DE4337070A1

DE4337070A1 - Solenoidventil

Info

Publication number: DE4337070A1
Application number: DE4337070A
Authority: DE
Inventors: Shigeiku Enomoto; Toshihiko Igashira; Yasuyuki Sakakibara
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1992-10-29
Filing date: 1993-10-29
Publication date: 1994-05-05
Also published as: US5503364A; JPH0742644A

Description

Die Erfindung betrifft ein Solenoid geeignet zur Verwendung als elektromagnetisches Ausströmventil oder dergleichen für ein Kraftstoffeinspritzsystem.

Bisher ist ein elektromagnetisches Ausströmventil, das von einem Computer gesteuert wird, für ein zeitlich bestimmtes Ausströmen von Hochdruck-Kraftstoff vorgeschlagen worden. Die Ausströmtätigkeit dieses bekannten elektromagnetischen Ausströmventils wird durch ein elektronisches Verfahren anstelle eines mechanischen Verfahrens gesteuert. Fig. 13 zeigt ein elektromagnetisches Ausströmventil, das einen Aus strömdurchlaß verschließt, wenn es erregt wird, wobei Strö mungsdurchlässe 33 und 36 im unteren Teil eines Ventilkörpers 31 so ausgebildet sind, daß sie jeweils in der Seitenfläche und in der Bodenfläche des Ventilkörpers 31 münden, und wobei die Strömungsdurchlässe 33 und 36 über eine Federkammer 32 miteinander in kommunizierender Verbindung stehen. Die Strö mungsdurchlässe 33 und 36 und die Federkammer 32 dienen als Bereiche des Ausströmdurchlasses. Eine Ventilnadel 27 ist axial verschiebbar im oberen Teil der Ventilkörpers 31 gela gert, wobei ihre Spitze einer in dem oberen Ende der Feder kammer 32 ausgebildeten Sitzfläche 40 zugewandt ist. Die Ven tilnadel 27 ist, um von der Sitzfläche 40 abgehoben zu wer den, mittels einer Schraubendruckfeder 28, die in der Feder kammer 32 angeordnet ist, nach oben vorgespannt. Ein Elektro magnet 25 ist am Ventilkörper 31 so angebracht, daß er den oberen Bereich des Ventilkörpers 31 umgibt. Der Elektromagnet 25 besitzt einen Magnetkern 25a und ein elektrisches Solenoid 25b. Ein plattenförmiger Beschlag 26 ist am- oberen Ende der Ventilnadel 27 befestigt. Wenn das elektrische Solenoid 25b nicht erregt ist, ist ein Luftspalt zwischen der unteren Flä che des Beschlags 26 und dem oberen Ende des Magnetkerns 25a gebildet. Die Größe des Spalts G hängt vom Hub der Ventilna del 27 ab. Die Größe des Spalts G mißt beispielsweise 0,1 mm, wenn die Ventilnadel 27 auf der Sitzfläche 40 aufsitzt, um den Ausströmdurchlaß zu verschließen. Wenn das elektrische Solenoid 25b des Elektromagneten 25 magnetisiert wird, wird der Beschlag 26 durch die magnetische Anziehung nach unten bewegt, um die Ventilnadel 27 gegen die Nachgiebigkeit der Schraubendruckfeder 28 nach unten zu bewegen. Wenn die Ven tilnadel 27 auf der Sitzfläche 40 aufsitzt, sind die Strö mungsdurchlässe 33 und 36 voneinander getrennt.

Ein Fahrzeugmotor benötigt beispielsweise ein Kraftstoffein spritzsystem, das in der Lage ist, Hochdruck-Kraftstoff mit einer hohen Geschwindigkeit unter Berücksichtigung der Abgabe eines Abgases, das weniger gefährliche Gase enthält, einzu spritzen. Der Hub der Ventilnadel eines elektromagnetischen Ausströmventils einer solchen Konstruktion muß mindestens 0,3 mm messen, um eine Öffnung mit einer ausreichend großen Flä che für eine plötzliche Abgabe des eingespritzten Kraftstoff s zu schaffen. Jedoch nimmt die Größe des Luftspalts G des elektromagnetischen Ausströmventils zu, wenn der Hub der Ven tilnadel vergrößert wird. Da die magnetische Anziehung des Elektromagneten im wesentlichen umgekehrt proportional dem Quadrat der Größe des Luftspalts ist, muß der maximale Hub der Ventilnadel auf etwa 0,2 mm begrenzt werden, was im Wi derspruch zu den Bedingungen der plötzlichen Abgabe des ein gespritzten Kraftstoffs steht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Solenoid ventil zu schaffen, das mit einem Elektromagneten mit einer verhältnismäßig kleinen Größe ausgestattet und zur plötzli chen Abgabe von Hochdruck-Kraftstoff geeignet ist.

Unter einem ersten Aspekt der Erfindung verfügt ein Solenoid ventil, das mit einem Entlastungsdurchlaß zur Abgabe minde stens eines Teils eines mittels einer Fluid-Unterdruckset zungseinrichtung unter Druck gesetzten Fluids zu einer Nie derdruckseite ausgestattet ist, über: ein Entlastungsventil element zum Öffnen und Schließen des Entlastungsdurchlasses, einen Elektromagneten, einen Beschlag, der in Richtung auf den Elektromagneten mittels der von dem Elektromagneten erzeugten Magnetkraft anziehbar ist, um das Ventilelement zu bewegen, so daß der Entlastungsdurchlaß geschlossen wird, ein erstes Vorspannmittel zum Vorspannen des Ventilelements weg von dem Entlastungsdurchlaß, um den Entlastungsdurchlaß zu öffnen, wenn der Elektromagnet nicht magnetisiert ist, und ein zweites Vorspannmittel zum Vorspannen des Beschlags, so daß der Beschlag sich in einen vorbestimmten Bereich nahe dem Elektromagneten befindet, wenn der innerhalb des Entlastungs durchlasses herrschende Fluiddruck, der das Ventilelement in einer Öffnungsrichtung vorspannt, nicht größer ist als ein vorbestimmter Wert.

