DE3834445A1

DE3834445A1 - Elektromagnetisches einspritzventil mit kippanker

Info

Publication number: DE3834445A1
Application number: DE3834445A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Mesenich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-10-10
Filing date: 1988-10-10
Publication date: 1990-04-12
Also published as: EP0454675A1; EP0454675B1; KR960010293B1; DE68908423D1; KR900702218A; US5115982A; DE68908423T2; WO1990004097A1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil in Miniaturbauweise, das zur Einspritzung von Kraftstoff in das Saugrohr von Verbrennungskraftmaschinen dient. Der Kraftstoffdruck beträgt vorzugsweise 1-4 bar.

Aufgabenstellung und Stand der Technik

Zur Einspritzung von Kraftstoff in das Saugrohr von Verbrennungsmotoren sind bereits eine Vielzahl von elektromagnetischen Einspritzventilen bekannt. Bei diesen Einspritzventilen wird eine hohe Zumeßgenauigkeit angestrebt. Die angestrebten Zumeßgenauigkeiten können nur mit sehr kurzen Anzugs- und Abfallzeiten erreicht werden. Die Anzugs- und Abfallzeiten der besten bekannten Ventile betragen abhängig von der Impedanz des Elektromagneten 0,5-1,5 ms. Die erforderlichen kurzen Anzugszeiten sollen mit möglichst geringer elektrischer Leistung erzielt werden. Weiterhin wird die Zumeßgenauigkeit durch Ankerprellen erheblich vermindert.

Die bekannten Ventile besitzen üblicherweise einen rotationssymmetrischen Aufbau. Der Anker dieser Ventile ist in der Zentralachse des Ventils angeordnet und betätigt einen Ventilschließkörper, der meistens nadelförmig ausgebildet ist. Der magnetische Rückschluß erfolgt üblicherweise über ein metallisches Gehäuse, das sowohl den Magnetpol als auch den Ventilsitz trägt. Der Außendurchmesser derartiger Ventile beträgt in der Regel 20-25 mm. Die Ankermasse beträgt ca. 1-4 g. Um das Ankerprellen zu vermindern und um kurze Stellzeiten zu erzielen, besitzen die üblichen Einspritzventile nur einen sehr geringen Hub. Der Hub von modernen Einspritzventilen beträgt 0,05-0,1 mm. Um unzulässige Durchflußschwankungen zu verhindern, ist bei den üblichen Ventilen eine außerordentlich hohe Fertigungspräzision erforderlich. Weiterhin erfordern die bekannten Ventile eine aufwendige Kalibrierung.

Ziel der Erfindung ist ein sehr schnelles, prellarmes Kraftstoffeinspritzventil mit geringem elektrischen Energieverbrauch.

Erfindungsgemäßes Einspritzventil

Das erfindungsgemäße Einspritzventil besitzt abweichend von den üblichen Ausführungen einen Kippanker. Der Kippanker besitzt ein sehr geringes Gewicht, das in der Regel ca. 0,3 g beträgt. Die geringe Ankermasse ermöglicht schnelle Stellbewegungen. Das Einspritzventil besteht überwiegend aus Kunststoffmaterial und ist daher besonders kostengünstig zu fertigen. Das Einspritzventil besitzt außerordentlich geringe Abmessungen, wobei der Außendurchmesser im Bereich des Magnetkreises nur ca. 10-12 mm beträgt. Das Ventil ist dadurch den verschiedenartigsten Einbaubedingungen leicht anzupassen.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Ventils ist in Fig. 1 dargestellt. Das Ventil wird im folgenden anhand von Fig. 1 näher erläutert:

Der Magnetkreis des Ventils gemäß Fig. 1 besteht aus dem Kippanker 109, dem Magnetpol 108 und dem Rückschlußrohr 107. Die Teile des Magnetkreises bestehen aus ferromagnetischem Material. Als Material kommt vorzugsweise Edelstahl mit ca. 12% Chromgehalt infrage, der einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand und eine relativ hohe Sättigungsflußdichte aufweist. Der flache Magnetpol 108 ist auf dem Ventilträger 110 beispielsweise durch Laserschweißung oder Vernietung befestigt. Der Ventilträger 110 besteht aus nicht magnetisierbarem Werkstoff. Als Werkstoff für den Ventilträger 110 wird vorzugsweise austenitischer Edelstahl mit möglichst hohem spezifischen Widerstand verwendet. Die Fläche des Arbeitspols beträgt vorzugsweise ca. 2-4 mm² und ist damit erheblich geringer als bei den üblichen Einspritzventilen. Als Arbeitspolfläche wird hierbei die vom Anker 109 überdeckte Fläche des Magnetpols 108 verstanden. Der Arbeitspol des Magnetkreises befindet sich etwa in der Mitte der Magnetspule 106. Bei einer solchen zentralen Anordnung des Arbeitspols kann trotz der sehr geringen Arbeitspolfläche ein ausreichend hoher elektromagnetischer Wirkungsgrad erzielt werden. Bei nicht zentraler Lage des Arbeitspols kommt es wegen Streuung der magnetischen Feldlinien zu einer starken Verminderung des elektromagnetischen Wirkungsgrades. Die Breite des Ankers 109 und des Pols 108 beträgt vorzugsweise ca. 3-4 mm, die Dicke dieser Teile beträgt in der Regel deutlich weniger als 1 mm (vorzugsweise 0,6-0,8 mm).

