WO1991003641A1 - Elektromagnetisches schaltventil - Google Patents

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WO1991003641A1
WO1991003641A1 PCT/DE1990/000574 DE9000574W WO9103641A1 WO 1991003641 A1 WO1991003641 A1 WO 1991003641A1 DE 9000574 W DE9000574 W DE 9000574W WO 9103641 A1 WO9103641 A1 WO 9103641A1
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armature
bore
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Walter Schlagmüller
Helmut Rembold
Martin Müller
Ehrtfried BÄUMEL
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M59/46—Valves
    • F02M59/466—Electrically operated valves, e.g. using electromagnetic or piezoelectric operating means
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    • F02M2200/30—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic switching valve for controlling the passage of a fluid line, in particular for fuel injection pumps, de genus defined in the preamble of claim 1.
  • Sol che for example from DE 37 32 553 AI known switching valves, in which the armature is not liquid- but air-flushed, have a relatively high switching speed, since the quite large magnet armature is no longer moved in the fluid and is therefore hydraulically damped.
  • valve member bouncing after valve closing If such a solenoid valve is used in fuel injection pumps, the valve member will open due to its bouncing impermissibly large spreads of the injected fuel tight.
  • the valve bounce can be limited to an uncritical value in that the valve seat geometry is designed so that due to the squeezing flow when closing the valve within the
  • the electromagnetic switching valve with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the bouncing amplitude occurring on the valve member is very small and quickly decreases due to the oscillation in phase of the two masses of valve needle and magnet armature.
  • the quantity variations that still occur when used in fuel injection pumps are therefore extremely small and are all within the tolerance range.
  • the expansion rod runs in the interior of the hollow cylindrical valve needle, in the end of which the magnet armature faces a protruding T-shaped end piece which carries the magnet armature on its transverse part and is thus supported on dej valve needle and in its middle part carries a threaded hole.
  • the expansion rod is in one end Screwed middle part of the end piece and is supported with its other end on the valve needle.
  • the middle part of the end piece has an external thread on which an adapter sleeve is screwed.
  • the collet defines on the one hand the electromagnet -Opposite the liquid sealing membrane fixed and is supported on the other hand, de end face of the valve needle from. The latter has the
  • Fig. 1 shows a longitudinal section of an electromagnetic
  • Fig. 2 each a diagram of the time course of and 3 strokes of the valve needle and armature with correctly matched elastic coupling (Fig. 2) and incorrectly matched elastic coupling (Fig. 3) between valve needle and armature. Description of the embodiment
  • the electromagnetic switching valve shown in longitudinal section in FIG. 1 has a two-part valve housing 10, consisting of a metallic valve block 11 and a plastic cap 12 placed thereon.
  • the cap 12 covers a recess 13 in the valve block 11, in which a through hole 14 opens coaxially.
  • a through hole 14 opens coaxially.
  • annular groove 15 Approximately in the middle of the through bore 14 is an annular groove 15, into which an outwardly leading transverse bore opens, which forms the fuel inflow 16 of the valve housing 10.
  • a further transverse bore opening at a distance from this transverse bore in the through bore 14 and also leading to the outside forms the fuel outlet 17.
  • an oblique bore 18 opens into the recess 13 and leads to the same side of the valve block 11 to the outside, on which the through hole 14 also ends.
  • Through bore 14 and oblique bore 18 are covered in a liquid-tight manner by a cover 19, in which an annular groove 20 is formed, which is connected to the through bore 14 and the oblique bore 18 and
  • a valve needle 21 is axially displaceably guided, which carries a valve member 22 in the area of the annular groove 15, which cooperates with a valve seat 23.
  • the valve seat 23 is formed on the fuel drain 17 facing groove flank of the annular groove 15 in an annular shape and encloses a valve opening 24 between the fuel flow 16 and the fuel drain 17.
  • the valve needle 21 is actuated by an electromagnet 25 which is housed in the plastic cap 12 air-washed .
  • the rotationally symmetrical The trained electromagnet 25 has, in a known manner, a magnet pot 26 made of soft magnetic material with a coaxial pot core 27 striving away from the pot bottom, an excitation coil 28 enclosing the pot core 27 and a magnet armature 29 which is spaced apart from the magnet pot 26 and pot core 27 with working air, on the magnet pot 25 facing away from the magnet armature 29 is a cross-sectionally T-shaped end piece 30 with its cross member 301.
  • the end piece 30 carries on its central part 302 an external thread 31 and a coaxial threaded bore 32.