Wenn der innerhalb des Entlastungsdurchlasses herrschende Fluiddruck auf oder unter den vorbestimmten Wert sinkt, wäh rend der Entlastungsdurchlaß offen ist, bewegt das zweite Vorspannmittel den Beschlag in dem vorbestimmten Bereich relativ zu dem Elektromagneten. Daher kann der Beschlag in Richtung auf den Elektromagneten angezogen werden, um den Entlastungsdurchlaß mit dem Ventilelement sogar dann zu schließen, wenn der Elektromagnet eine verhältnismäßig kleine Kapazität besitzt.

Wenn der Elektromagnet demagnetisiert wird, bewegt das erste Vorspannmittel das Ventilelement in Öffnungsrichtung. Die Bewegung des Ventilelements in Öffnungsrichtung wird durch den innerhalb des Entlastungsdurchlasses herrschenden Fluid drucks unterstützt, wenn der Druck desselben vergleichsweise hoch ist, so daß der Beschlag aus dem vorbestimmten Bereich in der Nähe des Elektromagneten heraus gegen die Nachgiebig keit des zweiten Vorspannmittels bewegt wird, um den Entla stungsdurchlaß vollständig zu öffnen. Folglich wird das Hoch druck-Fluid durch den Entlastungsdurchlaß hindurch schnell abgegeben. Somit kann, wenn dieses Solenoidventil als Aus strömventil verwendet wird, eine plötzliche Kraftstoffabgabe erreicht werden.

Die vorstehenden und weitere Aufgaben sowie die Merkmale und die Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt, deutlicher ersichtlich; in den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Kraftstoffeinspritz pumpe mit einem erfindungsgemäßen Solenoidventil als Ausströmventil;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solenoidventils;

Fig. 3 einen vergrößerten Teil-Querschnitt durch das Solenoidventil der Fig. 2 unter Darstellung der Spitze der Ventilnadel und der zugehörigen Berei che des Solenoidventils;

Fig. 4 ein Zeitdiagramm zur Unterstützung bei der Erläu terung der Arbeitsweise des Solenoidventils der Fig. 2;

Fig. 5 einen Querschnitt zur Unterstützung bei der Erläu terung der Arbeitsweise des Solenoidventils der Fig. 2;

Fig. 6 einen Querschnitt zur Unterstützung bei der Erläu terung der Arbeitsweise des Solenoidventils der Fig. 2;

Fig. 7 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungs form des erfindungsgemäßen Solenoidventils;

Fig. 8 einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungs form des erfindungsgemäßen Solenoidventils;

Fig. 9 eine vergrößerte Teil-Ansicht des Solenoidventils der Fig. 8 unter Darstellung der Spitze der Ven tilnadel und des zugehörigen Bereichs des Soleno idventils;

Fig. 10 einen Querschnitt durch eine vierte Ausführungs form des erfindungsgemäßen Solenoidventils;

Fig. 11 einen Querschnitt durch eine fünfte Ausführungs form des erfindungsgemäßen Solenoidventils;

Fig. 12 einen Querschnitt durch eine sechste Ausführungs form des erfindungsgemäßen Solenoidventils und

Fig. 13 einen Querschnitt durch ein bekanntes Solenoidven til.

Erste Ausführungsform

Gemäß Fig. 1, die eine Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem Solenoidventil einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform als Ausströmventil zeigt, besitzt die Kraftstoffeinspritz pumpe eine Pumpeneinheit mit einem Gehäuse 17, eine Antriebs welle 2, die innerhalb des Gehäuses 17 angeordnet und dort drehbeweglich gelagert ist, und eine Plankurvenscheibe 4, die mit der Antriebswelle 2 über eine bekannte Koppelung in Ver bindung steht und eine Nockenfläche aufweist. Die Plankurven scheibe 4 ist mittels einer Feder in Richtung auf Rollen 7 vorgespannt, die an einem Rollenträgerring 9 gelagert sind, so daß die Nockenfläche mit den Rollen 7 in Berührung gehal ten ist. Wenn sich die Antriebswelle 2 dreht, bewegt sich die Plankurvenscheibe 4 periodisch entlang der Achse der Antriebswelle 2 hin und her, nämlich gesehen in Fig. 1 in horizontalen Richtungen. Ein Plunger 6 ist in einem Zylinder 16 verschiebbar aufgenommen, um so in dem Zylinder 16 eine vergrößerbare Druckkammer 15 zu bilden. Der Plunger 6 bewegt sich in axialer Richtung zusammen mit der Plankurvenscheibe 4 hin und her. Wenn sich der Plunger 6 nach vorn bewegt, näm lich in Richtung auf den Boden des Zylinders 16, wird der die Druckkammer 15 auffüllende Kraftstoff unter Druck gesetzt, und fließt der unter Druck gesetzte Kraftstoff durch eine Verteileröffnung 11 und einen Verteilerdurchlaß 21 in ein Einspritzventil 20. Wenn der Plunger 6 zurückgezogen wird, nämlich von dem Boden des Zylinders weg bewegt wird, wird der in einer Niederdruckkammer 18 enthaltene Kraftstoff über einen Saugdurchlaß 19 und eine Saugnut 12 in die Druckkammer 15 eingesaugt.

Die Druckkammer 15 steht mit einem Strömungsdurchlaß in kom munizierender Verbindung, der in dem Ventilkörper 31 des Solenoidventils ausgebildet ist, das an der oberen Fläche des Gehäuses 17 angeordnet ist und das an einer Federkammer 32, die im Ventilkörper 31 ausgebildet ist, mittels eines Hoch druck-Durchlasses 36 angeschlossen ist, der durch das Gehäuse 17 hindurch ausgebildet ist. Ein Niederdruck-Durchlaß 33 ist im Ventilkörper 31 ausgebildet. Der Niederdruck-Durchlaß 33 besitzt ein Ende, das an die Federkammer 32 angeschlossen ist, und ein weiteres Ende, das in die Niederdruck-Kammer 18 einmündet. Eine Sitzfläche 40 ist am oberen Ende der Feder kammer 32 ausgebildet, und eine Ventilnadel 27 ist koaxial zur Sitzfläche 40 angeordnet, um eng auf der Sitzfläche 40 abgesetzt zu werden. Ein zylindrisches Ventilgehäuse 39, das den Ventilkörper 31 enthält, ist fest am oberen Ende des Gehäuses 17 mit Schrauben angeschraubt, und ein oberes Gehäuse 38 ist am offenen oberen Ende des Gehäuses 39 fest angeschraubt, um das offene obere Ende zu verschließen.