Der Ventilträger 110 ist in die Nut 122 des Ventilgehäuses 101 eingeschoben. Die Rückseite des Ventilgehäuses 101 ist mit dem Gehäuseoberteil 102 verbunden. Das Ventilgehäuse 101 und das Gehäuseoberteil 102 bestehen aus Kunststoffmaterial, das elektrisch und magnetisch nichtleitend ist. Die Verbindung der Gehäuseteile erfolgt vorzugsweise durch Ultraschallschweißung.

Die Magnetspule 106 ist unmittelbar auf das Ventilgehäuse 101 aufgewickelt. Die Magnetspule 106 besitzt abhängig von der verwendeten Ansteuerschaltung und der verlangten Arbeitsgeschwindigkeit des Ventils ca. 400-1000 Windungen. Die Magnetspule 106 ist mit den Kontaktstiften 103 verbunden.

Der Kippanker 109 ist im Bereich der Lagerung 120 abgewinkelt. Im Drehpunkt des Ankers 109 befindet sich ein Führungsstift 111, der in den Ventilträger 110 eingepreßt ist. Auf dem Ventilträger befindet sich am vorderen Ende der Ventilsitz 117. Der Durchmesser des Ventilsitzes beträgt vorzugsweise ca. 1-2 mm. Der Ventilsitz wird bei nicht erregtem Magnetkreis durch den Ventilschließkörper 115 verschlossen. Der Ventilschließkörper besteht vorzugsweise aus elastischem Kunststoff wie beispielsweise PTFE (Handelsname Teflon).

Der Anker 109 wird durch die Rückstellfeder 114 auf den Ventilträger 110 gepreßt. Unterhalb des Ankers 109 befindet sich im Bereich der Rückstellfeder 114 ein Anschlag 113, auf dem der Anker in Ruhelage aufliegt. Durch diesen Anschlag 113 werden unzulässige Durchbiegungen des Ankers unter Einwirkung der Federkraft in Ruhelage vermieden. Derartige Durchbiegungen würden zu Undichtigkeiten des Ventils im Bereich des Ventilsitzes 117 führen. Der Ventilträger 110 besitzt eingeprägte Taschen, so daß der Anker 109 lediglich im Bereich der Ankerlagerung 120, des Ventilsitzes 117 und des Federanschlags 113 bei nicht erregtem Magnetkreis zur Anlage auf dem Ventilträger 110 kommt. Die eingeprägten Taschen sind unbedingt erforderlich, um hydraulisches Kleben des Ankers zu vermeiden. Die Tiefe der Taschen braucht 0,01-0,02 mm nicht zu überschreiten. Bei einer derart geringen Tiefe der Taschen kann eine erwünschte Dämpfung der Ankerrückstellbewegung erzielt werden. Die Rückstellfeder 114 ist auf dem Justierbolzen 116 gelagert. Die Federvorspannung wird durch Verschieben des Justierbolzens 116 eingestellt. Hierdurch erfolgt in bekannter Weise die dynamische Kalibrierung des Ventils. Unterhalb des Ventilsitzes 117 ist der Zerstäuber 118 angeordnet. Auf dem Zerstäuber 118 befindet sich der Dichtring 119. Die Kraftstoffzufuhr erfolgt durch die Bohrungen 123 im oberen Teil des Ventilgehäuses 102. Das Ventil ist durch die Dichtringe 104 und 105 gegenüber der nicht dargestellten Einbaubohrung abgedichtet.

Das Ventil ist außerordentlich kostengünstig zu fertigen. Der Ventilträger, der Anker und der Magnetpol werden vorzugsweise aus Flachmaterial ausgestanzt. Die Oberseite des Ventilträgers 110 und des Pols 108 wird gemeinsam geschliffen, so daß sich der Ventilsitz 117, der Federanschlag 113, die Lagerungsstelle 120 des Ankers und die Oberseite des Magnetpols 108 auf einer gemeinsamen Schliffebene befinden. Der Ventilsitz und die Taschen zur Verminderung des hydraulischen Klebens werden vorzugsweise durch Prägen in einem Arbeitsgang gefertigt. Die Oberflächengüte kann anschließend durch Flachläppen weiter verbessert werden. Je nach Qualität des Prägevorgangs kann eventuell auch auf den Schleifvorgang verzichtet werden und die Bearbeitung ausschließlich durch das kostengünstige Flachläppen erfolgen. Die Unterseite des Ankers 109 wird gemeinsam mit dem Schließkörper 115 ebenfalls vorzugsweise durch Schleifen so bearbeitet, daß sich eine gemeinsame Ebene im Bereich der Lagerstellen bei abgefallenem Anker ergibt. Im Bereich der Arbeitspolfläche wird entweder der Anker 109 oder der Magnetpol 108 mit einer Tasche versehen, um auch im Bereich der Arbeitspolfläche hydraulische Störkräfte zu vermindern. Die Tiefe dieser Tasche sollte vorzugsweise ca. 0,01-0,02 mm betragen. Sämtliche Anschlagflächen sollten eine Fläche von je ca. 0,5-1 mm² besitzen. Bereits bei solch kleinen Anschlagflächen wird aufgrund der außerordentlich geringen Ankermasse selbst bei ungehärtetem Material ein Einschlagen vermieden.

