CZ20023872A3

CZ20023872A3 - Electromagnetically actuated valve

Info

Publication number: CZ20023872A3
Application number: CZ20023872A
Authority: CZ
Inventors: Ralf Pfrommer; Joerg Heyse
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2001-03-31
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2004-07-14
Also published as: RU2002133212A; CN1460153A; US6945480B2; WO2002079640A1; DE10116185A1; EP1377749B1; JP2004518926A; JP4195300B2; DE50211834D1; KR20030007778A; US20030150943A1; EP1377749A1

Description

Elektromagneticky ovládaný ventil a jeho použití

Oblast techniky

Vynález se týká elektromagneticky ovládaného ventilu s podélnou osou, s elektromagnetickým obvodem, s pohyblivým ovládacím členem, který pro otevírání a zavírání ventilu spolupracuje s pevným sedlem ventilu, a s výstupním otvorem vytvořeným za sedlem ventilu. Vynález se dále týká použití tohoto ventilu.

Dosavadní stav techniky

Ze spisu DE-PS 39 43 005 je známý elektromagneticky ovládaný vstřikovací ventil paliva, u něhož je v oblasti sedla uspořádáno více kotoučových elementů. Při vybuzení magnetického obvodu se plochá ventilová deska fungující jako plochá kotva nadzdvihne od protilehlé desky sedla ventilu, která s ní spolupracuje, přičemž plochá ventilová deska a deska sedla ventilu spolu tvoří deskový díl ventilu. Před deskou sedla ventilu je uspořádán vířivý element, který palivo proudící k sedlu ventilu uvádí do kruhového otáčivého pohybu. Axiální zdvih ventilové desky na straně protilehlé k desce sedla ventiluje ohraničen dorazovou deskou. Ventilová deska je obklopena vířivým elementem s velkou vůlí. Vířivý element proto přebírá určité vedení ventilové desky. Ve vířivém elementu je na jeho dolní čelní straně uspořádáno více tangenciálně probíhajících drážek, které vycházejí z vnějšího obvodu a zasahují až do střední vířivé komory. Dosednutím vířivého elementu jeho dolní čelní stranou na desku sedla ventilu vzniknou z drážek vířivé kanály.

• · ·· ···« • ·· · ··

Ve spise DE-OS 196 07 288 je obšírně popsán takzvaný způsob vícevrstvé galvanizace určený pro výrobu děrovaných kotoučů, které jsou vhodné zejména pro použití ve vstřikovacích ventilech paliva. Na tento princip výroby kotoučů jednonásobným nebo vícenásobným galvanickým vylučováním kovů různých struktur na sebe, aby vznikl jednodílný kotouč, je k obsahu předloženého vynálezu uváděn výslovný odkaz.

,Ze spisu DE-OS 195 23 915 je známý mikroventil vyrobený pomocí vícevrstvé galvanizace. Dolní část ventilu, která obsahuje alespoň jednu kotvu a jeden pohyblivý uzavírací element ventilu, je vytvořena jako vícevrstvá galvanickým vylučováním kovů.

Podstata vynálezu

Výše uvedená řešení vylepšuje elektromagneticky ovládaný ventil s podélnou osou, s elektromagnetickým obvodem, s pohyblivým ovládacím členem, který pro otevírání a zavírání ventilu spolupracuje s pevným sedlem ventilu, a s výstupním otvorem vytvořeným za sedlem ventilu, podle vynálezu, jehož podstatou je, že ovládací člen je vytvořen ve tvaru misky, díže, popřípadě kalíšku, s ovládacím ramenem a s opěrným ramenem vytvořeným k němu prakticky kolmo.

Výhodou elektromagneticky ovládaného ventilu podle vynálezu je, že je vyrobitelný levně a extrémně miniaturizované. Ventil podle vynálezu nemá v oblasti těsnicího sedla ideálním způsobem žádné velké akumulační prostory, které by sloužily k vytváření velkých mrtvých prostorů. Sedlo ventilu je naopak integrováno přímo do rozprašovacího kotouče, takže mezi sedlem ventilu a vstupem do rozprašovacího kotouče nevznikne vůbec žádný přídavný prostor. Tímto způsobem se akumulované množství tekutiny v této oblasti udržuje na extrémně nízké hodnotě. U ventilu použitého jako

9999

9 9 9 • · · · vstřikovací ventil paliva je proto při činnosti motoru v důsledku toho možné zabránit vzniku nekontrolovaného dodatečného vstřikování.