Ein elektronischer Regler 22 empfängt ein Zylinderunterschei dungssignal und ein Motorgeschwindigkeitssignal von einem Aufnehmer 10, der in der Lage ist, einzelne Zähne festzustel len, die an einer Signalrolle 3 ausgebildet sind, die an der Antriebswelle 2 angeordnet ist. Der elektronische Pumpenreg ler 22 nimmt auch Signale auf, die die Stellung des Gaspe dals, die Motorkühlwassertemperatur und dergleichen repräsen tieren. Der elektronische Regler 22 bestimmt einen optimalen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und eine geeignete Kraftstoff menge, die in die Brennkammer bei jedem Kraftstoffeinspritz zyklus auf der Basis der Eingangssignale zwangsweise einzu führen ist, und steuert eine Antriebsschaltung 23 für den Antrieb der Spule 25b des Elektromagneten 25, der in dem Solenoidventil enthalten ist.

Gemäß Fig. 2 ist die Ventilnadel 27, bei Betrachtung in Fig. 2, vertikal verschiebbar in einer zentralen Bohrung aufgenom men, die im Ventilkörper 31 ausgebildet ist. Dabei ist ihre verjüngte Spitze der Sitzfläche 40, die eine konische Gestalt besitzt, zugewandt. Die Ventilnadel 27 ist, wie in Fig. 2 ersichtlich ist, nach oben mittels einer Schraubendruckfeder 28 vorgespannt, die innerhalb der Federkammer 32 angeordnet ist. Ein plattenartiger Beschlag 26 ist am oberen Ende der Ventilnadel 27 befestigt. Der Magnetkern 25a und die Spule 25b des Elektromagneten 25 sind in einem nicht magnetischen Statorgehäuse 37 gehalten, das an einer zylindrischen Wand des Ventilkörpers 31 befestigt ist, durch das sich die Ven tilnadel 27 hindurch erstreckt. Wenn die Spule 25b nicht erregt ist, ist der Beschlag 26 mit einem kleinen Spalt zwi schen seiner unteren Fläche und dem oberen Ende des Magnet kerns 25a des Elektromagneten 25 angeordnet. Der den Beschlag 26 enthaltende Raum steht mit der Niederdruck-Kammer 18 über einen Druckausgleichsdurchlaß, nicht dargestellt, in kommuni zierender Verbindung, so daß innerhalb dieses Raums derselbe Druck wie in der Niederdruck-Kammer 18 herrscht. Das obere Ende der Ventilnadel 27, das den Beschlag 26 durchdringt, steht mit dem unteren Ende einer Anschlagstange 29 in Berüh rung, die von der unteren Fläche der oberen Wand des oberen Gehäuses 38 aus nach unten vorsteht. Der T-förmige Kopf der Anschlagstange 29 befindet sich in einer Federkammer, die in der oberen Wand des oberen Gehäuses 38 ausgebildet ist, und eine Schraubendruckfeder 30 ist in der Federkammer angeord net, um zwischen einer Kappe 47, die die Federkammer ver schließt, und dem T-förmigen Kopf der Anschlagstange 29 zu sammengedrückt zu werden, um die Anschlagstange 29 nach unten vorzuspannen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Zustand, bei dem die Spule 25b des Elektromagneten 25 nicht erregt und der Druck des Fluids in den Strömungsdurchlässen 33 und 36 derselbe wie der in der Niederdruck-Kammer 18 ist, beispielsweise 5 atm mißt, mißt der Abstand L₁ zwischen dem oberen Ende des Magnetkerns 25a und der unteren Fläche des Beschlags 26 0,3 mm, während der Abstand L₂ zwischen der obere Fläche des Beschlags 26 und dem unteren Ende eines Ansatzes 48, der in der inneren Fläche der oberen Wand des oberen Gehäuses 38 ausgebildet ist, 0,2 mm mißt, wobei die Vorlast an der Schraubendruckfeder 38 5 kg und die Vorlast an der Schraubendruckfeder 30 11 kg beträgt.

Gemäß Fig. 3, die die Gestalt der Spitze der Ventilnadel 27 im Detail zeigt, ist die Sitzfläche 40 Teil eines Kreiskegels mit einem Scheitelwinkel R₁ von 119° und einem oberen Ende, d. h. einem größeren Ende, das einen Durchmesser d₁ von 8,2 mm aufweist, und besitzt die Ventilnadel 27 einen Durchmesser d₂ von 8,0 mm und eine verjüngte Abdichtfläche 41 mit der Gestalt eines Teils eines Kreiskegels mit einem Scheitelwin kel R₂ von 120°. Wenn die Ventilnadel 27 auf der Sitzfläche 40 aufsitzt, steht der obere Rand 42 der Abdichtfläche 41 der Ventilnadel 27 mit der Sitzfläche 40 in enger Berührung, um die Strömungsdurchlässe 33 und 36 voneinander getrennt zu halten. Der Druck des Kraftstoffs in dem Strömungsdurchlaß 36 wirkt an der Ventilnadel 27 radial wenn die Ventilnadel 27 auf der Sitzfläche 40 aufsitzt, und die Bewegung der Ventil nadel 27 ist daher durch den Druck des Kraftstoffs in dem Strömungsdurchlaß 36 nicht beeinträchtigt.

Die Arbeitsweise des so gestalteten Solenoidventils wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben.

