EP1327065A1 - Magnetventilbetätigtes steuermodul zur fluidkontrolle bei einspritzsystemen - Google Patents

Magnetventilbetätigtes steuermodul zur fluidkontrolle bei einspritzsystemen

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EP1327065A1
EP1327065A1 EP01978189A EP01978189A EP1327065A1 EP 1327065 A1 EP1327065 A1 EP 1327065A1 EP 01978189 A EP01978189 A EP 01978189A EP 01978189 A EP01978189 A EP 01978189A EP 1327065 A1 EP1327065 A1 EP 1327065A1
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EP
European Patent Office
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valve body
control module
control
valve
recesses
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EP01978189A
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English (en)
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EP1327065B1 (de
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Nestor Rodriguez-Amaya
Uwe Schmidt
Ramon Junker
Hubert Greif
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication of EP1327065B1 publication Critical patent/EP1327065B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0017—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using electromagnetic operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure

Definitions

  • Solenoid valve actuated control module for fluid control in injection systems
  • An injection system configured to meet the legal requirements requires actuation devices which, on the one hand, must have a long service life and, on the other hand, must have high operational reliability.
  • short control valve activation times must be realizable via the actuating devices; it is also desirable to control the valve control bodies of the control valves in different positions in order to build up or reduce the injection pressure in a controlled manner.
  • piezo actuators are used in injection systems, short response and switching times can be achieved for control valves of an injection system. However, it is still unclear whether the piezo actuators already used have the durability required for an injection system and whether the operational reliability is still present after long periods of operation.
  • the piezo actuators When operated on internal combustion engines, particularly in internal combustion engines used on commercial vehicles, the piezo actuators are exposed to the harshest operating conditions, such as temperature fluctuations and shocks.
  • Commercial vehicles are usually designed for a lifespan of 1 million and more kilometers, so that the durability of an injection system must also be designed for this lifespan.
  • An injector for an injection system on internal combustion engines is known from EP 0 823 549 A2.
  • the injector housing according to this technical solution there are two in a row lying control valves arranged, which are controlled by a magnet. The activation of one of the two valves inevitably results in the actuation of the further valve.
  • the advantage of this solution is the pressure balance of the needle control valve in all operating states, whereas this solution has the disadvantage that it is not possible to decouple the lifting processes of the two valves connected in series, so that the possibilities of influencing the shaping of the injection process are limited.
  • the solution proposed according to the invention offers the advantage of creating a compact control module by means of a miniaturized control part design.
  • the durability and reliability of electromagnets used as switching devices is an undisputed and generally recognized technical fact. Due to the miniaturization of the components with a corresponding flux density to be realized in the electromagnetic coil in cooperation with the magnetic yoke surrounding the coil, such a degree of compactness of the control module in an injection system is achieved that the accommodation of such a control module in existing systems, for example on commercial vehicle engines, without serious changes in installation space is possible.
  • the actuators of the control module proposed according to the invention can be switched depending on their function so that both control valves of the control module are closed when deenergized or both control valves are de-energized in the open position.
  • This is preferably achieved by spring elements provided on the control valve bodies of the control valves.
  • it is also possible to keep one of the two control valves closed when de-energized and to place the other control valve in the open state when de-energized.
  • the magnet yoke - the non-moving part of the electromagnet - can either be arranged in the valve body of the control module through a corresponding recess for accommodating the coil. This allows the material of the valve body, which contributes to cost savings use as magnetic conductor at the same time. It is also possible to arrange the recesses which receive the solenoid coils in the valve body in separate components which can be made, for example, of a high-quality, soft magnetic material. A combination of these two arrangement or accommodation possibilities of the solenoid coils of an electromagnet is also possible.
  • inserts holding the solenoid coils are installed in the valve body of a control module, these can be connected to the valve body by various methods.
  • the insert element can be positively connected to the recess for the magnetic coil-receiving insert element with the valve body by fluid connection, such as, for example, soldering or welding.
  • valve needles for both needles can be manufactured with the same diameter in a manner which advantageously favors the manufacturing costs. As a result, identical manufacturing methods can be used. Furthermore, the principle of using the same parts can have a positive impact on storage and storage costs.
  • FIG. 1 shows a control module with recesses for magnetic coils which are accommodated in parallel but are offset in height from one another
  • FIG. 2 shows a control module according to FIG. 1, in which a separate receiving element for the magnet coil is let into the valve body on one of the control parts,
  • FIG. 3 shows the parallel arrangement of two control parts in the valve body with separate receiving inserts for receiving the magnetic coils
  • Fig. 4 shows the parallel arrangement of two control valves in the control module, the actuating solenoids are both received in recesses in the valve body and
  • Fig. 5 shows a variant of a control module with control valves, in which pressure springs, the control valve body are arranged in their upper region surrounding.
  • FIG. 1 shows a section through the control module proposed according to the invention with recesses for the valve control bodies which actuate electromagnets and which are accommodated in the control module in parallel, but arranged at different heights.
  • the sectional view according to FIG. 1 shows that in a valve body 2 of the control module 1 that is accommodated symmetrically to its axis of symmetry 3, two control valves 5, 17 acting in parallel to one another are accommodated.
  • the first control valve 5 comprises a valve needle 6, which extends essentially in the vertical direction.
