EP0975868B1 - Elektromagnetisch betätigbares ventil - Google Patents

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EP0975868B1
EP0975868B1 EP98963384A EP98963384A EP0975868B1 EP 0975868 B1 EP0975868 B1 EP 0975868B1 EP 98963384 A EP98963384 A EP 98963384A EP 98963384 A EP98963384 A EP 98963384A EP 0975868 B1 EP0975868 B1 EP 0975868B1
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EP
European Patent Office
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valve
core
valve according
magnetic
armature
Prior art date
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EP98963384A
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French (fr)
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Andreas Eichendorf
Thomas Sebastian
Ralf Trutschel
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M51/0664—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding
    • F02M51/0671—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding the armature having an elongated valve body attached thereto
    • F02M51/0682—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding the armature having an elongated valve body attached thereto the body being hollow and its interior communicating with the fuel flow

Definitions

  • the invention is based on an electromagnetically actuated valve, in particular a valve for fuel injection systems of internal combustion engines, according to the genus of claim 1.
  • Fuel injection valves are already known which can be actuated electromagnetically and consequently have a magnetic circuit which has at least one magnetic coil, one Core, an armature and an outer pole.
  • a fuel injector is known for example from DE-195 03 821 A1.
  • the core and a connecting part are one Valve tube directly connected to each other via a magnetic throttle point. It is it is advantageous to form the entire valve tube in one piece, so that it extends over the extends the entire length of the valve.
  • the electromagnetically actuated valve according to the invention with the characteristic Features of claim 1 has the advantage that it is the manufacturing, Magnetic circuit-specific and tightness-related advantages of the design of the valve tube with a thin-walled throttle point and at the same time the Strength problems in the prior art can be avoided.
  • the ring-shaped insert is either not electrically To produce conductive material or to form interrupted at least one point and electrically insulated. This measure can prevent in the annular insert, which is necessarily at least partially is within the range of influence of the magnetic field of the magnet coil, while of a changing magnetic field eddy currents arise which have a negative impact on the Switching times (tightening time and closing time) of the valve.
  • a particularly advantageous embodiment of the annular insert consists in its construction from two concentric rings that are electrically isolated from each other and each have at least one slot, so that also for the insert electrically conductive material, such as an austenitic metal, with good Strength properties or dimensional stability properties can be used.
  • electrically conductive material such as an austenitic metal, with good Strength properties or dimensional stability properties can be used.
  • the two rings are preferably arranged such that their slots through 180 ° are positioned offset to each other to increase the mechanical stability of the construction improve or maintain.
  • the electromagnetic shown as an example in FIG. 1 as the first embodiment Actuable valve in the form of an injection valve for fuel injection systems from mixture-compressing, spark-ignition internal combustion engines has one of one Magnetic coil 1 at least partially surrounded as a so-called inner pole Serving magnetic circuit, tubular, largely hollow cylindrical core 2.
  • a Coil body 3 takes up a winding of the magnetic coil 1 and enables in Connection with the core 2 and an annular, non-magnetic, from the Magnetic coil 1 partially surrounded intermediate piece 4 with an L-shaped cross section a particularly compact and short structure of the injection valve in the area of Magnetic coil 1.
  • the intermediate piece 4 projects with one leg in the axial direction a step of the core 2 and with the other leg radially along one in the Drawing below the end face of the coil body 3.
  • a continuous longitudinal opening 5 is provided in the core 2, which extends along a Valve longitudinal axis 6 extends.
  • a concentric to the longitudinal valve axis 6 can preferably be In Fig. 1, not shown, additional thin-walled tubular sleeve extending the protrudes through the inner longitudinal opening 5 of the core 2 and directly on the wall of the Longitudinal opening 5 is present.
  • This sleeve has a sealing function to the core 2 by an encapsulation in the direction of the longitudinal axis 6 of the valve or in the downstream direction of the core 2 forms and thereby prevents contact of fuel with the core 2.
  • the core 2 is not a component as in conventional earlier injectors executed, which really ends with a lower core end 7, but runs also further in the downstream direction, so that a downstream of the coil former 3 arranged tubular connecting part, which in the further course of the description as Connection part 8 is referred to as a so-called outer pole in one piece with the core 2nd is formed, the entire component being referred to as valve tube 9.
  • the valve tube 9 also has a tubular shape, however a much thinner wall than the wall thicknesses of core 2 and connector 8 having a magnetic throttle point 10. This magnetic throttle point 10 goes out the lower core end 7 concentric with the valve longitudinal axis 6 of the core 2 and Connection part 8 out.
