[go: up one dir, main page]

DE10334474A1 - Hochstrom-Steuerventil für Motorfahrzeug-Kraftstoffeinspirtzsysteme - Google Patents

Hochstrom-Steuerventil für Motorfahrzeug-Kraftstoffeinspirtzsysteme Download PDF

Info

Publication number
DE10334474A1
DE10334474A1 DE10334474A DE10334474A DE10334474A1 DE 10334474 A1 DE10334474 A1 DE 10334474A1 DE 10334474 A DE10334474 A DE 10334474A DE 10334474 A DE10334474 A DE 10334474A DE 10334474 A1 DE10334474 A1 DE 10334474A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
valve
control valve
opening
valve seat
bore
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE10334474A
Other languages
English (en)
Inventor
Curtis L. Sussex VanWeelden
Kathryn I. Waukesha Bacon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Husco Automotive Holdings LLC
Original Assignee
Husco International Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Husco International Inc filed Critical Husco International Inc
Publication of DE10334474A1 publication Critical patent/DE10334474A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0644One-way valve
    • F16K31/0655Lift valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/36Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
    • F02M59/366Valves being actuated electrically
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other 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
    • F02M63/0003Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure
    • F02M63/0007Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure using electrically actuated valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other 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
    • F02M63/0012Valves
    • F02M63/0014Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0017Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using electromagnetic operating means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other 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
    • F02M63/0012Valves
    • F02M63/0031Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0033Lift valves, i.e. having a valve member that moves perpendicularly to the plane of the valve seat
    • F02M63/0035Poppet valves, i.e. having a mushroom-shaped valve member that moves perpendicularly to the plane of the valve seat
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other 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
    • F02M63/0012Valves
    • F02M63/0031Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/004Sliding valves, e.g. spool valves, i.e. whereby the closing member has a sliding movement along a seat for opening and closing
    • F02M63/0042Sliding valves, e.g. spool valves, i.e. whereby the closing member has a sliding movement along a seat for opening and closing combined with valve seats of the lift valve type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other 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
    • F02M63/02Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0644One-way valve
    • F16K31/0668Sliding valves
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16Rectilinearly-movable armatures
    • H01F2007/1676Means for avoiding or reducing eddy currents in the magnetic circuit, e.g. radial slots