  • the valve needle 6 is designed as a rotationally symmetrical component, symmetrical to the line of symmetry 11.
  • annular magnet armature 7 is accommodated which the valve needle 6 above a taper 8 carried out on this completely.
  • a circumferential recess 9 is formed for receiving the magnet coil of an electromagnet.
  • the area of the valve body 2 surrounding the recess 9 in the valve body 2 can therefore be regarded as the magnetic yoke of the electromagnet.
  • a leakage oil chamber 10 is formed around the constriction point of the valve needle 6.
  • valve seat 12 closed by the seat surface of the valve needle 6, via which the annular space 14 formed in the valve body 2 can be relieved of pressure.
  • a mandrel 15 is formed, which serves as a guide surface for the first turns of a spring element 16, which is also mounted in the valve body 2 as a restoring element.
  • a second control valve 17 is accommodated in the valve body 2 and is arranged offset in height with respect to the first control valve 5 already described.
  • a bore 18 is received in the valve body 2 of the control module 1, in which a ring-shaped insert element 19 is embedded.
  • the annularly configured insert element 19 which consists of a high-quality, soft magnetic material, there is a recess 20 for the coil of an electromagnet.
  • the ring-shaped insert element 19 is penetrated by a bore into which a sleeve is inserted.
  • a compression spring element is supported on the one hand on a ring 21 fastened to the sleeve and, on the other hand, is guided in a spike-shaped extension 22 which is formed on the valve needle 24 of the second control valve 17.
  • the valve needle 24 of the second control valve 17 is provided with a plate-shaped element, a valve plate 23, which can be moved up and down in the vertical direction by the electromagnet, the coil of which is received in the recess 20 of the insert element 19.
  • the valve seat 26 is formed, which opens or closes the annular space 25 surrounding the valve needle 24.
  • the control chamber 30 has an inlet (not shown) and a ring outlet 28, in which a throttle element 29 can be embedded.
  • the annular space outlet 28 opens into the annular space 25, which encloses the lower region of the valve needle 24 of the second control valve 17.
  • the outlet 27 branches off from the annular space 25, via which the control volume emerging from the control space 30 drains into a reservoir. 2 shows a control module according to FIG. 1, in which a separate receiving element for a solenoid coil is let into the valve body on one of the control valves.
  • FIG. 2 A comparison of the already described FIGS. 1 and 2 shows that the part lying to the right of the line of symmetry 3 of the valve body 2, ie. H. the second control valve 17 of FIG. 2 is identical to the control valve 17 of FIG. 1. The only difference is that there is no throttle element 29 in the annular space inlet 28 according to the configuration in FIG. 2.
  • the electromagnet activating the first control valve 5 is located, ie its solenoid coil is in recesses 9 of an insert element 32 which is largely enclosed by the valve body 2.
  • the insert element 32 can be made of high-quality, soft magnetic material.
  • the material of the input serving as a magnetic yoke can be Set element 32 provided with slot-shaped recesses extending in the axial direction.
  • recesses configured in a slot shape can be formed on the insert element or also in the valve body 2 in the region of the recesses 9 for receiving the magnet coils 4.
  • the insert element 32 as shown in FIG. 2 can either be screwed into the valve body 2, pressed into it, clamped into it or welded or soldered to it in order to establish a permanent connection with the valve body 2 of the control module 1.
  • a control chamber 30 is formed in a height offset 34 of the control valves 5 and 17, respectively, of an embodiment variant of the control module 1 according to the invention, into which the conically tapering end of an injector piston 31 projects.
  • the control chamber 30 in the valve body 2 can be relieved of pressure via the annular chamber inlet 28, the annular chamber 25, the second control valve 17 and the outlet 27 connected to the latter.
  • FIG 3 shows the parallel arrangement of two control valves in the valve body with insert elements for receiving the solenoids of electromagnets.
  • valve body 2 of the control module 1 shows that the two control valves 5 and 17 accommodated in the valve body 2 of the control module 1 are exactly identical to one another.
  • the valve needles 6 and 24 of the first control valve 5 and the second control valve 17 are of the same diameter, so that the control module proposed according to the invention can be manufactured according to the representation from FIG. 3 according to the common parts principle.
  • the use of identical parts is particularly simple in terms of production technology and helps to keep manufacturing costs low.
  • a pot-shaped needle receiving element 36 is assigned at the lower end, which is supported at the bottom by means of a valve body 2 - not shown further here.
  • FIG. 3 shows that the solenoids of the electromagnets which actuate or activate the control valves 5 and 17 are enclosed in recesses 9 by insert elements 32.
  • the solenoids are accommodated in separate internals in the valve body 2.
  • the insert elements 32 can be embedded next to one another in the valve body 2. Both insert elements 32 can NEN identical components, both insert elements 32 are preferably made of a high quality, soft magnetic material serving as a magnetic yoke.
  • the insert elements 32 in whose recesses 9 the magnet coils of the electromagnets are received, can be screwed to the valve body 2, pressed into the valve body or clamped to the latter.
  • a positive connection between valve body 2 and insert element 32 for example by welding and soldering, is also conceivable.
  • the configuration of the annular spaces 14 and 25, the leakage oil spaces 10, the corresponding sealing seats 13 and 26 as well as the arrangement of the injector piston 31, control space 30 in the valve body, as well as the annular space inlet 28 and the annular space outlet 27 are identical to those already shown in FIGS 2 outlined configurations.
