ kolben in Verbindung, der axial an der Stirnseite 7 des Pumpen­ kolbens eintritt und als Sackbohrung endet. Von diesem Längskanal zweigt ferner eine Radialbohrung 21 ab, die zu einer Verteiler­ öffnung, hier eine Verteilernut 22, an der Mantelfläche des Pumpen­ kolbens führt. In Höhe dieser Verteilernut zweigen von der Zylinder­ bohrung 3 Einspritzleitungen 23 ab, die zum Beispiel über ein Druck­ ventil jeweils zu einem Einspritzventil 25 führen. Solche Einspritz­ leitungen sind entsprechend der Zahl der zu versorgenden Einspritz­ ventile am Umfang der Zylinderbohrung 3 herum verteilt angeordnet, in diesem Falle vier, indem der Pumpenkolben pro Umdrehung vier Förderhübe durchführt.

Während der jeweiligen Saughübe des Pumpenkolbens saugt dieser über die dann in Überdeckung mit der Saugleitung gebrachte Füllnut 8 Kraftstoff aus dem Pumpensaugraum 11 an, so daß der Pumpenarbeits­ raum 6 beim Beginn des folgenden Förderhubs kraftstoffgefüllt ist. In Laststellung hat dann der Ringschieber 17 die Austritte der Querbohrung 19 verschlossen, so daß beim folgenden Förderhub des Pumpenkolbens und nach Wiederschließen der Füllnut im Pumpenarbeits­ raum der Kraftstoff auf Hochdruck gebracht wird, der dann über den Längskanal 20 und eine der Einspritzleitungen 23 dem entsprechenden Kraftstoffeinspritzventil zugeführt wird und zur Einspritzung kommt. Zur Beendigung der Hochdruckeinspritzung taucht zu einem durch den Ringschieber 17 vorgegebenen Hub die Querbohrung aus der Überdeckung aus, so daß der Pumpenarbeitsraum nun über die Längsbohrung 20 und die Querbohrung 19 zum Pumpensaugraum hin entlastet wird, der Förderdruck des Pumpenkolbens den Öffnungsdruck des Einspritzventils unterschreitet und somit die Hochdruckeinspritzung unterbrochen wird.

Zur Stillsetzung der Brennkraftmaschine bzw. zur Beendigung der Hochdruckeinspritzung ist weiterhin in der Saugleitung 10 ein Magnetventil 27 vorgesehen, dessen Schließteil 28 mit einem als Flachsitz ausgebildeten Ventilsitz 29 zusammenwirkt, auf den das Schließteil 28 beim stromlosen Magneten des Magnetventils durch die Kraft einer Rückstellfeder zur Anlage kommt. Der Ventilsitz befindet sich am Übergang eines Stufenbohrungsteils 31 mit kleinem Durch­ messer, pumpenarbeitsraumseitig, zum Stufenbohrungsteil 30 mit großem Durchmesser einer Stufenbohrung, das das von außen einge­ setzte Magnetventil aufnimmt. Von dem Stufenbohrungsteil 30 mit großem Durchmesser führt die Saugleitung 10 weiter zum Pumpensaug­ raum 11. Der Stufenbohrungsteil 31 mit kleinem Durchmesser mündet in eine Ausnehmung 32 in der Zylinderbüchse 2, von der aus ein Saug­ leitungsstück 33 mit Rechteckquerschnitt in die Zylinderbohrung 3 mündet.

Das Magnetventil 27 ist in Fig. 3 detailliert dargestellt. Im Gehäuse 38 des Magnetventils sind eine Magnetspule 39 und eine von dieser umgebene Führungshülse 40, in die ein Magnetkern 41 ein­ taucht, angeordnet. In der Führungshülse 40 ist ein Anker 42 ver­ schiebbar, der durch die Rückstellfeder 43 belastet ist. Auf der dem Anker abgewandten Seite des Magnetventils ist das Ventilgehäuse 38 durch ein Kunststoffteil 44 verschlossen, durch welches die Stromzuleitung 45 zur Magnetspule 39 führt. Der zwischen Ventilgehäuse 38 und Magnetspule 39 bestehende Raum ist mit einem Kunstharz ausgefüllt, um zu verhindern, daß die von der Brennkraft­ maschine her übertragenen Erschütterungen ein Loslösen von Teilen des Ventils insbesondere des elektrischen Anschlusses bewirken. Der Kern 41 und der Anker 42 sind auf den sich zugewandten Stirnseiten konisch ausgebildet, um bei großen für den Einsatz des Magnetventils notwendigen Hüben eine günstige Magnetkraftübertragung zu erhalten. Der Anker dient gleichzeitig als Ventilteil, in dem sein aus der Führungshüle 40 heraus in den Stufenbohrungsteil 30 mit größerem Durchmesser ragendes Ende als Schließteil 28 ausgebildet ist. Dazu ist auf diesem Ende des Ankers 42 eine hutförmige Kappe 47 aus elastischem Dichtungsmaterial aufvulkanisiert, die mit ihrer um­ laufenden Außenkante 48 an der Stirnseite am Ventilsitz 29 zur Anlage kommt, wenn der Anker mit Schließteil 28 bei stromloser Magnetspule durch die Kraft der Rückstellfeder 43 in Schließstellung gebracht wird.