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Magnetically Actuated Valves (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Ein Stromsteuerventil ist zur Verwendung in einem Benzindirekteinspritzsystem eines Motors gedacht, um den Kraftstoff-Rail-Druck auf einem konsistenten Pegel zu halten, wenn die Zylindereinspritzventile öffnen und schließen. Ein Ventilelement bewegt sich gegen einen Sitz und vom Sitz weg, um die Kraftstoffströmung durch das Ventil zu steuern. Der hohe Druck vom Kraftstoffzufuhr-Rail wirkt auf Oberflächen des Ventils, die dazu ausgelegt sind, ein Kräfteungleichgewicht zu erzeugen, das dazu dient, das Ventilelement schnell zu öffnen. Der elektromagnetische Steller hat Komponenten, die aus einem weichmagnetischen Compositmaterial hergestellt sind, welches Wirbelströme reduziert, die die Leistung des Ventils beeinträchtigen könnten. Der elektromagnetische Steller ist so abgedichtet, daß der Kraftstoff eine Bewegung der Komponente nicht behindert. Eine Spule geringer Impedanz wird ebenfalls zur Betätigung des Ventils verwendet.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Kraftstoffsysteme für Verbrennungsmotoren und insbesondere Ventile zum Steuern des Druckes vom Kraftstoff, der im Motor zu den Einspritzventilen gefördert wird.
  • 2. Beschreibung relevanten Standes der Technik
  • Jahrzehntelang haben Benzin-Verbrennungsmotoren einen Vergaser zum Mischen von Kraftstoff mit eintretender Luft verwendet. Das resultierende Luft/Kraftstoffgemisch wurde über einen Ansaugverteiler beziehungsweise ein Saugrohr und mechanische Ansaugventile auf jeden der Motorzylinder verteilt. Multiport-Kraftstoffeinspritzsysteme haben die Vergasersysteme bei den meisten Motoren ersetzt. Ein Multiport-Kraftstoffeinspritzsystem hat ein separates Kraftstoffeinspritzventil, das Benzin unter Druck bei jedem Zylinder in den Ansaugkanal einspritzt, wo das Benzin sich mit in den Zylinder strömender Luft mischt. Jedoch gibt es auch bei Multiport-Kraftstoffeinspritzung Grenzen hinsichtlich dem Kraftstoffzufuhr-Antwortverhalten und der Verbrennungssteuerung, die erzielbar sind.
  • In jüngerer Zeit ist ein dritter Lösungsversuch zur Zuführung von Kraftstoff in die Motorzylinder entwickelt worden. Bekannt unter der Bezeichnung Benzindirekteinspritzung oder "GDI" von "Gasoline direct injection" wird bei dieser Technik der Kraftstoff direkt über eine Öffnung (Port), die separat vom Lufteinlaßkanal vorgesehen ist, in den Verbrennungszylinder eingespritzt. Daher mischt sich der Kraftstoff nicht mit eintretender Luft vor, wodurch eine präzisere Steuerung der dem Zylinder zugeführten Kraftstoffmenge und des Punktes während des Kolbenhubs möglich sind, bei dem der Kraftstoff eingespritzt wird. Speziell, wenn der Motor bei höheren Geschwindigkeiten beziehungsweise Drehzahlen oder höheren Lasten arbeitet, findet die Kraftstoffeinspritzung während des Ansaughubs statt, was die Verbrennung unter solchen Bedingungen optimiert. Während normaler Fahrbedingungen findet die Kraftstoffeinspritzung bei einem späteren Stadium im Verdichtungshub beziehungsweise Verdichtungstakt statt und liefert ein ultra-mageres Luft/Kraftstoffverhältnis für einen relativ geringen Kraftstoffverbrauch. Da der Kraftstoff eingespritzt werden kann, während im Zylinder ein hoher Verdichtungsdruck vorliegt, erfordert die Kraftstoffdirekteinspritzung, daß der Kraftstoff mit relativ hohem Druck von beispielsweise dem 100-fachen Druck, der in Multiport-Einspritzsystemen verwendet wird, in das Einspritzventil eingespeist wird.
  • Es gibt Perioden, in denen sämtliche Einspritzventile geschlossen sind und so das Benzin in der Leitung, bekannt als Kraftstoffzufuhr-Rail zwischen dem Auslaß der Kraftstoffpumpe und den Zylindern keinen Platz hat, sich auszubreiten. Dies hat bei früheren Kraftstoffsystemen, die bei geringerem Druck arbeiteten, kein signifikantes Problem dargestellt. Jedoch müssen bei dem signifikant höheren Druck des Benzindirekteinspritzsystems die Kraftstoffsystemkomponenten auf der stromabwärtigen Seite der Kraftstoffpumpe imstande sein, diesem Druck zu widerstehen. Darüber hinaus tritt zu solchen Zeitpunkten an der Kraftstoffpumpe eine sehr hohe Rückdrucklast auf.
