Magnetventil, insbesondere Kraftstoff-Einspritzventil

Abstract

 Es wird ein Magnetventil, insbesondere ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, das ein Ventilgehäuse, eine auf einen Kern aus ferromagnetischem Material aufgebrachte Leiterspule und einen Anker, der einen mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilkörper trägt, aufweist. Der Kern weist einen Innen- und einen Außenzylinder auf, die an der einen Stirnseite über ein Joch magnetisch leitend miteinander verbunden sind. An der anderen Stirnseite ist eine kreisringförmige Platte mit dem Außenzylinder magnetisch leitend verbunden. Der Magnetkreis wird zwischen kreisringförmiger Platte und Innezylinder über einen Anker geschlossen, der ein tellerförmiges Teil und einen hohlzylindrischen Stutzen aufweist. Der Stutzen liegt dem Innenzylinder gegenüber und bildet mit ihm einen ersten Luftspalt. Der Rand des tellerförmigen Teils des Ankers liegt der kreisringförmigen Platte gegenüber und bildet mit ihr einen zweiten Luftspalt.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einem Magnetventil, insbesondere Kraftstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

[0002] Aus der deutschen Patentanmeldung P 30 46 889.4 ist schon ein derartiges Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei dem das mit dem Flachanker fest verbundene Ventilteil eine zentrale Führungsöffnung einer Führungsmembran durchragt. Die Führungsmembran führt das Ventilteil in radialer Richtung zum Ventilsitz. Der Flachanker berührt unter Federspannung mit einer konzentrischen Führungskante die Führungsmembran und wird so planparallel zur Stirnfläche des als Schalenkern ausgebildeten Kerns geführt. Die Kraftstoffzufuhr zum Ventil erfolgt durch radiale Zuströmöffnungen in der Ventilwand. Der nicht zugemessene Kraftstoff kann nach Durchströmen des Magnetteiles über axial gegenüber den Zufluß- öffnungen versetzte und abgedichtete radiale Abflußöffnungen in eine Kraftstoffrückströmleitung gelangen.

[0003] Dieses Kraftstoffeinspritzventil weist jedoch insgesamt eine große Masse auf. Die Luftspalte, die den Anker mit dem Srhalenkern bilden, liegen in bezug auf den Umfang sehr weit aaseinander, so daß der Anker einen großen Durchmesser haben muß, was seine Masse vergrößert und seine Biegesteifigkeit reduziert. Außerdem ist die Führung des Ventilteils und des Ankers trotz der Führungsmembran nicht immer ausreichend.

Vorteile der Erfindung

[0004] Das erfindungsgemäße Magnetventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß seine Masse und damit sein Gewicht gering ist. Durch die besondere Ausbildung des Magnetkreises weist das Magnetventil sehr kurze Schaltzeiten auf. Die Form des Ankers bringt es mit sich, daß der Abstand der Luftspalte in bezug auf den Durchmesser des Ankers gesehen, gering ist. Damit werden die Vorteile des bekannten Flachankers ausgenutzt (doppelte Kraft bei gleichem Magnetfluß durch zwei krafterzeugende Luftspaite) ohne dessen Nachteil, nämlich die Tatsache, daß der äußere Spalt geometrisch sehr weit auslädt, was die Ankermasse vergrößert und die Biegesteifigkeit des Ankers reduziert, mit sich zu bringen. Eine ausreichende räumliche Trennung zur Reduzierung des magnetischen Streuflusses ist in der vorliegenden Erfindung dadurch vorhanden, daß die Luftspalte, in axialer Richtung gesehen, versetzt sind.

[0005] Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. Durch die Anordnung der Führungsbuchse und der Feder innerhalb des Innenzylinders wird der Innendurchmesser des Magnetkreises konstruktiv aufgeweitet. Damit wird die umfangmäßige Länge der Luftspalte bei gleicher Fläche vergrößert, wodurch die Magnetkraft bei konstanter Wandstärke wächst. Die eine Lagerstelle des Ventilstößels in der Zylinderbohrung liegt in unmittelbarer Nähe der Luftspalte, so daß nur geringe Kippkräfte durch Toleranzen der Luftspalte entstehen. Damit kann die zweite Lagerstelle in kurzem Abstand zur ersten Lagerstelle angeordnet werden, so daß der Anker leicht gebaut werden kann und eine sehr hohe und leicht zu dämpfende mechanische Eigenfrequenz erhält.

[0006] Durch die erfindungsgemäße Konstruktion werden die mechanischen Kräfte weitgehend vom Magnetkreis ferngehalten, so daß die magnetischen Teile so dünn ausgeführt werden können, wie es allein für den Magnetkreis optimal ist. Durch die größere Masse der Anschlagplatte im Vergleich zur Masse des Ankers mit dem Ventilkörper wird der Aufschlag mechanisch schnell gedämpft, wobei die erhabenen Teile der Anschlagplatte die Dämpfung unterstützen. Der Anker trifft im Bereich des scheibenförmigen Kopfes des Ventilkörpers auf die Anschlagplatte, der aus antimagnetischem und mechanisch hartem Material besteht, so daß eine große Lebensdauer gewährleistet ist.