  • the throttle point 10 can only be formed in one piece either with the lower core end 7 or the connecting part 8.
  • a longitudinal bore 11 runs concentrically to the Longitudinal valve axis 6 is formed.
  • the longitudinal bore 11 is one, for example tubular valve needle 12 arranged at its downstream end 13 with a spherical valve closing body 14, on the circumference of several flats 15 for The fuel flows past, for example by welding connected is.
  • valve needle 12 For the axial movement of the valve needle 12 and thus for opening the injection valve against the spring force of a return spring 16 or to close the injection valve serves the electromagnetic circuit with the magnet coil 1, the core 2 and an armature 17.
  • the armature 17 is with the end facing away from the valve closing body 14
  • Valve needle 12 connected by a weld and aligned with the core 2.
  • the core 2 facing end of the connecting part 8 is in the Longitudinal bore 11 is a cylindrical valve seat body 18, which has a fixed valve seat has, tightly assembled by welding.
  • Valve seat body 18 To guide the valve closing body 14 during the axial movement of the valve needle 12 with the armature 17 along the longitudinal valve axis 6 serves a guide opening 19 in Valve seat body 18.
  • the spherical valve closing body 14 acts with the in Direction of flow of a tapered valve seat of the valve seat body 18 together.
  • the Valve seat body 18 On its end facing away from the valve closing body 14 is the Valve seat body 18 with, for example, a cup-shaped spray perforated disk 20 firmly connected.
  • the cup-shaped spray plate 20 has at least one z. B. by Eroding or stamping formed injection opening 21.
  • non-magnetic intermediate parts used, which are provided instead of the throttle point 10 and for a magnetic Ensure separation of core 2 and connector 8.
  • These non-magnetic intermediate parts are extremely precise and highly precise, for example on precision lathes made to achieve a little leadership game. Since in the shown in Figure 1 Injection valve due to the one-piece construction of the valve tube 9 now no such Intermediate part is necessary, it makes sense to have at least one on the outer circumference of the armature 17 Guide surface 22 ( Figure 2), which is produced for example by turning.
  • the at least one guide surface 22 can, for example, be a circumferential one continuous guide ring or as several on the circumference with a distance from each other trained guide surfaces.
  • the insertion depth of the valve seat body 18 with the cup-shaped spray perforated disk 20 determines the size of the stroke of the valve needle 12.
  • the one end position is the Valve needle 12 when the magnet coil 1 is not energized by the contact of the valve closing body 14 set on the valve seat of the valve seat body 18 while the other end position the valve needle 12 when the magnet coil 1 is energized by the contact of the armature 17 at the bottom Core end 7 results.
  • FIG. 1 of the connecting part 8 with the valve seat body 18 and from the armature 17, the valve needle 12 and the valve closing body 14 movable Valve part represents only one possible design variant of the magnetic circuit downstream following valve assembly.
  • this valve area waived, it should be emphasized that the most varied valve assemblies together with the construction of the injection valve according to the invention in the area of Throttle point 10 can be combined.
  • spherical valve closing body 14 and the use of spray perforated disks 20 are outward-opening injection valves are also conceivable.
  • the magnet coil 1 is formed by at least one, for example as a bracket and serve as a ferromagnetic guide element 23 surrounding the solenoid 1 at least partially surrounds in the circumferential direction, and with one end at the Core 2 and its other end abuts the connector 8 and with these to Example can be connected by welding, soldering or gluing.
  • the injection valve is largely enclosed with a plastic encapsulation 24 starting from the core 2 in the axial direction via the magnet coil 1 and that at least one guide element 23 extends to the connecting part 8, the at least a guide element 23 is completely covered axially and in the circumferential direction.
  • a plastic encapsulation 24 starting from the core 2 in the axial direction via the magnet coil 1 and that at least one guide element 23 extends to the connecting part 8, the at least a guide element 23 is completely covered axially and in the circumferential direction.
  • this Plastic extrusion 24 also includes, for example, an injection molding electrical connector 25, in which the contact elements 26 for electrical Contacting the solenoid 1 are provided.
  • section II from the injection valve shown in FIG. 1 is in the region of magnetic throttle point 10 shown enlarged.
  • the lower core end 7 of the core 2 has a downstream end face 27, which also serves as a stop face for the armature 17 its upstream end face 28 serves.
  • the valve tube 9 used in the present exemplary embodiment is therefore as above described, formed in one piece and has a direct magnetically conductive connection between the core 2 and the connecting part 8 via the magnetic throttle point 10.