Die Zuführung von Strom zur Spule 25b des Elektromagneten 25 wird zu einem Zeitpunkt (Zeitpunkt a in Fig. 4), der für nach dem Beginn der Vorstellbewegung, nämlich der gesehen in Fig. 1 nach rechts gerichteten Bewegung, des Plungers 6, vorbe stimmt ist, begonnen. Da der Abstand L₁ von 0,3 mm zwischen dem Magnetkern 25a des Elektromagneten 25 und dem Beschlag 26 klein genug ist, daß die von dem Elektromagneten 25 erzeugte magnetische Kraft auf den Beschlag 26 wirkungsvoll einwirkt, wird der Beschlag 26 immer in Richtung auf den Elektromagne ten 25 angezogen. Folglich nimmt der Hub der Ventilnadel 27 auf 0 mm ab, d. h. die Abdichtfläche 41 der Ventilnadel 27 kommt zur engen Berührung mit der Sitzfläche 40, um die Strö mungsdurchlässe 33 und 36 voneinander zu trennen, wie in Fig. 5 dargestellt ist. In diesem Zustand mißt der Abstand L₁ 0,1 mm. Wenn sich der Plunger 6 weiter nach vorn bewegt, nimmt der Druck des Kraftstoffs innerhalb der Druckkammer 15 zu, und wird der Hochdruck-Kraftstoff wird über den Verteiler durchlaß 21 dem Kraftstoffeinspritzventil 20 zugeführt. Bei Zunahme des Drucks des Hochdruck-Kraftstoffs über einen vor bestimmten Wert beginnt das Kraftstoffeinspritzventil 20, den Hochdruck-Kraftstoff einzuspritzen.

Nachdem eine vorbestimmte, gemessene Kraftstoffmenge einge spritzt worden ist, wird die Zuführung von Strom zu der Spule 25b des Elektromagneten 25 zu einem Zeitpunkt b (Fig. 4) un terbunden, und wird dann die Ventilnadel 27 mittels der Nach giebigkeit der Schraubendruckfeder 28 angehoben, um die Strö mungsdurchlässe 33 und 36 über die Druckkammer 32 miteinander kommunizierend zu verbinden. Dann fließt der Hochdruck-Kraft stoff durch den Strömungsdurchlaß 36 in die Federkammer 32, um die Ventilnadel 27 nach oben zu drücken, und folglich bewegt sich die Ventilnadel 27 weiter nach oben, um die Anschlagstange 29 nach oben gegen die Nachgiebigkeit der Schraubendruckfeder 30 zu drücken, nachdem das obere Ende der Ventilnadel 27 mit der Anschlagstange 29 in Berührung gebracht worden ist, bis die obere Fläche des Beschlags 26 mit der unteren Fläche des an der inneren Fläche der oberen Wand des oberen Gehäuses 38 ausgebildeten Ansatzes 48 gemäß Darstellung in Fig. 6, in Berührung kommt. In diesem Zustand mißt der Hub der Ventilnadel 27 0,4 mm, und ist ein ausrei chend großer Spalt zwischen der Sitzfläche 40 und der Abdichtfläche 41 des Nadelventils 27 sichergestellt, daß der Hochdruck-Kraftstoff schnell ausströmt. Anschließend sinkt der Druck des Kraftstoffs in der Druckkammer 15 schnell ab, um die Kraftstoffeinspritzung mittels des Kraftstoffein spritzventils 20 plötzlich zu unterbinden.

Wenn der Druck des Kraftstoffs in den Strömungsdurchlässen 33 und 36 absinkt, bewegt sich die Anschlagstange 29 infolge der Nachgiebigkeit der Schraubendruckfeder 30 nach unten, um den Beschlag 26 nach unten zu der Stellung, die in Fig. 2 darge stellt ist, zu drücken, in der der Beschlag 26 vor Beginn des Kraftstoffeinspritzzyklus anzuordnen ist.

Da sich der Beschlag sehr nahe bei dem Elektromagneten 25 vor Beginn des Kraftstoffeinspritzzyklus befindet, bei dem sich der Druck des Kraftstoffs in den Strömungsdurchlässen auf einem niedrigen Level befindet, ist der Elektromagnet, wenn er erregt wird in der Lage, den Beschlag 26 sicher anzuzie hen, um die zuverlässige Schließwirkung der Ventilnadel 27 auf den Strömungsdurchlaß zu gewährleisten, und zwar sogar dann, wenn die Kapazität des Elektromagneten 25 verhältnismä ßig klein ist. Wenn der Elektromagnet 25 entmagnetisiert wird, um den Beschlag 26 freizugeben, wird die Bewegung der Ventilnadel 27 von der Sitzfläche 40 weg, was durch die Druckfeder 28 verursacht wird, durch den Druck des Kraft stoffs unterstützt, so daß sich die Ventilnadel 27 abhebt, wodurch die Anschlagstange 29 angehoben und eine ausreichende Trennung von der Sitzfläche stattfindet. Entsprechend kann die Kraftstoffeinspritzung scharf unterbunden werden.

Die Schraubendruckfedern 28 und 30 können durch elastische Gummiteile ersetzt werden.

Zweite Ausführungsform

Gemäß Fig. 7 ist das Solenoidventil bei der zweiten erfin dungsgemäßen Ausführungsform mit einer Ventilnadel 51 ausge stattet, deren Schaft kleiner als der der Ventilnadel 27 der ersten Ausführungsform ist. Eine Drückstange 53 mit einem vergleichsweise kleinem Durchmesser ist axial verschiebbar in der zentralen Axialbohrung des Elektromagneten 25 eingesetzt, dessen unteres Ende mit dem oberen Ende Ventilnadel 51 in Berührung steht, und der Beschlag 26 ist am oberen Ende der Drückstange 53 befestigt. In erregtem Zustand zieht der Elek tromagnet 25 den Beschlag 26 an, um die Ventilnadel 51 mit tels der Drückstange 53 nach unten zu drücken, damit die Strömungsdurchlässe 33 und 36 voneinander getrennt werden, wie in Fig. 7 dargestellt ist. Da die Gesamtmasse der Ventil nadel 51 und der Drückstange 53 kleiner ist als die Masse der Ventilnadel 27 der ersten Ausführungsform, ist die Reaktion des Solenoidventils der zweiten Ausführungsform für die Öff nungs- und Schließvorgänge schneller als diejenige des Sole noidventils der ersten Ausführungsform.