[0007] Die funktional wesentlichen Daten wie Hub- und Schaltzeit können durch plastische Verformung an den kreisringförmigen Nuten in der Anschlagplatte und in der kreisringförmigen magnetischen Platte kostengünstig eingestellt werden. Eine Voreinstellung dieser Daten ist durch Paarung der Maßtoleranzen der ringförmigen magnetischen Platte und des magnetischen Ankers möglich.

[0008] Die an die Luftspalte angrenzenden Magnetleiter wie Anker, kreisringförmige Platte, und Innenzylinder sind aus Magnetmaterial mit hoher Sättigungsinduktion hergestellt, während die restlichen Teile des Magnetkreises aus Magnetmaterial mit möglichst günstigen dynamischen Eigenschaften hergestellt sind.

[0009] Dadurch wird neben hoher Kraft bei kleinem Magnetfluß eine große Änderung des Magnetflusses in Abhängigkeit vom Hub im Bereich des Aufschlags erzielt.

[0010] Der Ventilstößel kann mit dem Magnetanker ebenso wie die Zylinderbohrung in der Führungsbuchse mit dem Ventilsitz in je einer Aufspannung bearbeitet werden, so daß Kreissymmetrie erzwungen wird.

Zeichnung

[0011] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Magnetventil.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

[0012] Bei dem in der Figur dargestellten erfindungsgemäßen Magnetventil ist mit 1 das Ventilgehäuse bezeichnet. Innerhalb des Ventilgehäuses 1 ist ein Kern 2 aus ferromagnetischem Material vorgesehen, auf dem eine Leiterspule 3 aufgebracht ist. Der Kern 2 weist einen Innenzylinder 4 und einen Außenzylinder 5 auf, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. Innenzylinder 4 und Außenzylinder 5 sind an der einen Stirnfläche über ein Joch 6 magnetisch leitend miteinander verbunden. Die andere Stirnfläche ist teilweise durch eine magnetisch leitende kreisringförmige Platte 7 abgedeckt, die magnetisch leitend mit dem Außenzylinder 5 verbunden ist. Der Innenzylinder 4 trägt einen Spulenkörper 8, auf den die Leiterspule 3 gewickelt ist, die den gesamten Raum zwischen Innen-und Außenzylinder 4, 5 einnimmt. Zwischen Leiterspule 3 und Joch 6 liegt eine Isolierfolie 9, die einen kleinen Wärmewiderstand aufweist. Der zwischen dem Innenzylinder 4 und der kreisringförmigen Platte 7 unterbrochene Magnetkreis wird durch einen Anker 10 überbrückt. Der Anker 10 weist ein tellerförmiges Teil 11 auf, das in einen hohlzylindrischen Stutzen 12 übergeht. Der Stutzen 12 steht der einen Stirnfläche des Innenzylinders 4 gegenüber. Zwischen beiden liegt der erste Luftspalt 13. Der Rand des tellerförmigen Teils 11 ragt über die kreisringförmige Platte 7 hinaus und bildet mit ihr den zweiten Luftspalt 14. Ein Ventilkörper 15 aus antimagnetischem Material, der einen scheibenförmigen Kopf 16 und einen Stößel 17 aufweist, ist mit seinem scheibenförmigen Kopf 16 in das tellerförmige Teil 11 des Ankers 10 eingepreßt. Er wird mit zwei Lagerstellen 18, 19 in der Zylinderbohrung 20 einer Führungsbuchse 21 geführt. Die Führungsbuchse 21 geht in ein antimagnetisches Teil 22 über, das in Verlängerung zur Zylinderbohrung 20 der Führungsbuchse 21 den Zulauf 23 und die Ablaufbohrungen 24 aufweist. Die Ablaufbohrungen 24 münden in einen Hohlraum 25, der durch das antimagnetische Teil 22 und den Kern 2 gebildet wird. Der Zulauf 23 endet in einer Ventilkammer 26, die durch eine Verbindungsbohrung 27 mit dem Hohlraum 25 verbunden ist. Der Ventilkörper 15 arbeitet mit seinem kugelförmigen Ende 28 mit einem Ventilsitz 29 zusammen, der zwischen Ventilkammer 26 und Zulauf 23 angeordnet ist. Die 0-Ringe 30 dichten den Hochdruck im Bereich 31 gegen den niedrigen Flüssigkeitsdruck (Rücklaufdruck) in der Ventilkammer 26, der Verbindungsbohrung 27, dem Hohlraum 25, den Ablaufbohrungen 24 und allen anderen Hohlräumen des Magnetventils ab. Zwischen antimagnetischem Teil 22, einem Teil des Außenzylinders 5 und dem Ventilgehäuse 1 ist ein Spalt 32 vorgesehen. Zwischen Hohlraum 25 und Spalte 32 befindet sich eine Druckentlastungsbohrung 33. Der Spulenraum 34 wird über den Spalt 32 und eine Bohrung 50, die im Außenzylinder vorgesehen ist und Spulenraum 34 mit Spalt 32 verbindet, mit Flüssigkeit gekühlt.