  • Daher ist es erstrebenswert, einen Mechanismus zur Aufrechterhaltung eines konsistenten Druckpegels im Abschnitt des Kraftstoffsystems, der auf der stromabwärtigen Seite des Kraftstoffpumpenauslaßkanales liegt, selbst bei Öffnen und Schließen der Einspritzventile vorzusehen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Das vorliegende elektrohydraulische Stromsteuerventil ist dazu gedacht, an die Hochdruckseite einer Pumpe angeschlossen zu werden, aus der den Einspritzern der Motorzylinder Kraftstoff zugeführt wird. Dieses Stromsteuer- oder -regelventil (auch Durchflußsteuerventil) sieht einen Pfad vor, über den der Hochdruck-Kraftstoff vom Kraftstofftank zurück zur Niederdruckleitung wandert, wodurch ein konsistenter Druck im Kraftstoffzufuhr-Rail aufrecht erhalten wird. Das Stromsteuerventil ist für einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb ausgelegt. Dies wird durch ein elektromagnetisches Stellglied erzielt, welches Bauteile aufweist, die aus einem weichmagnetischen Compositmaterial hergestellt sind. Dieses Compositmaterial sieht einen nicht elektrisch leitenden Pfad für den Magnetfluß vor, der die Wirbelströme reduziert, die anderenfalls den Aufbau des Magnetflusses und damit die Geschwindigkeit des Stellgliedes verlangsamen würden. Ein weiterer Faktor der Steigerung der Leistung des Stromsteuerventils ist, daß der Anker des elektromagnetischen Stellgliedes nicht in Kontakt mit dem durch das Ventil strömenden Kraftstoff kommt. Daher erfährt die Ankerbewegung im Vergleich zu flüssigem Kraftstoff einen geringeren Fluid-Widerstand von Luft.
  • Das Stromsteuerventil umfaßt einen Ventilschaft mit einer Bohrung, die einen Ventilsitz an einem Ende hat. Eine Einlaßöffnung im Ventilschaft sieht einen Fluidpfad zwischen dem Kraftstoff-Rail und der Bohrung vor. Innerhalb der Bohrung liegt ein Ventilelement, das selektiv in Anlage mit dem Ventilsitz kommt, um die Fluidströmung zwischen der Einlaßpassage oder Zulaufpassage und Auslaßoder Austrittspassagen zu steuern. Das Ventilelement weist eine äußere Aussparung oder Einschnürung in Kommunikation mit der Einlaßöffnung auf. Die äußere Einschnürung hat eine erste Fläche proximal zum oder nahe zum Ventilsitz und eine zweite Oberfläche abseits oder fern vom Ventilsitz. Da die erste Fläche größer ist als die zweite Fläche ist, sucht der Druck in der Einschnürung, das Ventilelement weg vom Ventilsitz zu drücken, das heißt in eine Öffnungsstellung.
  • Das elektromagnetische Stellglied ist funktionswirksam so angeschlossen, daß es das Ventilelement mit Bezug auf den Ventilsitz bewegt.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine seitliche Ansicht eines Ventils nach der vorliegenden Erfindung; 2 ist eine Querschnittsansicht längs einer Linie 2–2 in 1;
  • 3 ist eine Querschnittsansicht längs einer Linie 3–3 in 1; und 4 ist eine Vergrößerung des Ventilabschnitts in 2.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung Gemäß den 1 und 2 ist ein elektrohydraulisches Stromsteuerventil 10 innerhalb einer Öffnung 11 im Körper 12 der Kraftstoffpumpe eines Verbrennungsmotors angebracht. Eine Zulaufpassage oder Zulaufbohrung 14 erstreckt sich im Körper 12 von der Öffnung 11 zum Hochdruck-Kraftstoffzufuhr-Rail, welches den Ablauf der Kraftstoffpumpe empfängt. Eine Austrittspassage oder Austrittsbohrung 16 sieht einen Fluidpfad zwischen der Öffnung und einem Punkt geringeren Drucks des Motorkraftstoftsystems wie dem Einlauf der Kraftstoffpumpe vor.
  • Das Strömungsteuerventil 10 hat einen rohrförmigen Schaft 18, der sich in die Kraftstofftpumpenöftnung 11 erstreckt und sowohl zur Zulaufpassage 14 als auch Auslaßpassage 16 eine Grenzfläche aufweist, um die Fluidströmung dazwischen zu steuern. Speziell weist der Ventilschaft 18 eine Längsbohrung 15 auf, die sich durch ihn mit einem transversalen Zulaufquerschnitt 19 (Einlaßöffnung 19) erstreckt, wodurch die Zulaufpassage 14 mit der Öffnung verbunden wird. An einer Endöffnung der Bohrung 15 ist ein Ventilsitz 20 ausgebildet, wobei die Bohrung 15 mit der Austrittspassage 16 kommuniziert. Innerhalb der Bohrung 15 des Ventilschaftes 18 ist ein Ventilelement 22 verschieblich aufgenommen und hat ein inneres Ende mit einem kegeligen Abschnitt, der sich im geschlossenen Zustand des Stromsteuerventils gegen den Ventilsitz 20 legt.