  • Um to keep the leakage flux bypassing the air gap 29 as small as possible is magnetic throttle point 10 formed with a very small wall thickness.
  • the for Example in the axial direction 2 mm long magnetic throttle point 10 has one Wall thickness of only about 0.2 mm, for example. So that's about a minimal Limit reached, at which the valve tube 9 is still sufficiently stable at in Gasoline injectors for intake manifold injection with the usual low maximum pressures is guaranteed.
  • the magnetic flux in the magnetic circuit also directly over the very narrow magnetic throttle point 10 is in a very short time, namely only in a fraction of the actual switching time of the Valve that reaches saturation flux density.
  • the saturation and a permeability of around 1 having magnetic throttle point 10 thus really acts as Choke point.
  • a radial air gap 30 between the magnetic Throttle point 10 or the connecting part 8 and the armature 17.
  • This radial air gap 30 should be as narrow as possible, because the magnetic flux over the air radially enters the armature 17.
  • the total magnetic flux in the injection valve increases this arrangement compared to injectors with non-magnetic intermediate part the amount of magnetic flux through the throttle point 10 to.
  • the rest of the senior Cross sections of the core 2 and the guide element 23 are adapted accordingly or minirnal enlarged.
  • the construction of the valve according to the invention also includes Component an annular insert 31, the radially outside at the throttle 10th is arranged and axially along the entire throttle point 10 and partially along of the lower core end 7 extends.
  • the insert piece 31 is in a corresponding recess in the intermediate piece 4 used and fixed via a connecting layer 32 with the throttle point 10 and lower core end 7 connected.
  • A is preferably used as the connecting layer 32 Adhesive layer used because it forms both electrical insulation and Unevenness in the gap between insert 31 and throttle 10 or core end 7 can compensate.
  • the ring-shaped Insert 31 is not formed from a metal ring, which is good stability and would have strength properties, but on the other hand the generation of Eddy currents during a changing magnetic field would cause that have a negative effect on the switching times (tightening time and closing time) of the valve, because the metal ring 31 necessarily at least partially within the sphere of influence of the magnetic field of the magnetic coil 1.
  • the insert 31 should be made of an electrically non-conductive material or as one which is interrupted at least at one point and fastened in an electrically insulated manner Insert 31 be formed. Suitable as material for a one-piece insert 31 z. B. a plastic material, possibly reinforced by carbon fibers or the like is, or a ceramic material.
  • FIGS. 3 and 4 A preferred embodiment of the annular insert 31 is shown in FIGS. 3 and 4 shown.
  • the insert 31 consists of two in this embodiment concentric metal rings 33 and 34, which are mutually bonded by an adhesive layer 35 are electrically insulated and each have a slot 36 or 37. This way and In this way there is no closed electrically conductive circuit in the insert 31 and therefore, eddy currents cannot change in a changing magnetic field form the insert 31.
  • the two metal rings 33 and 34 are arranged such that their slots 36th are offset by 37 by 180 ° to one another, as can be seen from FIG.
  • austenitic metal is used for the two metal rings 33, 34.
  • the two metal rings 33 and 34 are first assembled glued together. Then the complete insert 31 with the Throttle point 10 glued. The gluing is advantageously carried out in two steps, so that the two metal rings 33 and 34 also provide axial support.
  • connection of the annular insert 31 to the throttle point 10 by means of Adhesive 32 also allows larger tolerances and unevenness on the corresponding diameters of the throttle point 10 and the insert 31. This enables the injection valve to be manufactured more cost-effectively.
  • the construction according to the invention has two major advantages. For one thing through the use of a one-piece or at least self-contained valve tube 9 created an injection valve with secure tightness, and on the other hand by the the stability of the arrangement increasing use of the annular insert 31 Construction also for in particular directly in the combustion chamber of an internal combustion engine Injecting high pressure valves can be used.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigbarem Ventil, insbesondere einem Ventil für Bennstoffeinspritzaniagen von Brennkraftmaschinen, nach der Gattung des Anspruchs 1.
Es sind bereits Brennstoffeinspritzventile bekannt, die elektromagnetisch betätigbar sind und demzufolge einen Magnetkreis besitzen, der wenigstens eine Magnetspule, einen Kern, einen Anker und einen Außenpol umfaßt. Ein solches Brennstoffeinspritzventil ist beispielsweise aus der DE-195 03 821 A1 bekannt.