[0013] Die Führungsbuchse 21 weist an seinem Außenmantel eine Aussparung auf, in die eine Feder 35 eingelassen ist und die mit ihrem anderen Ende gegen den in das tellerförmige Teil 11 des Ankers 10 eingelassenen scheibenförmigen Kopf 16 des Ventilkörpers 15 drückt. Die Feder 35 unterstützt den hydraulischen Druck auf das kugelförmige Ende 28 des Stößels 17 in der Weise, daß das Ventil bei Stromabschaltung schnell öffnet und auch ohne Druck in dieser Lage verbleibt.

[0014] Oberhalb des Ankers 10 und der kreisringförmigen Platte 7 ist eine Anschlagplatte 36 vorgesehen. Mit Hilfe dieser Anschlagplatte 36 wird der Aufschlag bei Öffnen des Ventils schnell gedämpft. Die Anschlagplatte 36 hat im Bereich des Aufschlages einen erhabenen Ansatz 37, so daß der Anker 10 nur auf einen definierten Flächenbereich auftrifft. Dieser Ansatz 37 liegt dem in den Anker 10 eingepreßten scheibenförmigen Kopf 16 aus hartem antimagnetischem Material gegenüber, so daß auch bei langem Gebrauch des Magnetventils eine Abnützung nur sehr gering ist. In der Anschlagplatte 36 ist eine Nut 38 vorgesehen, die die antimagnetische Anschlagplatte 36 so weit schwächt, daß diese zur Justierung des Systems dort plastisch verformt werden kann.

[0015] Eine weitere Nut 39 ist in der kreisringförmigen Platte 7 aus magnetischem Material vorgesehen, die an der Stelle in der Weise plastisch verformt werden kann, daß der zweite Luftspalt 14 funktional eingestellt werden kann. Diese Verformung soll nach der Montage der Anschlagplatte 36 möglich sein, so daß zur Aufbringung der Kräfte auf die Oberseite der kreisringförmigen Platte 7 die Anschlagplatte 36 durchbrochen ist.

[0016] Das Magnetventil wird durch eine metallische Deckplatte 40 und durch ein darüber aufgebrachtes elektrisch isolierendes Kunststoffteil 41 abgeschlossen, die in das Ventilgehäuse 1 eingelassen sind. In das Kunststoffteil 41 mit den Steckerführungen 42 sind die Anschlußstifte 43 eingespritzt. Die elektrische Verbindung der Anschlußstifte 43 mit der Spule 3 erfolgt über die Stromzuführungen 44. Diese sind in den Spulenkörper 8 eingespritzt. Die elektrischen Leiterdrähte 45 der Spule 3 werden an ihren Enden um einen Zapfen 46, der Bestandteil des Spulenkörpers 8 ist, geschlungen, um eine Zugentlastung zu gewährleisten. Das Ende des Leiterdrahtes 45 ist an eine nicht dargestellte Fahne der Stromzuführung 44 angeschweißt. Die Stromzuführung 44 ist über eine Abknickung 47 zur Zugentlastung in den elektrisch leitenden Anschlußstift 43 eingeführt.

[0017] Bei Sperrung des Ventils entsteht in dem Zulauf 23 ein hoher Druck, der als Kraft auf den Bereich 31 des antimagnetischen Teils 22 wirkt. Um störende mechanische Verformungen des Außenzylinders 5 und des Innenzylinders 4 durch diese Kraft auszuschließen, ist das antimagnetische Teil 22 im Bereich 48 so kräftig ausgeführt, daß die Kraft auf den Umfang des Außenzylinders 5 geführt werden kann, obwohl dieser so dünn ist, wie es eine in bezug auf Schaltzeiten optimale Magnetauslegung erfordert.

[0018] Im scheibenförmigen Kopf 16 des Ankers 10 ist eine Bohrung 49 vorgesehen, durch die ebenso wie durch die Druckentlastungsbohrung 33 die beim Füllhub des Stößels 17 verdrängte Flüssigkeit zurückströmen kann.

[0019] Zur Erleicherung der Paarung der Maßtoleranzen von ringförmiger Platte 7 und Anker 11 sind die Schulter 51 des magnetischen Außenzylinders 5 und der dem ersten Luftspalt 13 zugewandte Pol 52 des magnetischen Innenzylinders 4 in axialer Richtung gleich hoch.