Der Anker 42 weist eine durch die Stirnseite der Kappe 47 koaxial zum Stufenbohrungsteil 31 hindurchgehende Bohrung 50 auf, die über einen konischen Ventilsitz 52, der auch sphärisch ausgebildet sein kann, in die Aufnahmebohrung 53 mit größerem Durchmesser mündet. Diese Aufnahmebohrung setzt sich mit im wesentlichen gleichen Durch­ messer fort bis zum Austritt an der konisch geformten, dem Kern 41 gegenüberliegenden Stirnseite des Ankers. In dieser Aufnahmebohrung ist die Rückstellfeder 43 angeordnet, die sich stirnseitig an dem entsprechend konisch ausgebildeten Kern, dort an einem Absatz abstützt, und andererseits an einer in die Aufnahmebohrung 53 eingepreßte Hülse stützt. Diese Hülse, die auch auf andere Art in der Aufnahmebohrung fixiert werden kann, ist als Zwischenfederteller 55 zu bezeichnen, da sich auf dieser auf der anderen Seite eine Schließfeder 57 abstützt, die, als Druckfeder ausgebildet, an ihrem anderen Ende zur Anlage an einem Federteller 58 kommt, der innerhalb der Aufnahmebohrung 53 verschiebbar ist. Der Federteller weist auf seiner der Bohrung 50 zugewandten Stirnseite eine Ausnehmung 60 auf, in der eine Kugel 61, die als Ventilglied dient, zentriert wird. Die Kugel 61 kommt andererseits in Schließstellung am konischen Ventil­ sitz 52 zwischen Aufnahmebohrung 53 und Bohrung 50 zur Anlage. Vor­ teilhaft besteht der Federteller 58 aus Kunststoff und weist auf der Seite der Schließfeder 57 einen Zapfen 63 auf, der durch eine Mittelöffnung 64 im Zwischenfederteller 55 ragt und dort geführt wird. An seinem Umfang weist der Zwischenfederteller 55 Ausnehmungen 67 auf, so daß bei einer Verstellung des Zwischenfedertellers oder des Ankers Kraftstoff ungedrosselt und die Bewegung nicht behindert am Zwischenfederteller vorbeiströmen kann. Von der Aufnahmebohrung 53 zweigen Queröffnungen 66 ab, über die bei abgehobenem Ventilglied 61 die Teile der Saugleitung 10 stromaufwärts und stromabwärts des Ventilsitzes 29 in Verbindung sind, auch wenn das Schließteil 28 in Schließstellung ist und über die beim Öffnen des Schließteils 28 durch den Anker 42 der von diesem verdrängte Kraftstoff abfließen kann.