Bei dem Ventil gemäß der DE-195 03 821 A1 sind der Kern und ein Anschlußteil eines Ventilrohres über eine magnetische Drosselstelle direkt miteinander verbunden. Dabei ist es vorteilhaft, das gesamte Ventilrohr einteilig auszubilden, so daß es sich über die gesamte Länge des Ventils erstreckt. Ein Vorteil der Drosselstelle, die z. B.nur etwa 0,2 mm stark ist, liegt in der sicheren Dichtheit des Ventils, so daß auf O-Ringe verzichtet werden kann, welche bei der Dichtheitsmessung und der Ventilreinigung problematisch sind. Bei Hochdruckventilen mit Maximaldrücken beispielsweise im Bereich von etwa 10 bis 12 MPa (100 bis 120 bar) tritt an der relativ dünnwandigen Drosselstelle 10 allerdings ein Festigkeitsproblem auf.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigbare Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß es die herstellungstechnischen, magnetkreisspezifischen und Dichtheitsproblematik betreffenden Vorteile der Konstruktion des Ventilrohres mit dünnwandiger Drosselstelle ausnutzt und gleichzeitig die Festigkeitsprobleme beim Stand der Technik vermieden werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen elektromagnetisch betätigbaren Ventils möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, das ringförmige Einsatzstück entweder aus elektrisch nicht leitfähigem Material herzustellen oder an zumindest einer Stelle unterbrochen auszubilden und elektrisch isoliert zu befestigen. Durch diese Maßnahme kann verhindert werden, daß in dem ringförmigen Einsatzstück, welches notwendigerweise zumindest teilweise innerhalb des Einflußbereiches des magnetischen Feldes der Magnetspule liegt, während eines sich ändernden magnetischen Feldes Wirbelströme entstehen, die sich negativ auf die Schaltzeiten (Anzugszeit und Schließzeit) des Ventils auswirken.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des ringförmigen Einsatzstücks besteht in seinem Aufbau aus zwei konzentrischen Ringen, die gegeneinander elektrisch isoliert sind und jeweils mindestens einen Schlitz aufweisen, so daß für das Einsatzstück auch elektrisch leitfähiges Material, wie beispielsweise ein austenitisches Metall, mit guten Festigkeitseigenschaften bzw. Formstabilitätseigenschaften verwendet werden kann. Dabei sind die beiden Ringe vorzugsweise derart angeordnet, daß ihre Schlitze um 180° zueinander versetzt positioniert sind, um die mechanische Stabilität der Konstruktion zu verbessern bzw. zu erhalten.
Weiter ist es vorteilhaft, einen Spalt zwischen der Drosselstelle und dem ringförmigen Einsatzstück mit Klebstoff aufzufüllen. Dies erlaubt größere zulässige Toleranzen an den entsprechenden Durchmessern der einzelnen Bauteile sowie zugleich eine kostengünstigere Fertigung.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1
ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils mit einem erfindungsgemäßen ringförmigen Einsatzstück in einer geschnittenen Darstellung,
Fig. 2
vergrößert den Ausschnitt II von Fig. 1 im Bereich der Drosselstelle,
Fig. 3
ausschnittweise ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß konstruierten Einspritzventils in einer geschnittenen Darstellung und
Fig. 4
einen Schnitt durch das Einspritzventil entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das in Fig. 1 beispielhaft als erstes Ausführungsbeispiel dargestellte elektromagnetisch betätigbare Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen hat einen von einer Magnetspule 1 zumindest teilweise umgebenen, als sogenannten Innenpol eines Magnetkreises dienenden, rohrförmigen, weitgehend hohlzylindrischen Kern 2. Ein Spulenkörper 3 nimmt eine Bewicklung der Magnetspule 1 auf und ermöglicht in Verbindung mit dem Kern 2 und einem ringförmigen, nichtmagnetischen, von der Magnetspule 1 teilweise umgebenen Zwischenstück 4 mit einem L-förmigen Querschnitt einen besonders kompakten und kurzen Aufbau des Einspritzventils im Bereich der Magnetspule 1. Das Zwischenstück 4 ragt dabei mit einem Schenkel in axialer Richtung in eine Stufe des Kerns 2 und mit dem anderen Schenkel radial entlang einer in der Zeichnung unten liegenden Stirnfläche des Spulenkörpers 3.