Pomocí opatření uvedených ve vedlejších patentových nárocích jsou umožněna další výhodná provedení a vylepšení ventilu uvedeného v hlavním patentovém nároku.

Výhodné je vytvořit ovládací člen se dvěma rameny, a to s opěrným ramenem a s ovládacím ramenem, přičemž opěrné rameno probíhá paralelně s podélnou osou ventilu a ovládací rameno je uspořádáno prakticky kolmo k této podélné ose. Ovládací člen může být s výhodou vyroben s velmi malými rozměry a v důsledku použitého materiálu, například pružinového plechu, s malou hmotností. Na základě malé pohybující se hmoty ovládacího ramena jako jediného pohyblivého dílu je možno dosahovat velmi krátkých spínacích dob ventilu a extrémně malého opotřebení těsnicího sedla.

Jednotlivé díly ventilu mohou být smontovány velmi jednoduše. Opěrné rameno má například na svém dolním konci klínové zkosení pro upevnění ovládacího členu zaklíněním.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladném provedení podle přiloženého zjednodušeného výkresu, na němž je v řezu znázorněna část elektromagneticky ovládaného ventilu miniaturního provedení.

Příklady provedení vynálezu

Příkladné provedení elektromagneticky ovládaného ventilu, znázorněného na obrázku, je ve formě vstřikovacího ventilu vhodné • 4 • * · · · • ··· 4 4

Λ 4 4 4 4 4 4

4444 44 44 4444 zejména pro použití v palivových vstřikovacích zařízeních zážehových motorů se stlačováním palivové směsi. Ventil podle vynálezu však může být použit i pro cílené vydávání nejrůznějších tekutin, například jako inhalátor, jako tryska inkoustové tiskárny nebo jako rozprašovací tryska v chemickém a farmaceutickém průmyslu.

Ventil obsahuje magnetický obvod, který funguje jako ovladač ventilu. Magnetický obvod obsahuje jednak cívku 1_ magnetu a jednak třmen 2_ magnetu, který alespoň částečně obklopuje cívku 1_ magnetu. Prstencový třmen 2 magnetu obklopuje cívku J_ magnetu například na třech stranách a slouží jako vnitřní pól magnetického obvodu. Svým profilem ve tvaru obráceného písmene U zajišťuje třmen 2_ magnetu zvlášť kompaktní a krátké konstrukční provedení ventilu v oblasti cívky 1_ magnetu.

Tento velmi kompaktní magnetický obvod je instalován v tělese 4 ventilu, vytvořeném koncentricky s podélnou osou 3. ventilu. V tělese 4 ventilu je vytvořen průchozí podélný otvor 5_, který se rozkládá podél podélné osy 3_. Těleso 4 ventilu se svým podélným otvorem 5_ slouží i jako vstupní hrdlo paliva, přičemž podélný otvor 5. tvoří přívodní kanál paliva. V podélném otvoru 5. je na jeho vstupní straně uspořádán například neznázorněný filtr paliva, který zajišťuje odfiltrování složek paliva, které by mohly v důsledku své velikosti způsobit ucpání nebo poškození vstřikovacího ventilu.

Těleso £ ventilu má plášť 6, například ve tvaru trubky, v němž se nachází podélný otvor 5_ s prakticky konstantním průměrem, a dno 7_, které tvoří výstupní konec tělesa 4 ventilu, a tudíž-celého ventilu. Ve dnu Ί_ je vytvořen výstupní otvor 8_, který představuje prodloužení podélného otvoru 5_, avšak má menší světlost. Tímto vytvořením dna 7 je dán směr montáže vnitřních součástí ventilu, které se proto mohou ···· ·· • · · · · · vkládat pouze z přívodní strany na takzvaném principu konstrukce kuličkového pera.