Ansprüche

1. Magnetventil, insbesondere Kraftstoffeinspritzventil für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem Ventilgehäuse, einer auf einem Kern aus ferromagnetischem Material aufgebrachten Leiterspule und einem Anker, der einen mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilkörper trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (10) ein tellerförmiges Teil (11) und einen Stutzen (12) aufweist, wobei der Stutzen (12) mit dem Kern (2) einen ersten Luftspalt (13) und der Rand des tellerförmigen Teils (11) mit dem Kern (2) einen zweiten Luftspalt (14) bilden.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, _daß der Kern (2) einen Innen- und Außenzylinder (4, 5) aufweist, die konzentrisch zueinanderliegen und zwischen denen die Leiterspule (3) angeordnet ist, wobei an der einen Stirnfläche der Innenzylinder (4) und der Außenzylinder (5) über ein Joch (6) magnetisch leitend miteinander verbunden sind und die andere Stirnfläche teilweise durch eine kreisringförmige magnetisch leitende Platte (7) abgedeckt ist, die magnetisch leitend mit dem Außenzylinder (5) verbunden ist.

3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (12) des Ankers (10) dem Innenzylinder (4) gegenüberliegt und zwischen ihnen der erste Luftspalt (13) angeordnet ist und daß der Rand des tellerförmigen Teils (11) des Ankers (10) der kreisringförmigen Platte (7) gegenüberliegt und zwischen ihnen der zweite Luftspalt (14) angeordnet ist.

4. Magnetventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innzylinder (4), die kreisringförmige Platte (7) und der Anker (10) aus einem Material mit hoher magnetischer Sättigungsinduktion bestehen.

5. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (15) aus antimagnetischem Material einen Stößel (17) und einen scheibenförmigen Kopf (16) aufweist, der im Bereich des tellerförmigen Teils (11) mit dem Anker (10) verbunden ist, wobei der Stößel (17) in der Zylinderbohrung (20) einer Führungsbuchse (21) geführt ist.

6. Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Kopf (16) in das tellerförmige Teil (11) des Ankers (10) eingepreßt und/oder eingeschweißt ist.

7. Magnetventil nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Führungsbuchse (21) eine Aussparung zur Aufnahme einer Feder (35) vorgesehen ist, die gegen den Anker (10) drückt und die den Anker (10) ohne Stromzufuhr zur Leiterspule (3) in der Weise hält, daß der Ventilkörper (15) vom Ventilsitz (29) abgehoben ist.

8. Magnetventil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbuchse (21) und die Feder (35) innerhalb des Innenzylinders (4) des Kerns (2) angeordnet sind.

9. Magnetventil nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (17) zwei Lagerstellen (18, 19) aufweist, durch die er in der Zylinderbohrung (20) der Führungsbuchse (21) geführt wird, wobei eine Lagerstelle (18) in unmittelbarer Nähe des ersten Luftspalts (13) liegt.

10. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Ankers (10) eine Anschlagplatte (36) aus hartem antimagnetischem Material vorgesehen ist, auf die der Anker (10) auftrifft.

11. Magnetventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (10) im Bereich des scheibenförmigen Kopfes (16) auf die Anschlagplatte (36) auftrifft.

12. Magnetventil nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagplatte (36) eine ringförmige Nut (38) aufweist.

13. Magnetventil nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisringförmige Platte (7) eine ringförmigen Nut (39) aufweist.

14. Magnetventil nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der Anschlagplatte (36) viel größer als die Masse des Ankers (10) mit Ventilkörper (15) ist.

15. Magnetventil nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Bereiches der Anschlagplatte (36), in dem der Anker (10) auftrifft, erhaben ausgebildet ist.

16. Magnetventil nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagplatte (36) durchbrochen ist.

₁₇. Magnetventil nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbuchse (21) in das Gehäuseteil (22) übergeht, das den Ventilsitz (29) und die hydraulischen Zu- und Abflüsse (23, 24) aufweist.

₁8. Magnetventil nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenraum (34) zwischen Innen- und Außenzylinder, Joch (6) und kreisringförmiger Platte (7) einen etwa quadratischen Querschnitt aufweist.

19. Magnetventil nach einem im Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bohrung (50) vorgesehen ist, durch die die Flüssigkeit in den Spulenraum (34) gelangt.

20. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (29) und Zylinderbohrung (20) der Führungsbuchse (21) in einer Aufspannung bearbeitet werden.

21. Magnetventil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulter (51) des Außenzylinders (5) und der dem erste Luftspalt (13) zugewandte Pol (52) des Innenzylinders (4) in derselben Aufspannung in axialer Richtung gleich hoch bearbeitet werden.

Zeichnung