In dem Kern 2 ist eine durchgängige Längsöffnung 5 vorgesehen, die sich entlang einer Ventillängsachse 6 erstreckt. Konzentrisch zur Ventillängsachse 6 kann vorzugsweise eine in Fig. 1 nicht gezeigte zusätzliche dünnwandige, rohrförmige Hülse verlaufen, die die innere Längsöffnung 5 des Kerns 2 durchragt und unmittelbar an der Wandung der Längsöffnung 5 anliegt. Diese Hülse besitzt eine Abdichtfunktion zum Kern 2 hin, indem sie in Richtung der Ventillängsachse 6 bzw. in stromabwärtiger Richtung eine Kapselung des Kerns 2 bildet und dadurch einen Kontakt von Brennstoff mit dem Kern 2 verhindert.
Der Kern 2 ist nicht wie bei konventionellen früheren Einspritzventilen als ein Bauteil ausgeführt, das mit einem unteren Kernende 7 auch wirklich abschließt, sondern verläuft auch weiter in stromabwärtiger Richtung, so daß ein stromabwärts des Spulenkörpers 3 angeordnetes rohrförmiges Anschlußteil, das im weiteren Verlauf der Beschreibung als Anschlußteil 8 bezeichnet ist, als sogenannter Außenpol einteilig mit dem Kern 2 ausgebildet ist, wobei das Gesamtbauteil als Ventilrohr 9 bezeichnet wird. Als Übergang vom Kern 2 zum Anschlußteil 8 besitzt das Ventilrohr 9 eine ebenfalls rohrförmige, jedoch eine wesentlich dünnere Wandung als die Wandungsstärken von Kern 2 und Anschlußteil 8 aufweisende magnetische Drosselstelle 10. Diese magnetische Drosselstelle 10 geht aus dem unteren Kernende 7 konzentrisch zu der Ventillängsachse 6 des Kerns 2 und des Anschlußteils 8 hervor.
Anstelle der einteiligen Ausbildung des Ventilrohres 9 kann die Drosselstelle 10 auch nur einteilig entweder mit dem unteren Kernende 7 oder dem Anschlußteil 8 ausgebildet sein.
In dem Anschlußteil 8 verläuft eine Längsbohrung 11, die konzentrisch zu der Ventillängsachse 6 ausgebildet ist. In der Längsbohrung 11 ist eine zum Beispiel rohrförmige Ventilnadel 12 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende 13 mit einem kugelförmigen Ventilschließkörper 14, an dessen Umfang mehrere Abflachungen 15 zum Vorbeiströmen des Brennstoffs vorgesehen sind, beispielsweise durch Schweißen verbunden ist.
Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 12 und damit zum Öffnen des Einspritzventils entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder 16 bzw. zum Schließen des Einspritzventils dient der elektromagnetische Kreis mit der Magnetspule 1, dem Kern 2 und einem Anker 17. Der Anker 17 ist mit dem dem Ventilschließkörper 14 abgewandten Ende der Ventilnadel 12 durch eine Schweißnaht verbunden und auf den Kern 2 ausgerichtet. In das stromabwärts liegende, dem Kern 2 abgewandte Ende des Anschlußteils 8 ist in der Längsbohrung 11 ein zylinderförmiger Ventilsitzkörper 18, der einen festen Ventilsitz aufweist, durch Schweißen dicht montiert.
Zur Führung des Ventilschließkörpers 14 während der Axialbewegung der Ventilnadel 12 mit dem Anker 17 entlang der Ventillängsachse 6 dient eine Führungsöffnung 19 im Ventilsitzkörper 18. Der kugelförmige Ventilschließköper 14 wirkt mit dem sich in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig verjüngenden Ventilsitz des Ventilsitzkörpers 18 zusammen. An seiner dem Ventilschließkörper 14 abgewandten Stirnseite ist der Ventilsitzkörper 18 mit einer beispielsweise topfförmig ausgebildeten Spritzlochscheibe 20 fest verbunden. Die topfförmige Spritzlochscheibe 20 besitzt wenigstens eine z. B. durch Erodieren oder Stanzen ausgeformte Abspritzöffnung 21. Für eine exakte Führung des mit der Ventilnadel 12 verbundenen Ankers 17 während der Axialbewegung werden in anderen bekannten Ausrührungsformen von Einspritzventilen unmagnetische Zwischenteile benutzt,die anstelle der Drosselstelle 10 vorgesehen sind und für eine magnetische Trennung von Kern 2 und Anschlußteil 8 sorgen. Diese unmagnetischen Zwischenteile werden äußerst exakt und hochgenau zum Beispiel auf Präzisionsdrehmaschinen hergestellt, um ein kleines Führungsspiel zu erzielen. Da bei dem in Figur 1 gezeigten Einspritzventil aufgrund der einteiligen Konstruktion des Ventilrohres 9 nun kein solches Zwischenteil nötig ist, ist es sinnvoll, am äußeren Umfang des Ankers 17 wenigstens eine Führungsfläche 22 (Figur 2), die zum Beispiel durch Drehen hergestellt ist, vorzusehen. Die wenigstens eine Führungsfläche 22 kann beispielsweise als ein umlaufender durchgehender Führungsring oder als mehrere am Umfang mit einem Abstand zueinander ausgebildete Führungsflächen ausgebildet sein.