  • Das andere Ende des Ventilelements 22 ist mechanisch beispielsweise durch Löten oder Schweißen in eine mittige Ausnehmung in eine Ankerscheibe 24 eingefügt. Auf der entgegengesetzten Seite der Ankerscheibe oder Ankerplatte 24 befindet sich ein Magnetsteller 28, der ein äußeres Gehäuse 29 aufweist, das ein magnetisch leitendes Polstück 30 mit einer mittigen Ausnehmung 32 und einer ringförmigen Nut 34 umschließt, die sich um die mittige Aussparung (vergleiche 3) erstreckt. Eine elektromagnetische Spule 36 ist innerhalb der ringförmigen Nut gewickelt und weist Leitungen auf, die sich zu einem Verbinder 38 zum Anschluß an die Steuerung erstrecken, die den Motorbetrieb steuert. Die elektromagnetische Spule 36 weist eine Induktivität von weniger als 3,0 mH und einen Widerstand von weniger als 1 Ohm auf. Vorzugsweise beträgt die Induktivität der elektromagnetischen Spule 36 2,5 mH und der Widerstand beträgt 0,2 Ohm. Eine Feder 40 innerhalb der mittigen Ausnehmung oder Aussparung 32 des Polstückes spannt die Ankerscheibe 24 so vor, daß diese das Ventilelement 22 weg vom Ventilsitz 20 stößt und das Ventil öffnet.
  • Eine Erregung der elektromagnetischen Spule 36 erzeugt ein Magnetfeld, das durch Flußlinien 42 angezeigt ist, wobei das Magnetfeld die Ankerscheibe 24 zum Polstück 30 anzieht, um das Ventilelement 22 unter Schließung des Ventils gegen den Ventilsitz 20 zu ziehen, wie in 2 gezeigt ist. Der Magnetfluß fließt durch die Ankerscheibe 24 und das Polstück 30. Die Größe der elektromagnetischen Spule, die dazu erforderlich ist, die notwendige Kraft zu erzeugen, wird durch das Vorsehen großer Querschnittsflächen und sehr kleiner Luftspalte, durch die der Fluß 42 fließt, reduziert.
  • Das Polstück 30 ist aus "Weich-Compositmaterial" gefertigt, welches ein Pulver ist, das eine Vielzahl ferromagnetischer Partikel mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung umfaßt. Die Beschichtung sorgt angrenzend an die ferromagnetischen Partikel für eine elektrische Isolierung von zumindest einem Milliohm-cm. Die Ventilkomponente 30 wird durch Kompaktieren des ferromagnetischen Pulvers hergestellt. Weichmagnetische Compositmaterialien und Verfahren zur Herstellung elektromagnetischer Kerne aus diesen sind im US Patent 6,251,514 beschrieben. Da die einzelnen Partikel ferromagnetischen Pulvers voneinander elektrisch isoliert sind, sieht das Polstück 30 einen nicht elektrisch leitenden Pfad für den Magnetfluß vor, was die Wirbelströme reduziert, die andernfalls die Flußumkehr verlangsamen würden. Die Reduzierung der Wirbelströme ermöglicht es dem elektromagnetischen Stellglied des Ventils, dem Steller, im Vergleich zu Stellgliedern mit konventionellen elektromagnetischen Polstücken eine schnellere Ansprechzeit zu haben.
  • Die Geschwindigkeit des Ventilbetriebs wird ferner dadurch gesteigert, daß die Ankerscheibe 24 nicht in Kontakt mit dem flüssigen Kraftstoff gerät, der durch das Stromsteuerventil 10 fließt. Eine Dichtung 44 verhindert, daß der Kraftstoff zwischen dem Ventilelement 22 und dem äußeren Abschnitt 46 des Ventilschafts 18 eindringt und wandert. Die Dichtung 44 verhindert, daß der Kraftstoff die Ankerscheibe 24 erreicht. Die Isolation der Ankerscheibe 24 vom Fluid wird durch ein signifikantes Merkmal des vorliegenden Stromsteuerventils 10 gesteuert. Wenn Fluid innerhalb der Kammer 45, in der die Ankerscheibe 24 liegt, zugelassen wäre, würde dieses Fluid einer schnellen Bewegung der Scheibe beim Öffnen und Schließen des Ventils einen Widerstand entgegensetzen. Das heißt, Fluid, das sich auf einer Seite der Scheibe angesammelt hat, müßte auf die entgegengesetzte Seite strömen, um der Scheibe eine Bewegung innerhalb der Kammer 45 zu ermöglichen. Daher ist diese Merkmal wichtig zur Ermöglichung der schnellen Bewegung des Ventils, die im vorliegenden Kraftstoffsystem erforderlich ist.