Na vnitřní stranu 11 dna ]_ se nejprve položí vícevrstvý rozprašovací kotouč 1 2. Tento rozprašovací kotouč 12 je vyroben například pomocí takzvané vícevrstvé galvanizace, při níž dochází ke galvanickému vylučování kovů ve více vrstvách, a vloží se do ventilu jako jeden kompaktní konstrukční díl.

Na obrázku je znázorněn třívrstvý rozprašovací kotouč 12, který působí jako vířivý kotouč. Ve ventilu podle vynálezu však mohou být použita i úplně jiná provedení rozprašovacích kotoučů. Jednotlivé vrstvy rozprašovacího kotouče 12 se vyloučí galvanicky postupně, takže vždy následující vrstva se v důsledku galvanického přilnutí pevně spojí s pod ní se nacházející vrstvou. Rozprašovací kotouč 12 má takový vnější průměr, aby mohl být do podélného otvoru 5_ vložen s určitou vůlí. Rozprašovací kotouč 12 má tři vrstvy 1 5, 1 6, 1 7, které jsou podle své funkce označeny jako krycí vrstva V5_,. vířivá vrstva 1 6 a dnová vrstva 17. Jak vyplývá z vyobrazení, má krycí vrstva 1 5 menší vnější průměr než obě pod ní se nacházející vrstvy 16, 17. Tímto způsobem se zaručí, že palivo při otevřeném ventilu proudí vně kolem krycí vrstvy 15 a může tak bez jakýchkoli překážek vstupovat do vnější vstupní oblasti 18 například čtyř vířivých kanálů 19 ve střední vířivé vrstvě 16, vycházejících od vnějšího obvodu rozprašovacího kotouče 12.

Horní krycí vrstva 15 tvoří celistvou kovovou vrstvu, která neobsahuje žádné otvory pro umožnění průtoku, a proto slouží i jako sedlo 23 ventilu. Ve vířivé vrstvě 1 6 je naproti tomu vytvořen složitý obrys otvorů, které probíhají po celé axiální tloušťce této vrstvy 1 6. Obrys otvorů této střední vířivé vrstvy 16 je tvořen vnitřní vířivou komorou 20 a větším počtem vířivých kanálů 19 ústících do této • · · ·

9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9

9999 9 9 99

A 9 9 9 9 9 9 9

9999 99 99 9999 vířivé komory 20. Například dva až osm vířivých kanálů 19 ústí do vířivé komory 20 tangenciálně. Zatímco vířivá komora 20 je krycí vrstvou 15 zcela zakryta, jsou vířivé kanály 19 zakryty jen částečně, protože jejich vnější konce odvrácené od vířivé komory 20 tvoří směrem nahoru otevřené vnější vstupní oblasti 18. Tangenciálním zaústěním vířivých kanálů 19 do vířivé komory 20 se palivu uděluje točivý impuls, který tak zůstává zachován i ve středním kruhovém výstupním otvoru 22 dolní dnové vrstvy 17, jakož i ve výstupním otvoru 8. tělesa 4 ventilu.

Rozprašovací kotouč 12 je vytvořen z několika kovových vrstev 15, 16, 17 galvanickým vylučováním. Na základě hloubkové litografické galvanotechnické výroby existují zvláštní znaky ve vytváření obrysu, z nichž nyní budou některé zkráceně souhrnně uvedeny:

- vrstvy mají na celé ploše kotouče konstantní tloušťku,

- použitím hloubkového litografického strukturování vzniknou ve vrstvách prakticky svislé zářezy, které tvoří příslušné protékané dutiny (výrobou podmíněné odchylky mohou činit asi 3° . vůči optimálním svislých stěnám),

- uspořádáním jednotlivých strukturovaných vrstev do vícevrstvého provedení se dosáhne požadovaných podříznutý a překrytí zářezů,

- zářezy mají tvary průřezů s libovolnými stěnami prakticky rovnoběžnými s osou ventilu,

- rozprašovací kotouč má jednodílné provedení, protože jednotlivé kovové vrstvy jsou vyloučeny přímo na sebe.