Dritte Ausführungsform

Gemäß Fig. 8 ist das Solenoidventil der dritten erfindungsge mäßen Ausführungsform nicht mit irgendwelchen Mitteln wie den Schraubendruckfedern 28 der vorausgehenden Ausführungsformen in einer Kammer 32 ausgestattet, die den Federkammern 32 der vorausgehenden Ausführungsformen entspricht. Dieses Solenoid ventil macht Gebrauch von einer Ventilnadel 27 mit einer Spitze, die in ihrer Gestalt gemäß Darstellung in Fig. 9 als erstes Vorspannmittel ausgebildet ist. Gemäß Darstellung in Fig. 9 besteht die Abdichtfläche der Spitze der Ventilnadel 27 aus einer oberen konischen Fläche 27a, die Teil eines Kreiskegels mit einem Scheitelwinkel R₃ kleiner als der Scheitelwinkel R₁ eines Kreiskegels ist, der eine Sitzfläche bildet, und aus einer unteren konischen Fläche, die Teil eines Kreiskegels mit einem Scheitelwinkel R₂ ist. Wenn ein hoher Druck P des Kraftstoffs auf die obere konische Fläche 27a einwirkt, während die Ventilnadel 27 auf der Sitzfläche aufsitzt, herrscht eine nach oben gerichtete Kraft von π _* (d₂ ² - d₃ ³) _* P/4, wobei d₂ der Durchmesser des oberen Endes der oberen konischen Fläche 27a gleich dem Durchmesser der Ventilnadel 27 ist und d₃ der Durchmesser des unteren Endes der oberen konischen Fläche 27a ist, an der Ventilnadel 27, so daß sich die Ventilnadel 27 infolge dieser Kraft nach oben bewegt, wenn der Elektromagnet 25 demagnitisiert wird.

Da sich die Ventilnadel 27 von der Sitzfläche unter der Ein wirkung des Hochdruck-Kraftstoffs wegbewegt, kann die Ventil nadel 27 nach unten direkt mittels einer Schraubendruckfeder 50 vorgespannt werden, um den Beschlag 26 gemäß Darstellung in Fig. 8 in einem Bereich nahe bei dem Magnetkern 25a des Elektromagneten 25 vor Beginn des Kraftstoffeinspritzzyklus anzuordnen. Somit benötigt dieses Solenoidventil weniger Bau teile als die Solenoidventile der vorausgehenden Ausführungs formen, und zeigt dieses Solenoidventil einen einfachen Auf bau. Wenn die Ventilnadel 27 der ersten Ausführungsform mit einer konischen Fläche wie der oberen konischen Fläche 27a der Ventilnadel 27 der dritten Ausführungsform ausgestattet ist, kann die Vorlast an der Schraubendruckfeder 28 verrin gert werden.

Vierte Ausführungsform

Gemäß Fig. 10 ist das Solenoidventil der vierten erfindungs gemäßen Ausführungsform mit einer Ventilnadel 54 zur Unter brechung eines Hochdruck-Strömungsdurchlasses 36 ausgestat tet, und ein Niederdruck-Strömungsdurchlaß 61 erstreckt sich durch eine Wand hindurch, an der die Sitzfläche 60 ausgebil det ist. Wenn sich die Ventilnadel 54 abhebt, kommt eine Abdichtfläche 59, die am Umfang eines erweiterten Teils der Ventilnadel 54 ausgebildet ist, mit der Sitzfläche 60 in enge Berührung, um die Strömungsdurchlässe 36 und 61 voneinander zu trennen.

Ein Elektromagnet 58 ist oberhalb eines Beschlags 55 angeord net, der am oberen Ende der Ventilnadel 54 befestigt ist, und an einem zentralen Ansatz angebaut, der von der inneren Flä che der oberen Wand eines oberen Gehäuses 66 aus nach unten vorsteht. Der Beschlag 55 ist zusammen mit der Ventilnadel 54 mittels einer Schraubendruckfeder 57 nach unten vorgespannt, die sich innerhalb des zentralen Ansatzes des oberen Gehäuses 66 befindet. Wenn der Elektromagnet magnetisiert wird, wird der Beschlag 55 zusammen mit der Ventilnadel 54 in Richtung auf den Elektromagneten 58 angezogen, so daß die Abdichtflä che 59 der Ventilnadel 54 mit der Sitzfläche 60 in enge Berührung kommt, um die Strömungsdurchlässe 36 und 61 vonein ander zu trennen. Eine Anschlagstange 62 ist innerhalb einer Bohrung, die in dem Ventilkörper 56 unterhalb der Ventilnadel 54 ausgebildet ist, angeordnet und mittels einer Schrauben druckfeder 53 nach oben vorgespannt, so daß ihr oberes Ende mit dem unteren Ende der Ventilnadel 54 in Berührung steht, die innerhalb des Niederdruck-Strömungsdurchlasses 61 ange ordnet ist, während der Elektromagnet 58 nicht magnetisiert ist.

In einem Zustand, bei dem Kraftstoff-Niedrigdruck innerhalb der Strömungsdurchlässe 36 und 61 herrscht, ist die Anschlagstange 62 nach oben vorgespannt, um die Ventilnadel 54 um eine vorbestimmte Strecke anzuheben, so daß der Beschlag 55 nahe bei dem Elektromagneten 58 angeordnet ist.

Entsprechend wird ein ausreichend intensives Magnetfeld auf den Beschlag 55 zur Einwirkung gebracht, und kann die Ventil nadel 54 sicher zu einer Schließstellung bewegt werden, wenn der Elektromagnet 58 magnetisiert wird.