  • Gemäß den 2 und 4 sind die Kräfte infolge der auf das Ventilelement 22 wirkenden Fluiddrücke im wesentlichen unausgeglichen und nicht im Gleichgewicht, um eine schnelle Öffnungszeit vorzusehen. Speziell weist das Ventilelement eine äußere Umfangseinschnürung oder -aussparung 50 mit einer ersten Endfläche 52 proximal zum Ventilsitz 20 und einer zweiten Endfläche 54 abseitig dem Ventilsitz auf, wobei beide Endflächen dem Hochdruckfluid in der Zulaufpassage oder Zulaufbohrung 14 vom Kraftstoffzufuhr-Rail (Kraftstoffzufuhrschiene) ausgesetzt sind. Der Durchmesser der Ventilschaftbohrung 15 in der Umgebung der Umfangseinschnürung 50 ist geringfügig größer als der Durchmesser der Bohrung dichter am Anker 24, wodurch eine Lippe 55 angrenzend an die erste Endfläche 52 (4) geschaffen wird. Als Folge hiervon ist die Ausdehnung der zweiten Endfläche 54 wesentlich geringer als die Flächenausdehnung der ersten Endfläche 52, die dem Hochdruckfluid ausgesetzt ist, wenn das Ventil geschlossen ist.
  • Infolge dieses Unterschiedes in der Oberflächenausdehnung ist die vom Hochdruckfluid erzeugte Kraft, die auf die Endflächen 52 und 54 wirkt, in einer Richtung größer, die versucht, das Ventilelement 22 weg vom Ventilsitz 20 zu drücken, das heißt, das Ventil zu öffnen. Als eine Folge hiervon ist eine relativ geringe Kraft der Feder 40 imstande, eine Kraft zu überwinden, die auf die Nase 56 des Ventilelements 22 durch den relativ geringen Druck in der Austrittspassage oder Austrittsbohrung 16 ausgeübt wird, und so das Stromsteuerventil 10 zu öffnen. Jedoch muß die zum Schließen des Stromsteuerventils 10 erforderliche magnetische Kraft von der elektromagnetischen Spule 36 groß genug sein, um den Zulaufpassagendruck und die Federkraft zu überwinden.
  • Das vorliegende Ventil 10 weist einen speziellen Nutzen bei der Regulierung des Drucks im Kraftstoff-Rail des Kraftstoffeinspritzsystems eines Verbrennungsmotors auf. In dieser Anwendung wird das Ventil sehr schnell viele Male während jedes Zykluses des Motors geöffnet und geschlossen, um den Druck im Kraftstoff-Rail zu entlasten. Das Stromsteuerventil 10 hat mehrere Merkmale, die zu der Fähigkeit, bei derartig hohen Geschwindigkeiten zu arbeiten, beitragen. Der Ausdehnungsunterschied der Endflächen der Einschnürung 50 im Ventilelement und die relativ geringe Induktivität und geringer Widerstand des Magnetstellers sind zwei dieser Merkmale. Weitere Merkmale umfassen die Verwendung weichmagnetischen Compositmaterials für das Polstück des Solenoids, beziehungsweise Magnetstellers, wobei dieses Wirbelströme herabsetzt. Ein weiterer Faktor zur Steigerung der Leistung des Stromsteuerventils ist der, daß der Anker des Stellers nicht in Kontakt mit dem durch das Ventil strömenden Kraftstoff kommt, und so unterliegt die Ankerbewegung einem geringeren Fluidwiderstand von Luft im Vergleich zu flüssigem Kraftstoff.
  • Die vorausgehende Beschreibung war in erster Linie auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung gerichtet. Obgleich in gewissem Umfang das Augenmerk auf verschiedene Alternativen innerhalb des Umfangs der Erfindung gerichtet wurde, wird davon ausgegangen, daß ein Fachmann auf diesem Gebiet durchaus weitere Alternativen realisieren wird, die nun aus der Offenbarung von Ausführungsbeispielen der Erfindung offenkundig sind. Dementsprechend sollte sich der Schutzumfang der Erfindung aus den folgenden Ansprüchen bestimmen und nicht auf die obige Offenbarung beschränkt sein.
  • Zusammenfassend ist ein Stromsteuerventil zum Einsatz in einem Benzindirekteinspritzsystem eines Motors gedacht, um den Kraftstoff-Rail-Druck auf einem konsistenten Pegel zu halten, wenn die Zylindereinspritzventile öffnen und schließen. Ein Ventilelement bewegt sich gegen einen Sitz und von diesem Sitz weg, um den Kraftstofffluß durch das Ventil zu steuern. Der hohe Druck vom Kraftstoffzufuhr-Rail wirkt auf Oberflächen des Ventils, die dazu ausgelegt sind, ein Kräfteungleichgewicht hervorzurufen, das dazu dient, das Ventilelement schnell zu öffnen. Der elektromagnetische Steller weist Komponenten auf, die aus einem weichmagnetischen Compositmaterial hergestellt sind, welches Wirbelströme re duziert, die die Leistung des Ventil beeinträchtigen könnten. Der elektromagnetische Steller ist so abgedichtet, daß der Kraftstoff eine Bewegung der Komponenten nicht beeinträchtigt. Eine Spule geringer Impedanz wird ebenfalls zur Betätigung des Ventils verwendet.