  • FIG. 4 shows the parallel arrangement of two control valves, the actuating solenoid coils of which are both accommodated in recesses in a valve body.
  • a particularly low-profile configuration of a control module 1 for fluid control for example in the case of injection systems which inject fuel under high pressure, can be implemented, in which the recesses 9 receiving the solenoid coils are formed directly in the valve body 2.
  • the material of the valve body 2 can thus advantageously be used as a magnetic conductor.
  • the insert elements 32 made of high-quality, soft magnetic material, which increase the overall height of the valve body can be omitted.
  • the annular magnetic armatures 7 received on the valve needles 6 and 24, respectively, direct the axial stroke movement, which is generated when the magnet coils, which are accommodated in the recesses 9 of the valve body 2, are peeled, into vertical stroke movements of the valve needles 6 and 24, respectively.
  • FIG. 4 shows a particularly compact embodiment of a control module 1, in which the recesses 9 for the solenoid, the annular space around the valve needles 6 and 24 approximately 14 and 25, the adjoining sealing seat 12 and 26 and the attached subsequent leak oil spaces 10 are arranged particularly close to one another.
  • the injector piston is formed coaxially with the axis of symmetry 3 of the valve body 2.
  • FIG. 5 shows a variant of a control module with control valves, in which spring elements the control valve bodies are designed to enclose them in their upper region.
  • the spring elements 16 are each in the upper region of the valve body 2.
  • the spring elements 16 are on the one hand penetrated by the valve needles 6 and 24 and lie against the insides of bores in the insert elements 32 to avoid kinks.
  • the insert elements 32 have annularly extending recesses 9 which receive the solenoids of the electromagnets which actuate the control valves 5 and 17, respectively.
  • the insert elements 32 can also be produced from high-quality, soft magnetic material; Furthermore, the insert elements 32 can be permanently connected to the valve body 2 of the control module 1 in accordance with the methods of screwing, welding, soldering or pressing or jamming already mentioned. In the upper area of the valve needle 6 or 24, this is enclosed by an annular magnet armature 7, the area of the valve needle 6 or 24 receiving the magnet armature 7 forming the stop surface for the compression spring penetrating the bore in the insert element 32. On the other hand, the compression spring 16, enclosed by the insert element 32, is supported on a ring which in turn lies flat against the valve body 2.
  • valve body 2 can be optimized in such a way that the material surrounding the solenoids of the electromagnets can be selected in an optimal manner regardless of the material of the valve body 2 with regard to its magnetic properties.
  • FIG 3, 4 and 5 show variants of a control module 1 in which the two control valves 5 and 17 contained therein are arranged symmetrically to one another and have the same overall height. Furthermore, the two control valves 5 and 17, i. H. whose valve needles 6 or 24 have the same manufacturing diameter, so that identical parts can be used.
  • FIG. 1 and 2 show that within a valve body 2 of a control module 1 on a first control valve 5, the coil of an electromagnet can be accommodated in the recesses 8 in the valve body 2, while the electromagnet of the second control valve 17 of the control module 1, which is also accommodated in the valve body 2, can be enclosed in a bore 18 by an insert made of high-quality, soft magnetic material.
  • FIG. 2 shows that within a valve body 2 of a control module 1 on a first control valve 5, the coil of an electromagnet can be accommodated in the recesses 8 in the valve body 2, while the electromagnet of the second control valve 17 of the control module 1, which is also accommodated in the valve body 2, can be enclosed in a bore 18 by an insert made of high-quality, soft magnetic material.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuermodul zur Fluidkontrolle bei Einspritzsystemen mit einem Ventilkörper (2), in welchen Ventilnadeln (6, 24) von Steuerventilen (5, 17) aufgenommen sind. Mit diesen Steuerventilen (5, 17) ist der Druckaufbau und die Drukkentlastung von Steuerräumen (30) oder Düsenräumen an Injektoren beeinflussbar. Die Steuerventile (5, 17) im Ventilkörper (2) sind elektromagnetisch betätigbar, wobei Magnetspulen in Ausnehmungen (9, 20) von Einsatzelementen (19, 32) oder in Ausnehmungen (9) im Ventilkörper selbst aufgenommen sind.

Description

Magnetventilbetätigtes Steuermodul zur Fluidkontrolle bei Einspritzsystemen
Technisches Gebiet
Um den ständig steigenden gesetzlichen Anforderungen an den Kraftfahrzeugemissionsausstoß Rechnung zu tragen, ist es erforderlich, die in Nerbrennungskraftmaschinen ablaufende Kraftstoffverbrennung über zu beeinflussende Einspritzverläufe so zu formen, daß ein hinsichtlich der Emissionen optimaler Nerbrennungsverlauf erzielt werden kann. Dazu bedarf es eines Einspritzsystems, welches mit Betätigungsvorrichtungen ausgestattet ist, die kürzeste Ansprechzeiten aufweisen und den Steuerventilen eines Steuermodules in Einspritzsystemen genau definierte Hubwege aufprägen. An diese Betätigungsvorrichtungen sind hohe Anforderungen hinsichtlich der Dauerhaltbarkeit und der Betriebszuverlässigkeit zu richten.