  • a clamping sleeve 33 is screwed onto the external thread 31 and braces the inner edge of an annular membrane 34 on the cross part 301 of the end piece 30.
  • the outer edge of the membrane 34 is fixed between an annular seal 35 resting on the base of the recess 13 and the end face of a screw ring 36 which is screwed into an internal thread 37 in the recess 13.
  • the metal membrane 34 is biased against the magnetic force of the electromagnet 25. It therefore fulfills two functions, namely on the one hand the sealing of the electromagnet 25 with respect to the liquid-carrying area in the valve block 11 and on the other hand the resetting of the magnet armature 29 when the electromagnet 25 is not energized.
  • an expansion rod 38 is screwed in, which coaxially passes through the valve needle 21 and with its other end passes through a bore 39 in the valve needle 21.
  • the crossbar 40 carries a head 41 which is supported on the outside of the crossbar 40.
  • the head 41 is provided with an Allen key 42 for inserting a turning tool.
  • the head 41 is covered by the cover 19, so that the Allen key 42 is only exposed after the cover 19 has been removed for the insertion of the turning tool.
  • the expansion rod 38 forms an elastic coupling between the valve needle 21 and the magnet armature 29 of the electromagnet 25, which is set by appropriate pretensioning of the expansion rod 38 so that after the valve member 22 impacts the valve seat 23 on the valve seat 23, the magnet armature 29 and the valve needle 21 swing against each other in phase.
  • the bias of the expansion rod 38 can be more or less deep
  • Screwing the threaded end of the expansion rod 38 into the threaded bore 32 in the end piece 30 can be set.
  • valve needle 21 and armature 29 each show a diagram of the time course of the stroke of valve needle 21 (curve a) and armature 29 (curve b) when the electromagnet 25 is excited.
  • 2 shows the correct setting of the pretension of the expansion rod 38.
  • Valve needle 21 and magnet armature 29 oscillate in phase opposition, the bounce amplitude P A is very small.
  • valve needle 21 and armature 29 vibrate in phase.
  • the bounce amplitude P A is a multiple of the bounce amplitude in FIG. 2.
  • the pretensioning of the expansion rod 38 must be adjusted by means of a turning tool, which is inserted into the socket 42 of the head 41 after the cover 19 has been removed.

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Abstract

Ein elektromagnetisches Schaltventil zur Steuerung des Durchgangs einer Fluidleitung, insbesondere für Kraftstoffeinspritzpumpen, weist ein auf einer Ventilnadel (21) ausgebildetes Ventilglied (22) auf, das mit einem Ventilsitz (23) zusammenwirkt. Die Ventilnadel (21) ist mit einem Magnetanker (29) eines Elektromagneten (25) verbunden, wobei zur Erzielung hoher Schaltgeschwindigkeiten der Magnetanker (29) sich in Luft bewegt und gegenüber dem flüssigkeitsführenden Bereich des Ventils abgedichtet ist. Zum weitgehenden Dämpfen der beim Ventilschließen auftretenden Prellschwingungen, die zum Wiederöffnen des Ventils führen, ist die Verbindung zwischen Magnetanker (29) und Ventilnadel (21) durch eine elastische Kopplung (Dehnstab 38) hergestellt, die so ausgelegt ist, daß nach dem beim Ventilschließen erfolgenden Aufprall des Ventilglieds (22) auf den Ventilsitz (23) der Magnetanker (29) und die Ventilnadel (21) zueinander gegenphasig schwingen.

Description

Elektromagnetisches Schaltventill
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetischen Schaltventil zur Steuerung des Durchgangs einer Fluid- leitung, insbesondere für Kraftstoffei nspritzpumpen, de im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung. Sol che, beispielsweise aus der DE 37 32 553 AI bekannten Schaltventile, bei denen der Magnetanker nicht flüssig- keits- sondern luftumspült ist, besitzen eine relativ große Schaltgeschwindigkeit, da der recht großflächige Magnetanker nicht mehr in dem Fluid bewegt und damit hydraulisch gedämpft wird.
Bei diesen schnei 1 schal tenden Magnetventilen ergibt si jedoch das Problem des Prellens des Ventilglieds nach Ventilschließen. Wird ein solches Magnetventil bei Kra stoffei nspritzpumpen eingesetzt, so resultieren aus de iederöffnen des Ventilglieds infolge seines Prellens unzulässig große Mengenstreuungen der eingespritzten Kraftstoff enge. Das Ventilprellen kann auf einen unkritischen Wert dadurch beschränkt werden, daß die Ventilsitzgeometrie so ausgelegt wird, daß infolge der Quetschströmung beim Ventilschließen innerhalb der
Überdeckung eine ausreichend große Dämpfungskraft auftritt. Dies erfordert jedoch eine hohe Fertigungsgenauigkeit bezüglich Dichtflächen-Winkeldifferenz und Rauhigkeit der Oberflächen an Ventilsitz und Ventilglied.