Die Einschubtiefe des Ventilsitzkörpers 18 mit der topfförmigen Spritzlochscheibe 20 bestimmt die Größe des Hubs der Ventilnadel 12. Dabei ist die eine Endstellung der Ventilnadel 12 bei nicht erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ventilschließkörpers 14 am Ventilsitz des Ventilsitzkörpers 18 festgelegt, während sich die andere Endstellung der Ventilnadel 12 bei erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankers 17 am unteren Kernende 7 ergibt.
Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung des Anschlußteils 8 mit dem Ventilsitzkörper 18 und des aus dem Anker 17, der Ventilnadel 12 und dem Ventilschließkörper 14 beweglichen Ventilteils stellt nur eine mögliche Ausbildungsvariante der dem Magnetkreis stromabwärts folgenden Ventilbaugruppe dar. In den folgenden Figuren wird auf diesen Ventilbereich verzichtet, wobei betont werden soll, daß die unterschiedlichsten Ventilbaugruppen zusammen mit der erfindungsgemäßen Konstruktion des Einspritzventils im Bereich der Drosselstelle 10 kombiniert werden können. Neben dem oben beschriebenen kugelförmigen Ventilschließkörper 14 und dem Einsatz von Spritzlochscheiben 20 sind auch nach außen öffnende Einspritzventile denkbar.
Die Magnetspule 1 ist von wenigstens einem, beispielsweise als Bügel ausgebildeten und als ferromagnetisches Element dienenden Leitelement 23 umgeben, das die Magnetspule 1 in Umfangsrichtung wenigstens teilweise umgibt, sowie mit seinem einen Ende an dem Kern 2 und seinem anderen Ende an dem Anschlußteil 8 anliegt und mit diesen zum Beispiel durch Schweißen, Löten bzw. Kleben verbindbar ist.
Das Einspritzventil ist weitgehend mit einer Kunststoffumspritzung 24 umschlossen, die sich vom Kern 2 ausgehend in axialer Richtung über die Magnetspule 1 und das wenigstens eine Leitelement 23 bis zum Anschlußteil 8 erstreckt, wobei das wenigstens eine Leitelement 23 vollständig axial und in Umfangsrichtung überdeckt ist. Zu dieser Kunststoffumspritzung 24 gehört ferner auch ein beispielsweise mitangespritzter elektrischer Anschlußstecker 25, in dem auch die Kontaktelemente 26 zur elektrischen Kontaktierung der Magnetspule 1 vorgesehen sind.
In Fig. 2 ist der Ausschnitt II aus dem in Fig. 1 gezeigten Einspritzventil im Bereich der magnetischen Drosselstelle 10 vergrößert dargestellt. Das untere Kernende 7 des Kerns 2 weist eine stromabwärtige Stirnfläche 27 auf, die als Anschlagfläche für den Anker 17 mit seiner stromaufwärtigen Stirnfläche 28 dient. Bei geschlossenem Ventil, d.h. beim Anliegen des Ventilschließkörpers 14 am Ventilsitz des Ventilsitzkörpers 18 liegt zwischen den beiden Stirnflächen 27 und 28 ein Luftspalt 29 vor. Gewöhnlich kann man davon ausgehen, daß ein Magnetkreis um so besser ist, je weniger Streufluß den Luftspalt umgeht.
Das im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete Ventilrohr 9 ist also, wie oben beschrieben, einteilig ausgebildet und besitzt eine direkte magnetisch leitende Verbindung zwischen dem Kern 2 und dem Anschlußteil 8 über die magnetische Drosselstelle 10. Um den den Luftspalt 29 umgehenden Streufluß dennoch möglichst klein zu halten, ist die magnetische Drosselstelle 10 mit einer sehr geringen Wandstärke ausgebildet. Die zum Beispiel in axialer Richtung 2 mm lange magnetische Drosselstelle 10 weist eine Wandstärke von beispielsweise nur etwa 0,2 mm auf. Damit ist ungefähr ein minimaler Grenzwert erreicht, bei dem noch eine ausreichende Stabilität des Ventilrohrs 9 bei in Benzineinspritzventilen für die Saugrohreinspritzung üblichen niedrigen Maximaldrücken gewährleistet ist. Bei Erregung der Magnetspule 1 geht also der Magnetfluß im magnetischen Kreis auch direkt über die sehr schmale magnetische Drosselstelle 10. Dabei wird in sehr kurzer Zeit, nämlich nur in einem Bruchteil der eigentlichen Schaltzeit des Ventils, die Sättigungsflußdichte erreicht. Die in Sättigung stehende und eine Permeabilität von rund 1 aufweisende magnetische Drosselstelle 10 wirkt somit auch wirklich als Drosselstelle.