Stand der Technik
Ein zur Erfüllung der gesetzlichen Vorgaben konfiguriertes Einspritzsystem benötigt Betä- tigungsvorrichtungen, die einerseits eine lange Lebensdauer und andererseits eine hohe Betriebszuverlässigkeit aufweisen müssen. Daneben müssen über die Betätigungsvorrichtungen kurze Steuerventilansteuerzeiten realisierbar sein; ferner ist anzustreben, die Ventilsteuerkörper der Steuerventile in verschiedene Stellungen zu steuern, um den Einspritzdruck auf- oder kontrolliert abzubauen.
Werden Piezo- Aktoren bei Einspritzsystemen eingesetzt, so lassen sich kurze Ansprech- und Schaltzeiten für Steuerventile eines Einspritzsystems realisieren. Es ist jedoch noch offen, ob die bereits eingesetzten Piezo-Aktoren die für ein Einspritzsystem geforderte Dauerhaltbarkeit aufweisen und ob nach längerem Betrieb die Betriebszuverlässigkeit noch gegeben ist.
Die Piezo-Aktoren sind beim Betrieb an Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere bei an Νutzfahrzeugen eingesetzten Verbrennungskraftmaschinen, härtesten Einsatzbedingungen, wie Temperaturschwankungen und Erschütterungen, ausgesetzt. Νutzfahrzeuge sind meist auf eine Lebensdauer von 1 Million und mehr Kilometern ausgelegt, so daß die Dauerhaltbarkeit eines Einspritzsystemes ebenfalls auf diese Lebensdauer auszulegen ist.
Aus EP 0 823 549 A2 ist ein Injektor für eine Einspritzanlange an Brennkraftmaschinen bekannt. Im Iηjektorgehäuse gemäß dieser technischen Lösung sind zwei hintereinander liegende Steuerventile angeordnet, die durch einen Magneten angesteuert werden. Die An- steuerung eines der beiden Ventile zieht zwangsweise die Betätigung des weiteren Ventiles nach sich. Der Vorteil dieser Lösung ist die Druckausgeglichenheit des Nadelsteuerventiles in allen Betriebszuständen, wohingegen diese Lösung den Nachteil nach sich zieht, daß eine Entkopplung der Hubvorgänge der beiden hintereinandergeschalteten Ventile nicht möglich ist, so daß die Möglichkeiten der Einflußnahme zur Formung des Einspritzverlaufes eingeschränkt sind.
Darstellung der Erfindung
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung bietet den Vorteil, durch eine miniaturisierte Steuerteilbauform ein kompaktes Steuermodul zu schaffen. Daneben ist die Dauerhaltbarkeit sowie die Zuverlässigkeit von als Schaltvorrichtung eingesetzten Elektromagneten ein unumstrittener und allgemein anerkannter technischer Fakt. Durch die Miniaturisierung der Bauteile bei entsprechender zu realisierender Flußdichte in der Elektromagnetspule in Zusammenwirkung mit dem die Spule umgebenden Magnetjoch, wird ein solcher Grad an Kompaktheit des Steuermoduls in einem Einspritzsystem erzielt, daß die Unterbringung eines solchen Steuermoduls in bestehende Systeme, beispielsweise an Nutzkraftfahrzeugmotoren, ohne gravierende Bauraumveränderungen möglich ist.
Es lassen sich sogar Bauraumvorteile durch eine verkleinerte Ausführung des erfmdungs- gemäß vorgeschlagenen Steuermodules erzielen, da die bei Piezo-Aktoren notwendigen seitlichen Anbauten an den Injektor zum Einspritzen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in die Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine vollständig entfallen kön- nen.
Die als Elektromagneten ausgeführten Betätigungsorgane des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Steuermodules können je nach Funktion so geschaltet werden, daß beide Steuerventile des Steuermodules stromlos geschlossen sind oder beide Steuerventile stromlos in geöffnete Position schalten. Dies wird vorzugsweise durch an den Steuerventilkörpern der Steuerventile vorgesehene Federelemente erzielt. Es ist jedoch auch möglich, eines der beiden Steuerventile stromlos geschlossen zu halten, und das andere Steuerventil stromlos in den öffnenden Zustand zu stellen.
Die Einsatzmöglichkeiten und die Bauraumanforderung günstig beeinflussende Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Steuermodules läßt sich das Magnetjoch - der nicht bewegliche Teil des Elektromagneten - entweder im Ventilkörper des Steuermodules durch entsprechende Aussparung zur Unterbringung der Spule anordnen. Dadurch läßt sich, was zur Kosteneinsparung beiträgt, der Werkstoff des Ventilkörpers gleichzeitig als magnetischer Leiter verwenden. Femer ist es möglich, die die Magnetspulen im Ventilkörper aufnehmenden Ausnehmungen in separaten Bauteilen anzuordnen, die beispielsweise aus einem hochwertigen, weichmagnetischen Werkstoff gefertigt sein können. Auch eine Kombination dieser beiden Anordnungs- bzw. Unterbringungsmöglichkei- ten der Magnetspulen eines Elektromagneten sind möglich.