Rozprašovací kotouč 12 tvoří svým horním okrajem na krycí vrstvě 15 sedlo 23 ventilu. Jako člen ventilu určený k otevírání a zavírání ventilu zde slouží ovládací člen 25, který je proveden ve tvaru misky, díže nebo kalíšku. Ovládací člen 25, který slouží jednak • · ·· ···4 » ·9 • · • · ·· ···· ·· jako kotva a jednak i jako uzavírací element ventilu, spolupracuje se sedlem 23 ventilu jako těsnicí ventil. Ovládací člen 25, který má průřez ve tvaru písmene L, má dvě ramena 26, 27, a to jednak ovládací rameno 26 uspořádané prakticky kolmo k podélné ose 3. ventilu a jednak opěrné rameno 27 ve tvaru prstence, které je uspořádáno rovnoběžně s podélnou osou 3_ ventilu, přičemž obě ramena 26, 27 probíhají zalomeně prakticky kolmo vůči sobě.

Po montáži rozprašovacího kotouče 12 se do podélného otvoru 5. vloží ovládací člen 25. Opěrné rameno 27 je na svém dolním konci opatřeno klínovým zkosením 28, které se zatlačí mezi vnitřní stěnu tělesa 4 ventilu a rozprašovací kotouč 12 tak, že se naklínuje na střední vířivou vrstvu 1 6. Protože toto zaklínění nastane na celém obvodu rozprašovacího kotouče 12, je rozprašovací kotouč 12 upevněn na konci ventilu bezpečně, spolehlivě a vystředěně.

Ovládací rameno 26 je rovněž provedeno ve tvaru prstence, protože je opatřeno vnitřním vybráním 29. Okrajová část 30 vnitřního vybrání 29 se ve směru proudění paliva rozšiřuje do tvaru komolého kužele a tvoří přímý uzavírací element ventilu, který koresponduje se sedlem 23 ventilu na krycí vrstvě 15. Při uzavřeném ventilu dosedá ovládací rameno 26 ovládacího členu 25 na sedlo 23 ventilu. Tlačná síla, kterou je ovládací člen 25 přitlačován na sedlo 23 ventilu, vznikne z tuhosti pružného materiálu (například pružinového plechu) použitého pro ovládací člen 25 a z tlaku paliva, které jej v klidovém stavu zatěžuje.

Cívka 1_ magnetu se předem vloží do třmenu 2_ magnetu a tato konstrukční skupina magnetického obvodu se potom rovněž vloží do podélného otvoru 5_. Radiální přesah vnějšího průměru třmenu 2 magnetu slouží k požadovanému axiálnímu upevnění v tělese 4 ventilu radiálním přítlakem.

Pro uvolnění průtoku v oblasti sedla 23 ventilu se musí ovládací člen 25 s okrajovou částí 30 ovládacího ramena 26. nadzdvihnout od definovaný zdvih od rozprašovacího kotouče 12. Ovládání ventilu se přitom provádí známým způsobem elektromagneticky. Otevírací zdvih se nastaví už ve smontovaném stavu deformací třmenu 2 magnetu. Za tím účelem se může například deformačním nástrojem 35, který je na obrázku pouze naznačen, zatlačit axiálně na třmen 2. magnetu. Pružnost ovládacího členu 25 se nastaví již předem rovněž plastickou deformací v axiálním směru.

Zdvih ovládacího členu 25 je· tedy mimo jiné předem dán polohami vestavění ovládacího členu 25 a třmenu 2 magnetu. Jedna koncová poloha ovládacího členu 25 je při nevybuzené cívce 1. magnetu stanovena dosednutím ovládacího ramena 26 na sedlo 23 ventilu, zatímco druhá koncová poloha ovládacího členu 25 při vybuzené cívce J_ magnetu je dána dosednutím ovládacího ramena 26 na vnitřní výstupní čelní stranu 37 třmenu 2. magnetu, sloužícího jako vnitřní pól.

Kompaktní konstrukční provedení jednotlivých součástí ventilu umožňuje výrobu miniaturizovaného ventilu s vnějším průměrem jen asi 4 mm.