Wenn der Elektromagnet 58 entmagnetisiert wird, nachdem der Kraftstoffdruck, der in dem Hochdruck-Strömungsdurchlaß 36 herrscht, auf eine vorbestimmte Größe angestiegen ist, wird die Ventilnadel 54 durch die kombinierte Wirkung der Nachgie bigkeit der Schraubendruckfeder 57 und des Kraftstoffdrucks nach unten bewegt, um die Strömungsdurchlässe 36 und 61 zu verbinden. Die Ventilnadel 54 wird somit nach unten bewegt, was die Anschlagstange 62 nach unten drückt, bis das untere Ende der Ventilnadel 54 mit einem Ansatz 65 in Berührung kommt, der an der inneren Fläche des Ventilkörpers 56 ausge bildet ist, wie in Fig. 10 dargestellt ist, so daß ein aus reichend weiter Raum zwischen der Abdichtfläche 59 und der Sitzfläche 60 ausgebildet ist. Folglich kann die Kraftstoff einspritzung plötzlich unterbunden werden.

Fünfte Ausführungsform

Gemäß Fig. 11 ist das Solenoidventil der fünften erfindungs gemäßen Ausführungsform zur Unterbrechung der Strömungsdurch lässe 36 und 71 mit einer Ventilnadel 27 ausgestattet, die in der Schließrichtung mittels einer Schraubendruckfeder 50 vor gespannt ist. Die Vorlast an der Schraubendruckfeder 50 beträgt beispielsweise 6 kg. Eine Anschlagstange 73 ist in einem unter der Ventilnadel 27 angeordneten Abstandsstück 70 untergebracht und mittels einer Schraubendruckfeder 72 nach oben vorgespannt, so daß das obere Ende derselben mit der Spitze der Ventilnadel 27 in Berührung steht. Die Vorlast an der Schraubendruckfeder 72 beträgt beispielsweise 11 kg. Die Schraubendruckfeder 72 spannt die Ventilnadel 27 über die Anschlagstange 73 in der Öffnungsrichtung vor. Wenn der Hub der Ventilnadel 27 über 0,2 mm hinaus zunimmt, wird die Ven tilnadel 27 von der Anschlagstange 73 getrennt, und wirkt die Vorspannkraft der Schraubendruckfeder 72 nicht auf die Ven tilnadel 27.

In einem Zustand, bei dem der Elektromagnet 25 nicht magneti siert ist und der in den Strömungsdurchlässen 36 und 71 herr schende Kraftstoffdruck gleich dem innerhalb der Niederdruck- Kammer 18 herrschenden Kraftstoffdruck, beispielsweise 5 atm, ist, mißt der Abstand L₃ zwischen dem Magnetkern 25a des Elektromagneten 25 und der unteren Fläche des an dem oberen Ende der Ventilnadel 27 befestigten Beschlags 26 0,3 mm und der Abstand L₄ zwischen der oberen Fläche des Beschlags 26 und einem an der inneren Fläche der oberen Wand des oberen Gehäuses 38 ausgebildeten Ansatzes 48 0,2 mm. Wenn die Spule 25b des Elektromagneten 25 erregt wird, wird der Beschlag 26 in Richtung auf den Elektromagneten 25 angezogen, um die Ven tilnadel 27 nach unten zu bewegen, so daß die Abdichtfläche 41 der Ventilnadel 27 mit der Sitzfläche 40 in enge Berührung kommt, um die Strömungsdurchlässe 36 und 71 voneinander zu trennen. In diesem Zustand mißt der Abstand L₃ 0,1 mm.

Bei Beendung der Erregung der Spule 25b des Elektromagneten 25 wird die Ventilnadel 27 mittels der Nachgiebigkeit der Schraubendruckfeder 72 angehoben, um die Strömungsdurchlässe 36 und 71 miteinander zu verbinden. Folglich strömt der Hoch druck-Kraftstoffin einen Strömungsdurchlaß 74 unter der Ven tilnadel 27, um die Ventilnadel 27 gegen die Nachgiebigkeit der Schraubendruckfeder 50 nach oben zu drücken, bis der Beschlag 26 mit dem an der inneren Fläche des oberen Gehäuses 38 ausgebildeten Ansatz 48 in Berührung kommt. In diesem Zustand mißt der Hub des Ventilnadel 27 0,4 mm.

Das Solenoidventil der fünften Ausführungsform ist gegenüber dem Solenoidventil der ersten Ausführungsform unter den nach folgend angegebenen Aspekten vorteilhaft.

Während die Vorlast an der Schraubendruckfeder 28 des Solenoidventils der ersten Ausführungsform mit Hilfe von Bei lagscheiben oder dergleichen, nicht dargestellt, eingestellt werden kann, so daß die Ventilnadel 27 auf der Sitzfläche 40 aufsitzt, wenn ein Strom I₃ (A) der Spule 25b des Elektromag neten 25 zugeführt wird, kann die Vorlast an der Schrauben druckfeder 30 des Solenoidventils der ersten Ausführungsform nicht in einer solchen Weise eingestellt werden.

Dagegen können bei der fünften Ausführungsform sowohl die Vorlast an der Schraubendruckfeder 50 als auch die Vorlast an der Schraubendruckfeder 72 auf geeignete Werte eingestellt werden, indem zuerst die Vorlast an der Schraubendruckfeder 72 in einem Zustand, bei dem die Schraubendruckfeder 50 ent fernt ist, so eingestellt wird, daß Ventilnadel 27 auf der Sitzfläche 40 aufsitzt, wenn ein Strom I₂ (A) der Spule 25b des Elektromagneten 25 zugeführt wird, und indem zweitens die Vorlast an der Schraubendruckfeder 50 so eingestellt wird, daß die Ventilnadel 27 auf der Sitzfläche 40 aufsitzt, wenn ein Strom I₃ (A) der Spule 25b des Elektromagneten 25 zuge führt wird.

Sechste Ausführungsform

Gemäß Fig. 12 ist das Solenoidventil sechsten erfindungsgemä ßen Ausführungsform mit einer Kappe 47 mit einem Vorsprung 75 ausgestattet, der von der inneren Fläche der oberen Wand der selben aus vorsteht. Die Aufgabe des Vorsprungs 75 entspricht der des Ansatzes 48, der an der inneren Fläche der oberen Wand des oberen Gehäuses 38 des Solenoidventils der ersten Ausführungsform ausgebildet ist.