Werden in den Ventilkörper eines Steuermodules die Magnetspulen aufnehmende separate Einsätze eingebaut, so lassen sich diese mit dem Ventilkörper durch verschiedene Methoden verbinden. Einerseits ist es möglich, die die Magnetspulen aufnehmenden, mit ring- förmigen Ausnehmungen versehenen Einsatzelemente in den Ventilkörper einzuschrauben; daneben läßt sich andererseits auch ein Einpressen oder ein Einklemmen der topfförmig, die Magnetspulen umgebenden Einsatzelemente in den Ventilkörper vorstellen. Ferner kann eine formschlüssige Verbindung des Einsatzelementes die Ausnehmung für die Magnetspule aufnehmenden Einsatzelement mit dem Ventilkörper durch stofflüssige Verbin- düng, wie beispielsweise Löten oder Schweißen, erfolgen.
In die Herstellkosten vorteilhaft begünstigender Weise lassen sich die Ventilnadeln für beide Nadeln in gleichem Durchmesser fertigen. Dadurch können identische Fertigungsmethoden eingesetzt werden, ferner lassen sich durch das Prinzip der Gleichteileverwen- düng Lagerhaltungs- sowie die Bevorratungskosten positiv beeinflussen.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
Es zeigt:
Figur 1 ein Steuermodul mit parallel aufgenommenen, jedoch höhenversetzt zueinander aufgenommenen Ausnehmungen für Magnetspulen,
Fig. 2 ein Steuermodul gemäß Fig. 1, bei dem an einem der Steuerteile ein separates Aufnahmeelement für die Magnetspule im Ventilkörper eingelassen ist,
Fig. 3 die parallele Anordnung zweier Steuerteile im Ventilkörper mit separaten Aufnahmeeinsätzen zur Aufnahme der Magnetspulen, Fig. 4 die parallele Anordnung zweier Steuerventile im Steuermodul, deren Betätigungsmagnetspulen beide in Ausnehmungen im Ventilkörper aufgenommen sind und
Fig. 5 eine Variante eines Steuermodules mit Steuerventilen, bei denen Druckfedern die Steuerventilkörper in deren oberen Bereich umschließend angeordnet sind.
Ausführungsvarianten
Aus Figur 1 geht ein Schnitt durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Steuermodul mit parallel in diesem aufgenommenen, jedoch höhenversetzt zueinander angeordneten Ausnehmungen für die Ventilsteuerkörper betätigende Elektromagneten näher hervor.
Die Schnittdarstellung gemäß Fig. 1 zeigt, daß in einen symmetrisch zu seiner Symmetrie- achse 3 aufgenommenen Ventilkörper 2 des Steuermodules 1 zwei parallel zueinander wirkende Steuerventile 5, 17 aufgenommen sind. Das erste Steuerventil 5 umfaßt eine sich im wesentlichen in vertikale Richtung erstreckende Ventilnadel 6. Die Ventilnadel 6 ist als rotationssymmetrisches Bauteil ausgeführt, symmetrisch zur Symmetrielinie 11. Im oberen Bereich der Ventilnadel 6 ist ein ringförmiger Magnetanker 7 aufgenommen, der die Ven- tilnadel 6 oberhalb einer an dieser ausgeführten Verjüngung 8 vollflächig umschließt.
Im unter der radialen Erstreckung des Magnetankers 7 befindlichen Teil des Ventilkörpers 2 ist eine umlaufende Ausnehmung 9 zur Aufnahme der Magnetspule eines Elektromagneten ausgebildet. Der die Ausnehmung 9 im Ventilkörper 2 umgebende Bereich des Ventilkörpers 2 kann daher als das Magnetjoch des Elektromagneten angesehen werden. Im unteren Bereich des ersten Steuerventiles ist ein um die Einschnürstelle der Ventilnadel 6 umgebender Leckölraum 10 ausgebildet.
Oberhalb des Leckölraumes 10 befindet sich im Ventilkörper 2, der durch die Sitzfläche der Ventilnadel 6 verschlossene Ventilsitz 12, über welchen der im Ventilkörper 2 ausgebildete Ringraum 14 druckentlastet werden kann. Am unteren Ende der Ventilnadel 6 ist ein Dorn 15 ausgebildet, der als Führungsfläche für die ersten Windungen eines Federelementes 16 dient, welches ebenfalls als Rückstellelement im Ventilkörper 2 gelagert ist.
Im Ventilkörper 2 ist darüber hinaus ein zweites Steuerventil 17 aufgenommen, welches in bezug auf das bereits beschriebene erste Steuerventil 5 höhenversetzt angeordnet ist. Im Ventilkörper 2 des Steuermoduls 1 ist eine Bohrung 18 aufgenommen, in welcher ein ringförmig konfiguriertes Einsatzelement 19 eingelassen ist. Im ringförmig konfigurierten Einsatzelement 19, welches aus einem hochwertigen, weichmagnetischen Werkstoff besteht, befindet sich eine Ausnehmung 20, für die Spule eines Elektromagneten. Das ringförmig konfigurierte Einsatzelement 19 ist von einer Bohrung durchsetzt, in welches eine Hülse eingelassen ist. Ein Druckfederelement stützt sich einerseits an einem an der Hülse befestigten Ring 21 ab und ist andererseits in einem dornförmigen Fortsatz 22 geführt, welcher an der Ventilnadel 24 des zweiten Steuerventiles 17 ausgebildet ist. Unterhalb des Doms 22 ist die Ventilnadel 24 des zweiten Steuerventiles 17 mit einem tellerförmigen Element, einer Ventilplatte 23 versehen, welche das durch den Elektromagneten, dessen Spule in der Ausnehmung 20 des Einsatzelementes 19 aufgenommen ist, in vertikaler Richtung auf- und abbewegt werden kann.