Vorteile der Erfindung
Das elektromagnetische Schaltventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch das gegenphasige Schwingen der beiden Massen Ventilnadel und Magnetanker die am Ventilglied auftretende Prellamplitude sehr klein ist und schnell absinkt. Die bei Verwendung in Kraftstoffeinspritzpumpen noch auftretenden Mengenstreuungen sind damit extrem gering und liegen durchweg im Toleranzbereich. Bei Verwendung eines Dehnstabes zur elastischen Kopplung von Magnetanker und Ventilnadel erfolgt die richtige Einstellung der elastischen Kopplung durch Einstellen der Vorspannung des Dehnstabes.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Schaltventils möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verläuft der Dehnstab im Innern der hohlzylindrischen Ventilnadel, in deren dem Magnetanker zugekehrten Ende ein im Querschnitt T-förmiges Abschlußstück hineinragt, das auf seinem Querteil den Magnetanker trägt und sich mit damit auf dej- Ventilnadel abstützt und in seinem Mittelteil eine Gewindebohrung trägt. Der Dehnstab ist an einem Ende im Mittelteil des Abschlußstücks verschraubt und stützt sich mit seinem anderen Ende an der Ventilnadel ab. Durch Drehen kann der Dehnstab mehr oder weniger tief in die Gewindebohrung eingeschraubt und damit seine Vorspannung so verändert werden, daß die richtige gegenphasige Schwingung der beiden Massen erzielt wird. Erforderlich ist hierzu die Messung des zeitlichen Verlaufs des Hubs von Magnetanker und Ventilnadel, was mit geeigneten Vorrichtungen ohne weiteres möglich ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung trägt das Mittelteil des Abschlußstückes ein Außengewinde, auf dem eine Spannhülse verschraubt ist.' Die Spannhülse legt einerseits die den Elektromagneten -gegenüber der Flüssigkeit abdichtenden Membran fest und stützt sich andererseits auf de Stirnseite der Ventilnadel ab. Letzteres hat den
Vorteil, daß beim Ventilschließen infolge Quetschströmung sich zwischen der Stirnseite der Ventilnadel und der Stirnseite der anliegenden Spannhülse ein Spalt bildet, in dem zusätzlich Energie vernichtet wird, wodurch das Prellen des Ventilglieds zusätzlich reduziert wird.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt eines elektromagnetischen
Schaltventils für eine Kraftstoffeinspritzpumpe,
Fig. 2 jeweils ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs des und 3 Hubs von Ventilnadel und Magnetanker bei richtig abgestimmter elastischer Kopplung (Fig. 2) und falsch abgestimmter elastischer Kopplung (Fig.3) zwischen Ventilnadel und Magnetanker. Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte elektromagnetische Schaltventil weist ein zweiteiliges Ventilgehäuse 10, bestehend aus einem metallischen Ventilblock 11 und einer darauf aufgesetzten Kappe 12 aus Kunststoff, auf. Die Kappe 12 überdeckt eine Ausnehmung 13 im Ventilblock 11, in welcher eine Durchgangsbohrung 14 koaxial mündet. Etwa in der Mitte der Durchgangsbohrung 14 ist eine Ringnut 15 eingestochen, in welcher eine nach außen führende Querbohrung mündet, die den Kraftstoffzufluß 16 des Ventilgehäuses 10 bildet. Eine im Abstand von dieser Querbohrung in der Durchgangsbohrung 14 mündende, ebenfalls nach außen führende weitere Querbohrung bildet den Kraf stoffabfluß 17. Zusätzlich zur Durchgangsbohrung 14 mündet in der Ausnehmung 13 eine Schrägbohrung 18, die auf die gleiche Seite des Ventilblocks 11 nach außen geführt ist, auf welcher auch die Durchgangsbohrung 14 endet. Durchgangsbohrung 14 und Schrägbohrung 18 sind durch einen Deckel 19 flüssigkeitsdicht überdeckt, in welchem eine Ringnut 20 ausgebildet ist, die mit der Durchgangsbohrung 14- und der Schrägbohrung 18 und mit einem nicht dargestellten Kraftstoffrücklauf in Verbindung steht.