Die geringe Masse von Kugel 61 und Federteller 58 bei entsprechend dimensionierter Schließfeder erlaubt ein sehr kurzzeitiges hyste­ researmes Öffnen und Wiederschließen der Bohrung 50 bzw. der Ver­ bindung zwischen den Saugleitungsteilen. Dadurch wird vermieden, daß größere Mengen Kraftstoff vom Pumpenarbeitsraum zum Druckausgleich überfließen können, selbst wenn aufgrund momentaner Druckstöße das Ventilglied in Öffnungsstellung gebracht worden war. Es wird in jedem Fall verhindert, daß das den wesentlichen größeren Durchmesser des Stufenbohrungsteil 31 steuernde Schließteil 28 von seinem Sitz abgehoben wird. Damit wird die Gefahr des Durchgehens der Brenn­ kraftmaschine vermindert. Die Gefahr des Durchgehens der Brennkraft­ maschine besteht insbesondere dann, wenn der Ringschieber 17 in sehr hoher Stellung zum Pumpenarbeitsraum hin verschoben ist und z. B. dort verklemmt ist, so daß die ganze oder die nahezu ganze vom Pumpenkolben förderbare Kraftstoffmenge aus dem Arbeitsraum zur Einspritzung gelangt, weil nur ein sehr kleiner oder kein Resthub mit Entspannung zum Pumpensaugraum hin mehr erfolgt. Weiterhin besteht die Gefahr dann, wenn aufgrund der Spritzverstellung der Förderhub des Pumpenkolbens bezogen auf seine Drehlage spät erfolgt, so daß die Füllnuten 8 bereits im oberen Totpunkt des Pumpenkolbens oder früher die Verbindung zwischen Pumpenarbeitsraum und Saug­ leitung 10 bzw. 31, 32, 33 herstellen. Dadurch tritt schlagartig in die Ausnehmung 32 und den anschließenden Stufenbohrungsteil mit kleinerem Durchmesser 31 Kraftstoff unter Hochdruck ein, der stoßartig auf das Schließteil 28 wirkt und diesen abzuheben ver­ sucht. Aufgrund des Speichervermögens des elastischen Kraftstoff­ mediums kann deshalb eine relativ hohe Kraftstoffmenge in dem Raum zwischen Zylinderbohrung 3 und Ventilsitz 29 gespeichert werden, insbesondere dann, wenn Unterdrücke wiederum über die Saugleitung 10 bei geöffnetem Schließteil 28 ausgeglichen werden. Diese gespeicher­ te Menge fließt dem Pumpenarbeitsraum beim folgenden Saughub zu, wobei der Druck des Kraftstoffs in der Ausnehmung 32 und angrenzen­ den Bereichen 31, 33 sowie im Pumpenarbeitsraum entsprechend ab­ gesenkt wird. Nach Verschließen des Saugleitungsteilstücks 33 durch die Füllnut bleibt im Bereich bis zum Ventilsitz ein Volumen mit relativ niedrigem Druck übrig und ein Großteil des zuvor darin unter Hochdruck gespeicherten Kraftstoffs ist in den Pumpenarbeitsraum gelangt. Aus diesem kann beim nachfolgenden Druckhub der Kraftstoff wieder zur Einspritzung gelangen, insbesondere, wenn der Pumpen­ arbeitsraum nicht über den Ringschieber entlastbar wird. Am Ende des Förderhubs beim Wiederaufsteuern des Saugleitungsteilstückes 33 bzw. der nachfolgenden Räume kann der Druckstoß wiederum ein Aufstoßen des Schließteils 28 bewirken, gefolgt von einem Druckausgleich und einem Wiederzufließen von Kraftstoff zum Pumpenarbeitsraum wie zuvor beschrieben. Diese Vorgänge werden nun durch die erfindungsgemäße Lösung weitgehenst vermieden. Damit wird ein sicheres Abschalten der Kraftstoffeinspritzung erzielt.

Claims (6)

1. Magnetventil, insbesondere für Kraftstoffeinspritzpumpen zur Versorgung von Brennkraftmaschinen mit einer einen Pumpenarbeitsraum (6) der Kraftstoffeinspritzpumpe mit einer Kraftstoffversorgungs­ quelle (11) verbindenden und durch das Magnetventil zum Abstellen der Kraftstoffeinspritzung sperrbare, während des Saughubs des Pumpenkolbens (4) in Richtung Pumpenarbeitsraum durchströmbare Saugleitung (10), mit einem mit einem Anker (42) des Magnetventils verbundenen Schließteil (28), das durch eine Rückstellfeder (43) in Schließstellung an einem Ventilsitz (29) haltbar ist, von dem die Saugleitung (10, 31, 32, 33) zum Pumpenarbeitsraum (6) führt und in Schließstellung vom pumpenarbeitsraumseitig in der Saugleitung herrschenden Druck beaufschlagt ist, wobei das Schließteil eine beide Saugleitungsteile miteinander verbindende Bohrung (50) auf­ weist, die durch ein von einer Feder (57) gegen den Druck im pumpen­ arbeitsraumseitigen Teil der Saugleitung beaufschlagtes Ventilglied (61) schließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied von einer sich im Schließteil (28) abstützenden Schließfeder (57) beauf­ schlagt ist und das Schließteil zusammen mit dem Anker (49) durch die sich ortsfest abstützende Rückstellfeder (43) verschiebbar ist.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (50) im Schließteil (28) eine axiale Bohrung ist, die über einen konischen oder sphärischen Ventilsitz (52) in eine Aufnahme­ bohrung (53) mündet, in der das Schließglied (61) und die Schließ­ feder (57) angeordnet sind.

3. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmebohrung (53) das Schließteil (28) und den Anker (42) axial durchdringt und einen festeingesetzten Zwischenfederteller (55) aufweist, der einerseits als Stützpunkt der sich am feststehenden Kern (41) des Magneten des Magnetventils abstützenden Rückstellfeder und andererseits als Stützpunkt für die Schließfeder (57) dient.

4. Magnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (61) eine Kugel ist, die sich an einer Ausnehmung (60) in einem Federteller (58) abstützt, der andererseits einen Zapfen (63) aufweist, der durch eine Mittelöffnung (64) des Zwischenfeder­ tellers (55) geführt ist.

5. Magnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Federteller aus Kunststoff gefertigt ist.

6. Magnetventil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zwischenfederteller (55) in die Aufnahmebohrung (53) eingepreßt ist, die über eine Queröffnung (66) mit der Saug­ leitung (10) verbunden ist.