Im unteren Bereich des zweiten Steuerventils 17 befindet sich ein ringförmig die Ventilnadel 24 umschließender Ringraum 25. Am unteren Ende der Ventilnadel 24 ist der Ventilsitz 26 ausgebildet, welcher den die Ventilnadel 24 umgebenden Ringraum 25 öffnet bzw. verschließt.
Koaxial zur Symmetrieachse 3 des Ventilkörpers 2 befindet sich im Ventilkörper 2 ein Injektorkolben 31, dessen konisch zulaufendes Ende in einen mit Bezugszeichen 30 bezeichneten Steuerraum hineinragt. Der Steuerraum 30 weist einen nicht gezeigten Zulauf und einen Ringablauf 28 auf, in welchen ein Drosselelement 29 eingelassen sein kann. Der Ringraumablauf 28 mündet in den Ringraum 25, der den unteren Bereich der Ventilnadel 24 des zweiten Steuerventiles 17 umschließt. Vom Ringraum 25 zweigt der Ablauf 27 ab, über welchen das aus dem Steuerraum 30 austretende Steuervolumen in ein Reservoir abläuft. Aus der Darstellung gemäß Fig. 2 geht ein Steuermodul gemäß Fig. 1 näher hervor, bei dem an einem der Steuerventile ein separates Aufnahmeelement für eine Magnetspule im Ventilkörper eingelassen ist.
Aus einem Vergleich der bereits beschriebenen Fig. 1 und Fig. 2 geht hervor, daß der rechts der Symmetrielinie 3 des Ventilkörpers 2 liegende Teil, d. h. das zweite Steuerventil 17 der Fig. 2 identisch mit dem Steuerventil 17 aus Fig. 1 ist. Einziger Unterschied ist lediglich der, daß im Ringraumzulauf 28 gemäß der Konfiguration in Fig. 2 kein Drosselelement 29 vorhanden ist.
Im Unterschied zur in Fig. 1 beschriebenen Ausführungsvariante des ersten Steuerventiles 5 befindet sich der das erste Steuerventil 5 aktivierende Elektromagnet, d. h. seine Magnetspule in Ausnehmungen 9 eines Einsatzelementes 32, welches vom Ventilkörper 2 weitest- gehend umschlossen ist. In bevorzugter Ausgestaltungsmöglichkeit des Einsatzelementes 32 kann dieses aus hochwertigem, weichmagnetischem Werkstoff gefertigt sein. Zur Verbesserung der Schaltdynamik läßt sich der Werkstoff des als Magnetjoch dienenden Ein- satzelementes 32 mit schlitzförmig sich in axiale Richtung erstreckenden Ausnehmungen versehen. Vorzugsweise können am Einsatzelement oder auch im Ventilkörper 2 im Bereich der Ausnehmungen 9 zur Aufnahme der Magnetspulen 4 schlitzförmig konfigurierte Ausnehmungen ausgebildet werden. Das Einsatzelement 32 gemäß der Darstellung aus Fig. 2 kann im Ventilkörper 2 entweder verschraubt, in diesen eingepreßt, in diesen eingeklemmt oder mit diesem verschweißt oder verlötet werden, um eine dauerhafte Verbindung mit dem Ventilkörper 2 des Steuermodules 1 einzugehen.
Analog zur Darstellung gemäß Fig. 1 ist in einen Höhenversatz 34 der Steuerventile 5 bzw. 17 zueinander darstellenden Ausführungs Variante des erfindungsgemäßen Steuermodules 1 ein Steuerraum 30 ausgebildet, in welchen das konisch zulaufende Ende eines Injektorkolbens 31 hineinragt. Der Steuerraum 30 im Ventilkörper 2 ist über den Ringraumzulauf 28, den Ringraum 25, des zweiten Steuerventiles 17 und den mit diesen in Verbindung stehenden Ablauf 27 druckentlastbar.
Aus der Darstellung gemäß Fig. 3 geht die parallele Anordnung zweier Steuerventile im Ventilkörper mit Einsatzelementen zur Aufnahme der Magnetspulen von Elektromagneten näher hervor.
Die Darstellung gemäß Fig. 3 zeigt, daß die beiden im Ventilkörper 2 des Steuermodules 1 aufgenommenen Steuerventile 5 bzw. 17 exakt baugleich zueinander sind. Die Ventilnadeln 6 bzw. 24 des ersten Steuerventiles 5 bzw. des zweiten Steuerventiles 17 sind im gleichen Durchmesser ausgeführt, so daß sich eine Fertigung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Steuermoduls gemäß der Darstellung aus Fig. 3 nach dem Gleichteileprinzip realisie- ren läßt. Die Verwendung von Gleichteilen ist fertigungstechnisch besonders einfach und hilft, die Herstellkosten niedrig zu halten.
Bei den Ventilnadeln 6 bzw. 24 der beiden Steuerventile 5, 17, die im Ventilkörper aufgenommen sind, ist am unteren Ende ein topfförmiges Nadelaufhahmeelement 36 zugeord- net, welches über eine sich am Ventilkörper 2 - hier nicht weiter dargestellt - unten abstützt. Dadurch ist den Ventilnadeln 6 bzw. 24 des ersten Steuerventils bzw. des zweiten Steuerventiles 17 eine Rückstellkraft aufprägbar.