Claims

PATENTOVÉ

NÁROKY

1. Elektromagneticky ovládaný ventil s podélnou osou (3), s elektromagnetickým obvodem (1, 2), s pohyblivým ovládacím členem (25), který pro otevírání a zavírání ventilu spolupracuje s pevným sedlem (23) ventilu, a s výstupním otvorem (8) vytvořeným za sedlem (23) ventilu, vyznačující se tím, že ovládací člen (25) je vytvořen ve tvaru misky, díže, popřípadě kalíšku, s ovládacím ramenem (26) a s opěrným ramenem (27) vytvořeným k němu prakticky kolmo.
2. Elektromagneticky ovládaný ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že opěrné rameno (27) probíhá rovnoběžně s podélnou osou (3) a ovládači rameno (26) je uspořádáno prakticky kolmo k podélné ose (3).
3. Elektromagneticky ovládaný, ventil podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že pouze ovládací rameno (26) tvoří pohyblivý díl ovládacího členu (25).
4. Elektromagneticky ovládaný ventil podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že opěrné rameno (27) je vytvořeno ve tvaru prstence a ovládací rameno (26) je provedením vnitřního vybrání (29) rovněž vytvořeno ve tvaru prstence.
5. Elektromagneticky ovládaný ventil podle nároku 4, vyznačující se tím, že ovládací rameno (26) s okrajovou částí (30) vybrání (29) tvoří uzavírací element ventilu.
6. Elektromagneticky ovládaný ventil podle nároku 5, vyznačující se tím, že okrajová část (30) vybrání (29) se ve směru proudění rozšiřuje ve tvaru komolého kužele.

.* -*k ϊ» ·♦ ······

444 4 44* 4 4 4

4 444 4 4 4 4 4 ·

44·4 > 4 4 4 4 4 4 • 44 444 4444

44414 44 44 4444 44 44
7. Elektromagneticky ovládaný ventil podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že opěrné rameno (27) je na svém dolním konci opatřeno klínovým zkosením (28) pro upevnění ovládacího členu (25).
8. Elektromagneticky ovládaný ventil podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že před výstupním otvorem (8) je ve ventilu uspořádán vícevrstvý rozprašovací kotouč (12).
9. Elektromagneticky ovládaný ventil podle nároku 8, vyznačující se tím, že horní vrstva (15) rozprašovacího kotouče (12) obsahuje sedlo (23) ventilu, s nímž spolupracuje ovládací rameno (26) pro otevírání a zavírání ventilu.
10. Elektromagneticky ovládaný ventil podle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím, že opěrné rameno (27) je zaklíněno mezi tělesem (4) ventilu a další vrstvou (16) rozprašovacího kotouče (12) nacházející se ve směru proudění za horní vrstvou (15).
11. Elektromagneticky ovládaný ventil podle jednoho z nároků 8 až 10, vyznačující se tím, že rozprašovací kotouč (12) je vytvořen jako vířivý kotouč s alespoň jedním vířivým kanálem (19).
12. Elektromagneticky ovlá'daný ventil podle jednoho z nároků 8 až 11, vyznačující se tím, že rozprašovací kotouč (12) je vyrobitelný galvanickým vylučováním kovů v několika vrstvách.
13. Elektromagneticky ovládaný ventil podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že elektromagnetický obvod je vytvořen z cívky (1) magnetu a z třmenu (2) magnetu, ·· 4·4· • · ·« · » J · · • · · « · · · » • ··· · · * · • · · · 4 · · · · ·····* * ···· ·♦ ·· ···· « přičemž třmen (2) magnetu je vytvořen ve tvaru prstence s profilem ve tvaru písmene U a cívka(l) magnetu je uspořádána uvnitř profilu ve tvaru písmene U.
14. Elektromagneticky ovládaný ventil podle nároku 13, vyznačující se tím, že otevírací zdvih ovládacího členu (2 5) je nastavitelný plastickou deformací třmenu (2) magnetu.
15. Použití ventilu podle jednoho z nároků 1 až 14 jako vstřikovacího ventilu paliva ve spalovacím motoru, zejména v zážehovém spalovacím motoru se stlačováním palivové směsi.