Durch die wenigstens eine am Anker 17 angeformte Führungsfläche 22, die sich über den eigentlichen Außendurchmesser des Ankers radial nach außen erstreckt, ergibt sich außerhalb der Führungsfläche 22 ein Radialluftspalt 30 zwischen der magnetischen Drosselstelle 10 bzw. dem Anschlußteil 8 und dem Anker 17. Dieser Radialluftspalt 30 sollte so schmal wie möglich ausgebildet sein, da der magnetische Fluß über die Luft radial in den Anker 17 tritt. Der magnetische Gesamtfluß im Einspritzventil nimmt bei dieser Anordnung im Vergleich zu Einspritzventilen mit unmagnetischem Zwischenteil um den Betrag des Magnetflusses über die Drosselstelle 10 zu. Die übrigen leitenden Querschnitte des Kerns 2 und des Leitelements 23 sind dementsprechend angepaßt bzw. minirnal vergrößert.
Durch die oben beschriebene einteilige Konstruktion des Ventilrohres 9 kann eine kostengünstigere Fertigung und eine sicherere Dichtheit des Einspritzventils erreicht werden, wobei die Qualität des Magnetkreises im Vergleich zu Konstruktionen mit unmagnetischem Zwischenteil nicht herabgesetzt wird. Um nun diese Vorteile auch für Hochdruckventile mit Maximaldrücken beispielsweise im Bereich von etwa 10 bis 12 MPa (100 bis 120 bar) auszunutzen, muß die Tragfähigkeit der Drosselstelle 10 dementsprechend erhöht werden. Eine Ausbildung der Drosselstelle mit größerer Wandstärke kommt nicht in Betracht, da dies sich negativ auf den Magnetkreis auswirken würde.
Die Lösung für dieses Problem wird nun im folgenden anhand des in Fig. 2 dargestellten Ausschnitts II von Fig. 1, der den Bereich der Drosselstelle 10 vergrößert zeigt, beschrieben. Die erfindungsgemäße Konstruktion des Ventils beinhaltet als weiteres Bauteil ein ringförmiges Einsatzstück 31, das radial außen an der Drosselstelle 10 angeordnet ist und sich axial entlang der gesamten Drosselstelle 10 und teilweise entlang des unteren Kernendes 7 erstreckt.
Das Einsatzstück 31 ist in einer entsprechenden Aussparung des Zwischenstückes 4 eingesetzt und über eine Verbindungsschicht 32 fest mit der Drosselstelle 10 und dem unteren Kernende 7 verbunden. Als Verbindungsschicht 32 wird vorzugsweise eine Klebstoffschicht verwendet, da diese sowohl eine elektrische Isolierung bildet als auch Unebenheiten in dem Spalt zwischen Einsatzstück 31 und Drosselstelle 10 bzw. Kernende 7 ausgleichen kann.