Aus der Darstellung gemäß Fig. 3 geht hervor, daß die Magnetspulen der die Steuerventile 5 bzw. 17 betätigenden oder aktivierenden Elektromagneten in Ausnehmungen 9 von Einsatzelementen 32 umschlossen sind. In dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuermodules werden die Magnetspulen in separaten Einbauten im Ventilkörper 2 aufgenommen. Analog zu in Fig. 2 dargestellten Anordnungen können die Einsatzelemente 32 nebeneinanderliegend in den Ventilkörper 2 eingelassen sein. Beide Einsatzelemente 32 kön- nen Gleichbauteile sein, beide Einsatzelemente 32 bestehen vorzugsweise aus einem als Magnetjoch dienenden hochwertigen, weichmagnetischen Werkstoff.
Auch bei dieser Ausgestaltungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Steuermoduls 1 können die Einsatzelemente 32, in deren Ausnehmungen 9 die Magnetspulen der Elek- tromagnete aufgenommen werden, mit dem Ventilkörper 2 verschraubt, in diesen eingepreßt oder mit diesem verklemmt werden. Auch eine formschlüssige Verbindung zwischen Ventilkörper 2 und Einsatzelement 32, beispielsweise durch Verschweißen und Verlöten, ist denkbar. Die Konfiguration der Ringräume 14 bzw. 25, der Leckölräume 10, der ent- sprechenden Dichtsitze 13 bzw. 26 sowie die Anordnung von Injektorkolben 31, Steuerraum 30 im Ventilkörper, sowie Ringraumzulauf 28 und Ringraumablauf 27 sind identisch mit den bereits in Fig. 1 und 2 skizzierten Konfigurationen.
Aus der Darstellung gemäß Fig. 4 geht die parallele Anordnung zweier Steuerventile näher hervor, deren Betätigungsmagnetspulen beide in Ausnehmungen eines Ventilkörpers aufgenommen sind.
Gemäß dieser Konfiguration läßt sich eine besonders niedrig bauende Konfiguration eines Steuermodules 1 zur Fluidkontrolle, beispielsweise bei unter hohem Druck stehenden Kraftstoff einspritzenden Einspritzsystemen realisieren, in dem die die Magnetspulen aufnehmenden Ausnehmungen 9 unmittelbar im Ventilkörper 2 ausgebildet werden. Damit läßt sich das Material des Ventilkörpers 2 in vorteilhafter Weise als magnetischer Leiter verwenden. Femer können die die Bauhöhe des Ventilkörpers erhöhenden Einsatzelemente 32 aus hochwertigem, weichmagnetischen Werkstoff entfallen. Die an den Ventilnadeln 6 bzw. 24 aufgenommenen ringförmigen Magnetanker 7 leiten die axiale Hubbewegung, die beim Beschälten der Magnetspulen, die in den Ausnehmungen 9 des Ventilkörpers 2 aufgenommen sind erzeugt werden, in vertikale Hubbewegungen der Ventilnadeln 6 bzw. 24 um. Fig. 4 zeigt eine besonders kompakt bauende Ausführungsform eines Steuermoduls 1, bei dem die Ausnehmungen 9 für die Magnetspule der die Ventilnadeln 6 bzw. 24 etwa mittig umgebende Ringraum 14 bzw. 25, der sich daran anschließende Dichtsitz 12 bzw. 26 sowie die sich daran anschließenden Leckölräume 10 besonders dicht hintereinander liegend angeordnet sind.
Auch bei dieser Ausführungsform ist der Injektorkolben koaxial zur Symmetrieachse 3 des Ventilkörpers 2 ausgebildet.
Aus der Ausführungsvariante gemäß Fig. 5 geht eine Variante eines Steuermodules mit Steuerventilen hervor, bei denen Federelemente die Steuerventilkörper in deren oberen Bereich umschließend ausgeführt sind. Im Unterschied zu den in Fig. 3 und 4 gezeigten parallelen Anordnungen der Steuerventile 5 bzw. 17 im Ventilkörper 2 des Steuermodules 1 befinden sich in der Ausführungsvariante gemäß Fig. 5 die Federelemente 16 jeweils im oberen Bereich des Ventilkörpers 2. Die Federelemente 16 werden einerseits von den Ventilnadeln 6 bzw. 24 durchsetzt und liegen zur Vermeidung von Knicken an den Innenseiten von Bohrungen in den Einsatzelementen 32 an. Die Einsatzelemente 32 weisen sich ringförmig erstreckende Ausnehmungen 9 auf, welche die Magnetspulen der die Steuerventile 5 bzw. 17 betätigenden Elektromagnete aufnehmen. Auch bei diesem Ausfuhrungsbeispiel des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens lassen sich die Einsatzelemente 32 aus hochwertigem, weichmagnetischen Werkstoff fertigen; ferner lassen sich die Einsatzelemente 32 gemäß der bereits aufgeführten Methoden des Verschraubens, des Verschweißens, des Verlötens oder des Einpressens oder Verklemmens mit dem Ventilkörper 2 des Steuermoduls 1 dauerhaft verbinden. Im oberen Bereich der Ventilnadel 6 bzw. 24 ist diese von einem ringförmigen Magnetanker 7 umschlossen, wobei der den Magnetanker 7 aufnehmende Bereich der Ventilnadel 6 bzw. 24 als Anschlagfläche für die die Bohrung im Einsatzelement 32 durchsetzende Druckfeder bildet. Andererseits stützt sich die Druckfeder 16, vom Einsatzelement 32 umschlossen, auf einem Ring ab, der seinerseits plan am Ventilkörper 2 anliegt. Mit dieser Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Steuermodules 1 läßt sich der Ventilkörper 2 dahingehend optimieren, daß das die Magnetspulen der Elektromagneten umgebenden Material hinsichtlich seiner magnetischen Eigenschaften unabhängig vom Material des Ventilkörpers 2 in optimaler Weise gewählt ausgewählt werden kann.