Claims (14)

  1. Steuerventil für ein Motorfahrzeug-Kraftstoffeinspritzsystem, welches einen Körper mit einer Öffnung aufweist, die ein erstes Ende und ein zweites Ende hat, eine Austrittspassage, die mit dem ersten Ende der Öffnung kommuniziert, und eine Zulaufpassage, die mit der Öffnung zwischen dem ersten Ende und einem zweiten Ende kommuniziert; welches Steuerventil umfaßt: einen Ventilschaft zum Einsatz in die Öffnung und aufweisend eine Bohrung mit einem Ventilsitz an einem Ende und eine Einlaßöffnung zum Vorsehen eines Fluidpfades zwischen der Zulaufpassage und der Bohrung; ein Ventilelement innerhalb der Bohrung des Ventilschaftes und selektiv in Anlage kommend mit dem Ventilsitz zur Steuerung von Flüssigkeitsströmung zwischen der Zulaufpassage und der Austrittspassage; einen Magnetsteller mit einer elektrischen Spule und einem Anker, der von einem elektromagnetischen Feld angetrieben wird, das durch die elektrische Spule erzeugt wird, wobei der Anker funktionsmäßig so angekoppelt ist, daß er das Ventilelement ansprechend auf das elektromagnetische Feld zum Ventilsitz hin bewegt, und wobei die elektromagnetische Spule eine Induktivität von weniger als 3,0 mH und einen Widerstand von weniger als 1,0 Ohm aufweist; und eine Dichtung zwischen dem Ventilschaft und dem Ventilelement zum Verhindern einer Strömung der Flüssigkeit in der Bohrung zum Magnetsteller, so daß der Anker trocken bleibt und so die Flüssigkeit eine Bewegung des Ankers nicht beeinträchtigt.
  2. Steuerventil nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Polstück, das aus einem weichmagnetischen Compositmaterial hergestellt ist und um welches eine elektromagnetische Spule gewickelt ist.
  3. Steuerventil nach Anspruch 2, in welchem der Anker eine magnetisch leitende Scheibe angrenzend an das Polstück ist.
  4. Steuerventil nach Anspruch 1, in welchem die Induktivität der elektromagnetischen Spule 2,5 mH und der Widerstand 0,2 Ohm betragen.
  5. Steuerventil nach Anspruch 1, in welchem das Ventilelement eine äußere Einschnürung in Kommunikation mit der Einlaßöffnung aufweist, wobei die äußere Einschnürung eine erste Oberfläche proximal zum Ventilsitz und eine zweite Oberfläche abseits vom Ventilsitz aufweist, wobei die erste Oberfläche größer ist als die zweite Oberfläche ist, so daß der Druck in der Einschnürung das Ventilelement weg vom Ventilsitz zu bewegen sucht.
  6. Steuerventil für ein Motorfahrzeug-Kraftstoffeinspritzsystem, welches einen Körper mit einer Öffnung aufweist, die ein erstes Ende und eine zweites Ende hat, eine Austrittspassage, die mit dem ersten Ende der Öffnung kommuniziert, und eine Zulaufpassage, die mit der Öffnung zwischen dem ersten Ende und einem zweiten Ende kommuniziert, welches Steuerventil umfaßt: einen Ventilschaft zum Einsatz in die Öffnung und aufweisend eine Bohrung mit einem Ventilsitz an einem Ende und eine Einlaßöffnung zum Vorsehen eines Fluidpfades zwischen der Zulaufpassage und der Bohrung; ein Ventilelement innerhalb der Bohrung und selektiv in Anlage kommend mit dem Ventilsitz zum Steuern von Flüssigkeitsströmung zwischen der Zulaufpassage und der Austrittspassage, wobei das Ventilelement eine äußere Einschnürung in Kommunikation mit der Zulauföffnung aufweist, die äußere Einschnürung eine erste Oberfläche proximal zum Ventilsitz und eine zweite Oberfläche abseits vom Ventilsitz aufweist, wobei die erste Oberfläche größer als die zweite Oberfläche ist, so daß der Druck in der Einschnürung das Ventilelement weg vom Ventilsitz zu bewegen sucht; und einen Magnetsteller, der funktionsmäßig so angekoppelt ist, daß er das Ventilelement zum Ventilsitz hin bewegt, und der eine elektromagnetische Spule mit einer Induktivität, die weniger als 3,0 mH beträgt, und einem Widerstand, der weniger als 1,0 Ohm beträgt, aufweist.
  7. Steuerventil nach Anspruch 6, in welchem die Induktivität der elektromagnetischen Spule 2,5 mH und der Widerstand 0,2 Ohm betragen.
  8. Steuerventil nach Anspruch 6, ferner aufweisend ein Polstück eines Weich-Compositmagnetmaterials angrenzend an die elektromagnetische Spule.
  9. Steuerventil nach Anspruch 6, ferner aufweisend ein Polstück aus einem Weich-Compositmagnetmaterial mit einer ringförmigen Nut, innerhalb der die elektromagnetische Spule aufgenommen ist.
  10. Steuerventil nach Anspruch 6, in welchem der Magnetsteller ferner eine Ankerscheibe aufweist, die mit dem Ventilelement verbunden ist und sich ansprechend auf ein elektromagnetisches Feld bewegt, das von der elektromagnetischen Spule erzeugt wird.
  11. Steuerventil nach Anspruch 6, ferner aufweisend eine Dichtung, die eine Strömung von Fluid in der Bohrung zum Magnetsteller verhindert, so daß der Anker trocken bleibt und dieses Fluid die Bewegung des Ankers nicht beeinträchtigt.
  12. Steuerventil für ein Motorfahrzeug-Kraftstoffeinspritzsystem, welches einen Körper mit einer Öffnung aufweist, die ein erstes Ende und ein zweites Ende hat, eine Austrittspassage, die mit dem ersten Ende der Öffnung kommuniziert, und eine Zulaufpassage, die mit der Öffnung zwischen dem ersten Ende und einem zweiten Ende kommuniziert; welches Steuerventil umfaßt: einen Ventilschaft zum Einsatz in die Öffnung und aufweisend eine Bohrung mit einem Ventilsitz an einem Ende und eine Einlaßöffnung zum Vorsehen eines Fluidpfades zwischen der Zulaufpassage und der Bohrung; ein Ventilelement innerhalb der Bohrung und selektiv in Anlage kommend mit dem Ventilsitz zum Steuern von Flüssigkeitsströmung zwischen der Zulaufpassage und der Austrittspassage, wobei das Ventilelement eine äußere Einschnürung in Kommunikation mit der Zulauföffnung aufweist, die äußere Einschnürung eine erste Oberfläche proximal zum Ventilsitz und eine zweite Oberfläche abseits vom Ventilsitz aufweist, wobei die erste Oberfläche größer als die zweite Oberfläche ist, so daß der Druck in der Einschnürung das Ventilelement weg vom Ventilsitz zu bewegen sucht; und eine Dichtung zwischen dem Ventilschaft und dem Ventilelement zum Verhindern einer Strömung der Flüssigkeit in der Bohrung zum Magnetsteller, so daß der Anker trocken bleibt und so die Flüssigkeit eine Bewegung des Ankers nicht beeinträchtigt; und einen Magnetsteller, der funktionsmäßig so angekoppelt ist, daß er das Ventilelement zum Ventilsitz hin bewegt, und der eine elektromagnetische Spule mit einer Induktivität aufweist, die weniger als 3,0 mH beträgt, und einem Widerstand, der weniger als 1,0 Ohm beträgt, wobei der Magnetsteller ein Polstück aus einem Weich-Compositmagnetmaterial angrenzend an die elektromagnetische Spule umfaßt.
  13. Steuerventil nach Anspruch 12, in welchem das Polstück eine ringförmige Nut aufweist, innerhalb der die elektromagnetische Spule aufgenommen ist.
  14. Steuerventil nach Anspruch 12, in welchem die Induktivität der elektromagnetischen Spule 2,5 mH beträgt und der Widerstand 0,2 Ohm beträgt.
DE10334474A 2002-08-05 2003-07-29 Hochstrom-Steuerventil für Motorfahrzeug-Kraftstoffeinspirtzsysteme Ceased DE10334474A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/212331 2002-08-05
US10/212,331 US6793196B2 (en) 2002-08-05 2002-08-05 High flow control valve for motor vehicle fuel injection systems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10334474A1 true DE10334474A1 (de) 2004-02-26