Zur Steuerung der Verbindung zwischen Kraftstoffzu- und -abfluß 16,17 in der Durchgangsbohrung 14 ist eine Ventilnadel 21 axial verschieblich geführt, die im Bereich der Ringnut 15 ein Ventilglied 22 trägt, das mit einem Ventilsitz 23 zusammenwirkt. Der Ventilsitz 23 ist an der dem Kraftstoffabfluß 17 zugekehrten Nutflanke der Ringnut 15 kreisringförmig ausgebildet und umschließt eine Ventilöffnung 24 zwischen dem Kraf sto fzufluß 16 und dem Kraftstoffabfluß 17. Die Ventilnadel 21 wird von einem Elektromagneten 25 betätigt, der in der Kunststoffkappe 12 luftumspült untergebracht ist. Der rotationssymmetrisch ausgebildete Elektromagnet 25 weist in bekannter Weise einen Magnettopf 26 aus weichmagnetischem Material mit einem vom Topfboden wegstrebenden koaxialen Topfkern 27, -eine den Topfkern 27 umschließende Erregerspule 28 und einen dem Magnettopf 26 und Topfkern 27 mit Arbeitsluf spaltabstand gegenüberliegenden Magnetanker 29 auf, An der vom Magnettopf 25 abgekehrten Seite des Magnetankers 29 ist ein im Querschnitt T-förmiges Abschlußstück 30 mit seinem Querteil 301 befetigt. Das Abschlußstück 30 trägt auf seinem Mittelteil 302 ein Außengewinde 31 und eine koaxiale Gewindebohrung 32. Auf dem Außengewinde 31 ist eine Spannmuffe 33 verschraubt, die den inneren Rand einer ringförmigen Membran 34 an dem Querteil 301 des Abschlußstückes 30 verspannt. Der äußere Rand der Membran 34 ist zwischen einer am Grunde der Ausnehmung 13 anliegenden Ringdichtung 35 und der Stirnseite eines Schraubrings 36 festgelegt, der in ein Innengewinde 37 in der Ausnehmung 13 eingeschraubt ist. Die aus Metall bestehende Membran 34 ist gegen die Magnetkraft des Elektromagneten 25 vorgespannt. sie erfüllt damit zwei Funktionen, nämlich einerseits die Abdichtung des Elektromagneten 25 gegenüber dem flüssigkeitsführenden Bereich im Ventilblock 11 und andererseits die Rückstellung des Magnetankers 29 bei nicht erregtem Elektromagneten 25.
in der Gewindebohrung 32 des Abschlußstückes 30 ist das eine Ende eines Dehnstabs 38 eingeschraubt, der koaxial die Ventilnadel 21 durchzieht und mit seinem anderen Ende durch eine Bohrung 39 in der Ventilnadel 21 hindurchtritt. Endseitig trägt der Quersteg 40 einen Kopf 41, der sich auf der Außenseite des Querstegs 40 abstützt. Der Kopf 41 ist mit einem Imbus 42 zum Einstecken eines Drehwerkzeuges versehen. Der Kopf 41 ist von dem Deckel 19 überdeckt, so daß der Imbus 42 erst nach Abnehmen des Deckels 19 zum Einstecken des Drehwerkzeugs freiliegt. Bei montiertem Dehnstab 38 ragt das Abschlußstück 30 mit seinem Mittelteil 302 in die Ventilnadel 21 hinein, wobei sich die Spannmuffe 33 an der ringförmigen Stirnseite der Ventilnadel 21 anpreßt. Der Dehnstab 38 bildet eine elastische Kopplung zwischen der Ventilnadel 21 und dem Magnetanker 29 des Elektromagneten 25, die durch entsprechende Vorspannung des Dehnstabes 38 so eingestellt ist, daß nach dem beim Ventilschließen erfolgenden Aufprall des Ventilglieds 22 auf dem Ventilsitz 23 der Magnetanker 29 und die Ventilnadel 21 zueinander gegenphasig schwingen. Die Vorspannung des Dehnstabes 38 kann durch mehr oder weniger tiefes
Einschrauben des Gewindeendes des Dehnstabes 38 in die Gewindebohrung 32 im Abschlußstück 30 eingestellt werden.