Aus der Darstellung gemäß Fig. 5 geht hervor, daß die beiden Steuerventile 5 bzw. 17 als Gleichbauteile konfiguriert sind und sich hinsichtlich von Durchmesser sowie Anbauteilen nicht voneinander unterscheiden. Lediglich die im Gehäuse im Ventilkörper 2 ausgebildeten Ringräume 14 bzw. 25, welche die Ventilnadeln 6 bzw. 24 im unteren Bereich umgeben, unterscheiden sich durch die Mündung eines Ringraumzulaufs 28 bzw. eines Ringraumablaufes 27, welche dem Ringraum 25 des zweiten Steuerventiles 17 zugeordnet sind.
Aus den Darstellungen gemäß der Fig. 3, 4 und 5 gehen Ausführungsvarianten eines Steuermodules 1 näher hervor, bei denen die beiden in diesem enthaltenen Steuerventile 5 bzw.-17 symmetrisch zueinander angeordnet sind und eine gleiche Bauhöhe aufweisen. Femer weisen die beiden Steuerventile 5 bzw. 17, d. h. deren Ventilnadeln 6 bzw. 24 gleiche Fertigungsdurchmesser auf, so daß Gleichteile verwendet werden können.
Aus den Darstellungen gemäß Fig. 1 und 2 geht hervor, daß innerhalb eines Ventilkörpers 2 eines Steuermodules 1 an einem ersten Steuerventil 5 die Spule eines Elektromagneten im in Ventilkörper 2 ausgeführten Ausnehmungen 8 aufgenommen werden kann, während der Elektromagnet des weiterhin im Ventilkörper 2 aufgenommenen zweiten Steuerventiles 17 des Steuermodules 1 von einem Einsatz aus hochwertigem, weichmagnetischen Werkstoff in einer Bohrung 18 umschlossen sein kann. Gleiches gilt für die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsvariante, bei welcher analog zu Fig. 1 ein Höhenversatz der beiden Steuerventile 5 bzw. 17 zueinander erkennbar ist.

Claims

^ Paten 1°tansprüche
1. Steuermodul zur Fluidkontrolle bei Einspritzsystemen mit einem Ventilkörper (2), in welchem Ventilnadeln (6, 24) von Steuerventilen (5, 17) aufgenommen sind, mit welchen der Druckaufbau oder die Druckentlastung von Steuerräumen (30) oder Düsenräumen an Injektoren beeinflußt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventile (5, 17) im Ventilkörper (2) elektromagnetisch betätigbar sind, wobei Magnetspulen in Ausnehmungen (9) des Ventilkörpers (2) oder in Ausnehmungen (9, 20) von Einsatzelementen (19, 32) am Ventilkörper (2) aufgenommen sind.
2. Steuermodul gemäß Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Steuerventile (5, 17) betätigende Magnetspulen in Ausnehmungen (9) des Ventilkörpers (9) des Steuermoduls aufgenommen sind.
3. Steuermodul gemäß Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventile (5, 17) betätigende Magnetspulen in Ausnehmungen (9, 20) von als Magnetjoch dienenden Einsatzelementen (19, 32) am Ventilkörper (2) aufgenommen sind.
4. Steuermodul gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Magnetjoch dienenden Einsatzelemente (19, 32) des Ventilkörpers (2) aus hochwertigem, weichmagnetischem Werkstoff gefertigt sind.
5. Steuermodul gemäß der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Magnetjoch dienenden die Ausnehmungen (9, 20) des Ventilkörpers (2) oder der Einsatzelemente (19, 32) zur Verbesserung der Schaltdynamik geschlitzt sind.
6. Steuermodul gemäß Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzung als durchgehende sich in axiale Richtung erstreckende Schlitze ausgebildet ist.
7. Steuermodul gemäß Anspmch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise vier Schlitze im Ventilkörper (2) oder Einsatzelementen (19, 32) ausgebildet sind.
8. Steuermodul gemäß Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzelemente (19,32) im Ventilkörper (2) geklemmt, eingepreßt, kraft- oder formschlüssig aufge- nommen sind.
9. Steuermodul gemäß Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspulen aufnehmende Ausnehmungen (9) beider Steuerventile (5, 17) betätigende Magnete im Ventilkörper (2) mit Höhenversatz (34) zueinander angeordnet sind.
0. Steuermodul gemäß der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventile (5, 17) und die diese betätigenden Magnete parallel zueinander und in identischer Baühöhe ausgeführt sind.
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