Family

ID=31187742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10334474A Ceased DE10334474A1 (de) 2002-08-05 2003-07-29 Hochstrom-Steuerventil für Motorfahrzeug-Kraftstoffeinspirtzsysteme

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6793196B2 (de)
JP (1) JP2004132354A (de)
DE (1) DE10334474A1 (de)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7497203B2 (en) * 2005-08-03 2009-03-03 Caterpillar Inc. Avoidance of spark damage on valve members
AT503812B1 (de) * 2006-06-22 2008-01-15 Hoerbiger Automatisierungstech Ventil zur steuerung eines fluids
US8002206B2 (en) 2006-12-29 2011-08-23 Caterpillar Inc. Avoidance of spark damage on valve members
US8083206B2 (en) * 2008-07-08 2011-12-27 Caterpillar Inc. Precision ground armature assembly for solenoid actuator and fuel injector using same
US8317157B2 (en) * 2008-12-15 2012-11-27 Continental Automotive Systems Us, Inc. Automobile high pressure pump solenoid valve
US8316826B2 (en) * 2009-01-15 2012-11-27 Caterpillar Inc. Reducing variations in close coupled post injections in a fuel injector and fuel system using same
KR100934585B1 (ko) 2009-10-07 2009-12-31 주식회사 유니크 Gdi 엔진의 고압펌프용 솔레노이드 밸브
US8919324B2 (en) 2010-12-08 2014-12-30 Robin B. Parsons Fuel rail for liquid injection of a two-phase fuel
US20120199768A1 (en) * 2011-02-03 2012-08-09 Love Lonnie J Mesofluidic digital valve
US9677523B2 (en) * 2014-05-30 2017-06-13 Cummins Inc. Fuel injector including an injection control valve having an improved stator core
US10330065B2 (en) * 2016-03-07 2019-06-25 Stanadyne Llc Direct magnetically controlled inlet valve for fuel pump
CN111734838B (zh) * 2020-08-06 2020-11-20 宁波恒信合精密机械有限公司 一种一体式阀芯的燃油计量阀