In Fig. 2 und 3 ist jeweils ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs des Hubs von Ventilnadel 21 (Kurve a) und Magnetanker 29 (Kurve b) bei Erregung des Elektromagneten 25 dargestellt. Fig. 2 zeigt dabei die richtige Einstellung der Vorspannung des Dehnstabes 38. Ventilnadel 21 und Magnetanker 29 schwingen gegenphasig, die Prellamplitude PA ist sehr klein. Bei dem Diagramm in Fig. 3 hingegen schwingen Ventilnadel 21 und Magnetanker 29 gleichphasig. Die Prellamplitude PA beträgt ein Vielfaches der Prellamplitude in Fig. 2. Hier muß eine Justierung der Vorspannung des Dehnstabes 38 mittels eines Drehwerkzeugs vorgenommen werden, das nach Entfernung des Deckels 19 in den Imbus 42 des Kopfes 41 eingesteckt wird.

Claims

Ansprüche
1. Elektromagnetisches Schaltventil zur Steuerung des Durchgangs einer Fluidleitung, insbesondere für Kraftstoffeinspritzpumpen, mit einem einen Fluidzu- und
5 -abfluß zum Einschalten in die•Fluidleitung aufweisenden Ventilgehäuse, mit einer zwischen Fluidzu- und -abfluß angeordneten, von einem Ventilsitz umgebenden Ventilöffnung, mit einem mit dem Ventilsitz zum Verschließen und Freigeben der Ventilöffnung
1° zusammenwirkenden Ventilglied, das auf einer axial verschieblichen Ventilnadel ausgebildet ist, mit einem Magnettopf, Erregerspule und Magnetanker aufweisenden Elektromagneten, der in einer gegenüber dem Fluidfluß abgedichteten luftumspülten Gehäusekammer angeordnet ist
****5 und dessen Magnetanker mit der Ventilnadel verbunden ist, und mit einer der Magnetkraft entgegenwirkenden Rückstellfeder zum Rückstellen der Ventilnadel bei Wegfall der Magneterregung, dadurch gekennzeichnet,' daß die Verbindung zwischen Magnetanker (29) und δ -
Ventilnadel (21) durch elastische Kopplung hergestellt ist, die derart ausgelegt ist, daß nach dem beim Ventilschließen erfolgenden Aufprall des Ventilglieds (22) auf dem Ventilsitz (23) der Magnetanker (29) und die Ventilnadel (21) zueinander gegenphasig schwingen.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur elastischen Kopplung von Magnetanker (29) und Ventilnadel (21) ein Dehnstab (38) verwendet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß 0 die Ventilnadel (21) hohlzylindrisch ausgebildet ist und der Dehnstab (38) im Innern der Ventilnadel (21) verläuft.
4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in das dem Magnetanker (29) zugekehrten Ende der 5 Ventilnadel (21) ein im Querschnitt T-förmiges
Abschlußstück (30) hineinragt, das auf seinem Querteil (301) den Magnetanker (29) trägt und in seinem Mittelteil (302) eine Gewindebohrung (32) aufweist, und daß der an der Ventilnadel (21) sich abstützende 0 Dehnstab (38) endseitig in die Gewindebohrung (32) eingeschraubt ist.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnstab (38) mit einem endseitigen Kopf (41) an einem Quersteg (40) in der Ventilnadel (21) anliegt.
25 6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (21) in einer die Ventilöffnung (24) als Ringnut (15) enthaltenden Bohrung (14) im Ventilgehäuse (11) axial verschieblich geführt ist und daß die Abdichtung der den Elektromagneten (25)
^0 aufnehmenden Gehäusekammer (12) gegenüber der Bohrung mittels einer ringförmigen Membran (34) vorgenommen ist, die mit ihrem inneren Rand an der Ventilnadel (21) und mit ihrem äußeren Rand im Ventilgehäuse (11) flüssigkeitsdicht eingespannt ist.
7. Ventil nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelteil (302) des T-förmigen Abschlußstücks (30) ein Außengewinde (31) trägt, auf dem eine Spannmuffe (33) verschraubt ist, und daß die Einspannung- der Membran (34) an der Ventilnadel (21) zwischen der ° Stirnseite der Spannmuffe (33) und dem die Spannmuffe (33) radial überragenden Querteil (301) des Abschlußstücks (30) vorgenommen ist.
8. Ventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der von der Gehäusekammer (12) für den 5 Elektromagneten (25) abgekehrten Seite der Membran (34) eine Kraftstoffrücklaufbohrung (18) mündet.
9. Ventil nach einem der Ansprüche 6 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (34) gegen die Magnetkraft des Elektromagneten (25) vorgespannt ist und 0 die Rückstellfeder für die Ventilnadel (21) bildet.
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