In einem Zustand, bei dem der Elektromagnet 25 nicht magneti siert ist und der in den Strömungsdurchlässen 23, 33 und 36 herrschende Kraftstoffdruck gleich dem in der Niederdruck- Kammer 18 herrschenden Kraftstoffdruck (5 atm) ist, mißt der Abstand L₅ zwischen dem oberen Ende des Magnetkerns 25a des Elektromagneten 25 und der unteren Fläche des an dem oberen Ende der Ventilnadel 27 befestigen Beschlags 26 0,3 mm und der Abstand L₆ zwischen dem Ende des Vorsprungs 75 der Kappe 47 und der Anschlagstange 29 0,2 mm. Bei der sechsten Ausfüh rungsform beträgt die Vorlast an der Schraubendruckfeder 28 5 kg und die Vorlast an der Schraubendruckfeder 30 11 kg.

Wenn die Spule 25b des Elektromagneten 25 erregt wird, wird der Beschlag 26 in Richtung auf den Elektromagneten 25 ange zogen, um die Strömungsdurchlässe 33 und 36 voneinander zu trennen, indem die an dem unteren Ende der Ventilnadel 27 ausgebildete Abdichtfläche 41 mit der Sitzfläche 40 in enge Berührung gebracht wird. In diesem Zustand mißt der Abstand L₅ 0,1 mm.

Wenn die Erregung der Spule 25b des Elektromagneten 25 beendet wird, wird die Ventilnadel 27 infolge der Nachgiebig keit der Schraubendruckfeder 28 angehoben, um die Strömungs durchlässe 33 und 36 miteinander zu verbinden, und fließt folglich Hochdruck-Kraftstoff in die Federkammer 32. Der Hochdruck-Kraftstoff hebt die Ventilnadel 27 weiter gegen die Nachgiebigkeit der Schraubendruckfeder 30 an, nachdem die Ventilnadel 27 mit der Anschlagstange 29 in Berührung gekom men ist, bis die Anschlagstange 29 durch den Vorsprung 75 der Kappe 47 angehalten wird.

Das Solenoidventil der sechsten Ausführungsform ist gegenüber dem Solenoidventil der ersten Ausführungsform unter dem nach folgend angegebenen Aspekt vorteilhaft.

Bei der ersten Ausführungsform trennt die Anschlagstange 29 sich von der Ventilnadel 27 infolge ihrer Trägheit, und bewegt sie sich weiter nach oben, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, nachdem die Ventilnadel 27 durch den an der inneren Flä che der oberen Wand des oberen Gehäuses 38 ausgebildeten Ansatz 48 angehalten worden ist; und danach bewegt sich die Anschlagstange 29 infolge der Nachgiebigkeit der Schrauben druckfeder 30 nach unten, und drückt sie sich die Ventilnadel 27 nach unten. Wenn der Kraftstoffdruck in der Federkammer 32 nicht ausreichend hoch ist, besteht daher die Möglichkeit, daß der Hub der Ventilnadel 27 für einen Augenblick abnimmt. Dagegen wird bei der sechsten Ausführungsform die Anschlagstange 29 durch den Vorsprung 75 der Kappe 47 ange halten, wenn die Ventilnadel 27 zum maximalen Hub angehoben ist, und ist damit die Anschlagstange 29 nicht mehr in der Lage, sich von der Ventilnadel 27 zu trennen. Somit kann die Ventilnadel 27 bei maximalem Hub gesichert werden.

Das Solenoidventil der Erfindung ist in seiner praktischen Anwendung nicht auf die Verwendung in Kombination mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe des Plankurvenscheibentyps be schränkt; das erfindungsgemäße Solenoidventil ist auch zur Verwendung in Kombination mit Kraftstoffeinspritzpumpen des Innennockentyps, mit Leitungs-Kraftstoffeinspritzpumpen und anderen Einrichtungen als Kraftstoffeinspritzpumpen verwend bar.

Obwohl die Erfindung in ihrer bevorzugten Form mit einem bestimmten Besonderheitsgrad beschrieben worden ist, sind selbstverständlich viele Änderungen und Abänderungen möglich. Es ist daher zu beachten, daß die vorliegende Erfindung anders als hier im besonderen beschrieben, ausgeführt werden kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Solenoidventil mit einem Entlastungsdurchlaß, mittels dessen eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite mitein ander in kommunizierender Verbindung stehen, gekennzeichnet durch
ein Ventilelement (27), das in einer Vorstellrichtung beweg bar ist, damit es in den Entlastungsdurchlaß hinein vorbeweg bar ist, um die Hochdruckseite (36) und die Niederdruckseite (33) voneinander zu trennen, und das in einer Rückstellrich tung bewegbar ist, damit es aus dem Entlastungsdurchtritt heraus zurückziehbar ist, um die Hochdruckseite (36) und die Niederdruckseite (33) miteinander zu verbinden,
ein erstes Vorspannmittel (28) zum Vorspannen des Ventilel ements (27) in der Rückstellrichtung,
einen am hinteren Ende des Ventilelements (27) befestigten Beschlag (26),
einen Elektromagneten (25) mit einer Spule (25b), der den Beschlag (26) anziehen kann, wenn die Spule (25b) erregt wird, um die Hochdruckseite (36) und die Niederdruckseite (33) voneinander zu trennen, indem das Ventilelement (27) in den Entlastungsdurchlaß hinein gegen die Vorspannkraft des ersten Vorspannmittels (28), das das Ventilelement (27) in der Rückstellrichtung vorspannt, vorbewegt wird, und
ein zweites Vorspannmittel (30) zum Halten des Beschlags (26) in einem vorbestimmten Bereich nahe dem Elektromagneten (25) gegen die Vorspannkraft des das Ventilelement (27) in der Rückstellrichtung vorspannenden ersten Vorspannmittels (28), wenn die Erregung der Spule (25b) des Elektromagneten (25) beendet wird.

2. Solenoidventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Vorspannmittel eine Anschlagstange (29) umfaßt, die in Richtung auf das Ventilelement (27) vorsteht und dieses vorspannt, um mit dem Ventilelement (27) in Berüh rung zu stehen, um die Bewegung des Ventilelements (27) in der Rückstellrichtung zu steuern, und die in der Bewegungs richtung des Ventilelements (27) bewegbar ist, wobei die Anschlagstange (29) den Beschlag (26) in dem vorbestimmten Bereich anordnet, wenn sie in Richtung auf das Ventilelement (27) in einem maximalen Ausmaß vorsteht.

3. Solenoidventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Vorspannmittel (63) eine Anschlagstange (62) umfaßt, die in Richtung auf das Ventilelement (54) vorsteht und dieses vorspannt, um mit dem Ventilelement (54) in Berüh rung zu stehen, um die Bewegung des Ventilelements (54) in der Vorstellrichtung zu steuern, und die in der Bewegungs richtung des Ventilelements (54) bewegbar ist, wobei die Anschlagstange (62) den Beschlag (55) in dem vorbestimmten Bereich anordnet, wenn sie in Richtung auf das Ventilelement (54) in einem maximalen Ausmaß vorsteht, und daß das zweite Vorspannmittel (57) das Ventilelement (54) mit der Anschlagstange (62) in Berührung hält, die in einem maximalen Ausmaß zu der Stellung des Beschlags (55) in dem vorbestimm ten Bereich vorsteht, wenn der Elektromagnet (58) entmagneti siert wird.

4. Solenoidventil gekennzeichnet durch ein Gehäuse (38) in der Gestalt eines Zylinders mit einem geschlossenen Ende,
ein zylindrisches Führungsteil (37), das innerhalb des Gehäu ses (38) angeordnet ist,
einen Elektromagneten (25) mit einem rund um das zylindrische Führungsteil (37) gewickelten Solenoid (25b),
einen mit einem Fluiddurchlaß (33, 36) und einem in dem Fluiddurchlaß (33, 36) ausgebildeten Ventilsitz (40) ausge statteten Ventilkörper (31),
ein axial verschiebbar in einer Bohrung des zylindrischen Führungsteils (37) aufgenommenes Ventilelement (27), das mit einem Ende an einem Beschlag (26), der mittels des Elektroma gneten (25) anziehbar ist, befestigt ist und dessen als Abdichtfläche (41) ausgebildetes anderes Ende mit dem Ventil sitz (40) des Ventilkörpers (31) in enge Berührung bringbar ist, wenn das Solenoid (25b) erregt wird, um den Fluiddurch laß (33, 36) zu schließen,
ein erstes Vorspannmittel (28) zum Vorspannen des Ventilel ements (27) in einer Rückstellrichtung zum Öffnen des Fluid durchlasses (33, 36) und
eine Anschlagstange (29), die axial bewegbar in einer koaxial zu dem Ventilelement (27) in der Bodenwand des Gehäuses (38) ausgebildeten Bohrung untergebracht und in Richtung auf das Ventilelement (27) vorspannbar ist, um um eine bestimmte Strecke von der Bodenwand des Gehäuses (38) in Richtung auf das Ventilelement (27) vorzustehen und mit dem Ventilelement (27) in Berührung zu stehen, um den an dem Ventilelement (27) befestigten Beschlag (26) in einem vorbestimmten Bereich nahe dem Elektromagneten (25) gegen die Vorspannkraft des ersten Vorspannmittels (28) anzuordnen, wenn der Elektromagnet (25) entmagnetisiert wird.

5. Solenoidventil gekennzeichnet durch ein zylindrisches Führungsteil,
einen Elektromagneten (58) mit einem rund um das zylindrische Führungsteil gewickelten Solenoid,
einen mit einem Fluiddurchlaß (61, 36) und einem in dem Fluiddurchlaß (61, 36) ausgebildeten Ventilsitz (60) ausge statteten Ventilkörper (56),
ein axial verschiebbar in einer Bohrung des zylindrischen Führungsteils aufgenommenes Ventilelement (54), das mit einem Ende an einem Beschlag (55) befestigt ist, der mittels des Elektromagneten (58) anziehbar ist, und dessen als Abdicht fläche (59) ausgebildetes anderes Ende mit dem, Ventilsitz (60) des Ventilkörpers (54) in enge Berührung bringbar ist, wenn das Solenoid erregt wird, um den Fluiddurchlaß (61, 36) zu schließen,
ein zweites Vorspannmittel (57) zum Vorspannen des Ventilel ements (54) in eine Vorstellrichtung zum Öffnen des Fluid durchlasses (61, 36) und
eine Anschlagstange (62), die axial bewegbar in einer koaxial zu dem Ventilelement (54) in der Bodenwand des Gehäuses aus gebildeten Bohrung untergebracht und in Richtung auf das Ven tilelement (54) vorspannbar ist, um um eine bestimmte Strecke von dem Ventilkörper (56) in Richtung auf das Ventilelement (54) vorzustehen und mit dem Ventilelement (54) in Berührung zu stehen, um den an dem Ventilelement (54) befestigten Beschlag (55) in einem vorbestimmten Bereich nahe dem Elek tromagneten (58) gegen die Vorspannkraft des zweiten Vor spannmittels (57) anzuordnen, wenn der Elektromagnet (58) entmagnetisiert wird.

6. Solenoidventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Anschlagstange (62) in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung, in der die Anschlagstange (62) von der Bodenwand des Gehäuses aus vorsteht, mittels einer Regeleinrichtung (22) regelbar ist.

7. Solenoidventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich des Fluiddurchlasses an einer Seite der Abdichtfläche des Ventilelements mit einer Hochdruckseite und ein weiterer Bereich des Fluiddurchlasses an der anderen Seite der Abdichtfläche des Ventilelements mit einer Nieder druckseite in Verbindung stehen, daß das Hochdruck-Fluid von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite strömen kann, wenn das Ventilelement von dem Ventilsitz abgehoben ist, und das erste Vorspannmittel eine an dem Ventilelement ausgebildete Druckaufnahmefläche ist, die der Abdichtfläche des Ventilel ements benachbart ist, so daß das Hochdruckfluid auf diese wirkt, um das Ventilelement in der Rückstellrichtung vorzu spannen.