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3735371A (en) * 1971-06-02 1973-05-22 Sun Oil Co Pennsylvania Arrangement for multiplexing of a plurality of remotely-located capacitive probes
JPH0220551Y2 (de) 1985-02-27 1990-06-05
DE3641470A1 (de) 1986-12-04 1988-06-16 Bosch Gmbh Robert Elektromagnetisch betaetigbares kraftstoffeinspritzventil
JP2708470B2 (ja) 1988-06-08 1998-02-04 株式会社日立製作所 電磁式燃料噴射弁
DE4016990A1 (de) 1990-01-20 1991-07-25 Bosch Gmbh Robert Elektromagnetisch betaetigbares ventil
US5251659A (en) * 1991-07-22 1993-10-12 Sturman Oded E High speed miniature solenoid
DE4329760A1 (de) 1993-09-03 1995-03-09 Bosch Gmbh Robert Elektromagnetisch betätigbares Proportionalventil
US5413308A (en) * 1993-09-03 1995-05-09 The Horton Company Fail-open solenoid actuated valve
DE4339948A1 (de) 1993-11-24 1995-06-01 Bosch Gmbh Robert Kraftstoffeinspritzpumpe
IT1276503B1 (it) 1995-07-14 1997-10-31 Elasis Sistema Ricerca Fiat Perfezionamenti ad una valvola di dosaggio a comando elettromagnetico, per un iniettore di combustibile.
DE19626290A1 (de) 1996-07-01 1998-01-08 Freudenberg Carl Fa Elektromagnetisches Ventil
DE19639117A1 (de) 1996-09-24 1998-03-26 Bosch Gmbh Robert Brennstoffeinspritzventil
JPH10220319A (ja) 1997-02-06 1998-08-18 Denso Corp 燃料噴射弁
IT1293433B1 (it) 1997-07-11 1999-03-01 Elasis Sistema Ricerca Fiat Valvola di dosaggio registrabile per un iniettore di combustibile per motori a combustione interna, e relativo metodo di registrazione.
US5982073A (en) 1997-12-16 1999-11-09 Materials Innovation, Inc. Low core loss, well-bonded soft magnetic parts

Also Published As

Publication number Publication date
US20040021111A1 (en) 2004-02-05
US6793196B2 (en) 2004-09-21
JP2004132354A (ja) 2004-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60025090T2 (de) Einspritzventil für gasförmigen Brennstoff mit Ventilnadelsitz mit geringer Drosselung
DE60023065T2 (de) Einspritzventil für verdichtetes Erdgas
DE19523337B4 (de) Elektrohydraulische Schiebersteuerventilanordnung für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
DE19520423A1 (de) Brennstoffeinspritzsteuerungsventil mit zweifachen Elektromagneten
DE19932548A1 (de) Dualelektromagneten mit einer Einzelschaltung und Brennstoffeinspritzvorrichtung, die diese anwendet
DE102004057011B4 (de) Kraftfahrzeug-Kraftstoffeinspritzsystem mit Steuerventil für hohen Durchsatz
DE3502410A1 (de) Elektromagnetisch betaetigbares kraftstoffeinspritzventil
EP2215349A1 (de) Einspritzdüse für kraftstoff mit kugelventil
DE4341545A1 (de) Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen
DE10334474A1 (de) Hochstrom-Steuerventil für Motorfahrzeug-Kraftstoffeinspirtzsysteme
DE10245151B4 (de) Kraftstoffeinspritzvorrichtung
DE69624240T2 (de) Brennstoffpumpe
DE10351937A1 (de) Harte Beschichtung einer Aufschlagfläche einer Elektromagnetbetätigungsvorrichtung und Brennstoffeinspritzvorrichtung, die diese verwendet
DE69305084T2 (de) Einlassventilschaft umgebendes kraftstoffeinspritzventil
DE4438250A1 (de) Abgasrückführventil
DE19737125A1 (de) Volumenstrom-Regelvorrichtung und Einspritzsystem mit einer solchen Regelvorrichtung
EP1278952A2 (de) Brennstoffeinspritzventil
DE4403148C2 (de) Elektromagnetisch ansteuerbares Mehrstrahleinspritzventil, insbesondere für Verbrennungsmotoren mit zwei Ansaugkanälen pro Zylinder
DE102006000378B4 (de) Elektromagnetisches Betätigungsglied
DE102011089360A1 (de) Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
EP3364015A1 (de) Elektromagnetisches schaltventil und kraftstoffhochdruckpumpe
DE19908418C1 (de) Steuerventil zum Einsatz in einem Speichereinspritzsystem für einen Dieselmotor
DE102014012674A1 (de) Valve actuator assembly with current trim and fuel injector using same
DE10041024A1 (de) Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen
DE19859475A1 (de) Kartuschensteuerventil mit oben befestigtem Elektromagneten und flachem Ventilsitz für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: HML, 80799 MUENCHEN

8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: HUSCO AUTOMOTIVE HOLDINGS LLC, WAUKESHA, WIS., US

R082 Change of representative

Representative=s name: ADVOTEC. PATENT- UND RECHTSANWAELTE, DE

Representative=s name: ADVOTEC. PATENT- UND RECHTSANWAELTE, 80538 MUENCHE

R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final
R003 Refusal decision now final

Effective date: 20140729