Entsprechend einer ersten erfindungsgemäßen Alternative wird das ringförmige Einsatzstück 31 nicht aus einem Metallring gebildet, der zwar gute Stabilitäts- und Festigkeitseigenschaften aufweisen würde, aber andererseits die Erzeugung von Wirbelströmen während eines sich ändernden magnetischen Feldes bewirken würde, die sich negativ auf die Schaltzeiten (Anzugszeit und Schließzeit) des Ventils auswirken, da der Metallring 31 notwendigerweise zumindest teilweise innerhalb des Einflußbereiches des magnetischen Feldes der Magnetspule 1 liegt. Bei Ausbildung des Einsatzstücks 31 als geschlossener Metallring kommt es daher zu einem verzögerten Magnetkraftaufbau beim Einschalten und einem verzögerten Magnetkraftabbau beim Ausschalten. Aus diesem Grunde sollte das Einsatzstück 31 aus einem elektrisch nicht leitfähigem Material oder als ein an zumindest einer Stelle unterbrochen ausgebildetes und elektrisch isoliert befestigtes Einsatzstück 31 ausgebildet sein. Als Material für ein einstückiges Einsatzstück 31 eignet sich z. B. ein Kunststoffmaterial, das ggf. durch Karbonfasern oder dergleichen verstärkt ist, oder auch ein keramisches Material.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des ringförmigen Einsatzstücks 31 ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Das Einsatzstück 31 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei konzentrischen Metallringen 33 und 34, die durch eine Klebstoffschicht 35 gegeneinander elektrisch isoliert sind und jeweils einen Schlitz 36 bzw. 37 aufweisen. Auf diese Art und Weise ergibt sich kein geschlossener elektrisch leitender Kreis in dem Einsatzstück 31 und es können sich deshalb bei einem sich ändernden magnetischen Feld keine Wirbelströme in dem Einsatzstück 31 bilden. Um eine möglichst große Stabilität des Einsatzstückes 31 zu erreichen, sind die beiden Metallringe 33 und 34 derart angeordnet, daß ihre Schlitze 36 um 37 um 180° zueinander versetzt sind, wie aus Figur 4 zu erkennen ist. Vorzugsweise wird für die beiden Metallringe 33, 34 austenitisches Metall verwendet.
Bei der Fertigung werden zunächst die beiden Metallringe 33 und 34 vor der Montage miteinander verklebt. Anschließend wird das komplette Einsatzstück 31 mit der Drosselstelle 10 verklebt. Die Klebung erfolgt vorteilhafterweise in zwei Schritten, so daß die beiden Metallringe 33 und 34 auch eine axiale Unterstützung bewirken.
Die Anbindung des ringförmigen Einsatzstückes 31 an die Drosselstelle 10 mittels Klebstoff 32 erlaubt zudem größere zulässige Toleranzen und Unebenheiten an den entsprechenden Durchmessern der Drosselstelle 10 und des Einsatzstückes 31. Dies ermöglicht zugleich eine kostengünstigere Fertigung des Einspritzventils.
Die erfindungsgemäße Konstruktion weist zwei wesentliche Vorteile auf. Zum einen wird durch die Verwendung eines einteiligen oder zumindest in sich geschlossenen Ventilrohres 9 ein Einspritzventil mit sicherer Dichtheit geschaffen, und zum anderen wird durch den die Stabilität der Anordnung erhöhenden Einsatz des ringförmigen Einsatzstückes 31 die Konstruktion auch für insbesondere direkt in den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Hochdruckventile einsetzbar.
Wie Simulationsrechnungen gezeigt haben, ist die konkrete Werkstoffauswahl für die Metallringe 33, 34 und den Klebstoff 32, 35 unproblematisch, d.h. es kann eine Vielzahl von Werkstoffen eingesetzt werden.

Claims (8)

  1. Elektromagnetisch betätigbares Ventil, insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit
       einer Magnetspule (1),
       einem zumindest teilweise von der Magnetspule (1) umgebenen Kern (2) mit einer inneren Längsöffnung (5),
       einem Anker (17),
       einem durch den Anker (17) betätigbaren und mit einem festen Ventilsitz (18) zusammenwirkenden Ventilschließkörper (14),
       einem rohrförmigen, weitgehend stromabwärts des Kerns (2) angeordneten Anschlußteil (8), das den Anker (17) zumindest teilweise radial umgibt, und
       einer den Kern (2) und das Anschlußteil (8) miteinander verbindenden magnetischen Drosselstelle (10),
    dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiges Einsatzstück (31) vorgesehen ist, das die Drosselstelle (10) in radialer Richtung abstützt.
  2. Ventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Einsatzstück (31) aus elektrisch nicht leitfähigem Material, insbesondere einem Kunststoff besteht.
  3. Ventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Einsatzstück (31) an zumindest einer Stelle unterbrochen und elektrisch isoliert befestigt ist.
  4. Ventil nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzstück (31) aus zwei konzentrischen Ringen (33, 34) gebildet ist, die gegeneinander elektrisch isoliert sind und jeweils zumindest einen Schlitz (36, 37) aufweisen.
  5. Ventil nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (36, 37) der Ringe (33, 34) etwa 180° versetzt zueinander angeordnet sind.
  6. Ventil nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (33, 34) durch eine Klebstoffschicht (35) gegeneinander elektrisch isoliert sind.
  7. Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (33, 34) aus austenitischem Metall sind.
  8. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Drosselstelle (10) und dem Einsatzstück (31) ein Spalt ausgebildet ist, der mit einer Klebstoffschicht (32) aufgefüllt ist.
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