Eine weitere Vereinfachung der Fertigung ist dadurch zu erzielen, daß abweichend von der Darstellung in Fig. 1 die Unterseite des Ankers 109 über die gesamte Länge des Ankers flach ausgebildet wird und der Pol 108 um das Maß des Ankerhubs gegenüber der Lagerungsebene zurückversetzt wird. Hierdurch ergibt sich von selbst die erwünschte Linienberührung zwischen Pol 108 und Anker 109 bei erregtem Ventil. Der Ankerhub kann dann auf besonders einfache Weise durch gemeinsames Schleifen von Ventilträger 110 und Pol 108 eingestellt werden, wobei dann die Schliffebene des Pols um das Maß des Ankerhubs gegenüber der Schliffebene des Ventilträgers zurückversetzt wird. Die in Fig. 1 dargestellte Bauform mit abgewinkeltem Anker ist hauptsächlich deshalb gewählt worden, um die Funktionsweise des Ventils in der zeichnerischen Darstellung besser zu verdeutlichen.

Durch die Anordnung von Ventilsitz und Ankerlagerung in einer Ebene wird die erforderliche Dichtheit des Ventilsitzes sichergestellt. Die erforderliche Dichtheit kann nur dann erzielt werden, wenn Schließkörper und Ventilsitz bis auf weniger als 0,1 Mikrometer angenähert werden. Daher führen geringste Schiefstellungen dieser Teile zueinander bereits zu untragbaren Leckströmen. Weiterhin wird die Dichtfähigkeit des Ventilsitzes durch den Schließkörper 115 aus Kunststoffmaterial verbessert. Hierzu ist zu bemerken, daß die Verwendung von Schließkörpern aus Kunststoffmaterial an sich naheliegend ist und auch schon vielfach vorgeschlagen wurde. Bisher haben derartige Versuche bei den bekannten Einspritzventilen jedoch nicht zum Erfolg geführt. Dies liegt daran, daß herkömmliche Ventile eine relativ große Ankermasse besitzen, die zudem in der Zentralachse des Ventils konzentriert ist. Diese relativ große Ankermasse führt zu großen Schlagbelastungen im Bereich des Schließkörpers. Um die Belastung des Schließkörpers auf zulässige Werte zu begrenzen, ist daher eine große Federungsfähigkeit des Schließkörpers erforderlich. Diese Federungsfähigkeit kann nur mit einer großen Dicke des Schließkörpers erzielt werden. Bei einer großen Dicke des Schließkörpers treten jedoch unzulässige Veränderungen des Ankerhubs durch Kriechen des Kunststoffmaterials auf, so daß derartige Ventile bereits nach einer relativ geringen Lastspielzahl unbrauchbar werden. Wird der Kunststoffschließkörper bei den üblichen Einspritzventilen hingegen dünn ausgebildet, so wird dieser bereits nach kurzer Betriebsdauer durch die hohe mechanische Belastung zerschlagen.

Bei dem erfindungsgemäßen Ventil wird die Verwendung eines Schließkörpers aus Kunststoffmaterial durch die außerordentlich geringe Ankermasse und das gegenüber herkömmlichen Ventilen insgesamt abgesenkte Kraftniveau ermöglicht. Weiterhin ist nur ein geringer Teil der Ankermasse wegen der Hebelanordnung am vollen Ventilhub beteiligt. Die ohnehin nur sehr geringe kinetische Energie des Ankers wird durch den Anschlag 113 im Bereich der Rückstellfeder weiter erheblich vermindert. Hierdurch ist im Moment des Aufschlags des Schließkörpers 115 auf den Ventilsitz 117 nur ein Bruchteil der kinetischen Gesamtenergie des Ankers wirksam.

Aufgrund der zuvor erläuterten konstruktiven Maßnahmen sind im Bereich des Ventilsitzes nur außerordentlich geringe Belastungen wirksam. Daher ist alternativ auch möglich und zweckmäßig, auf den Ventilschließkörper 115 ganz zu verzichten. Der Anker 109 wird dann im Bereich des Ventilsitzes flach ausgebildet, so daß der Anker in unmittelbaren metallischen Kontakt mit dem Ventilsitz kommt. Eine Härtung dieser Teile ist in aller Regel nicht erforderlich. Weiterhin ist es dann zur Verbesserung der Dichtfähigkeit zweckmäßig, den Anker 109 im Bereich des Ventilsitzes dünn auszubilden, um eine geringe Federungsfähigkeit zu erhalten. Hierzu sollte die Dicke des Ankers im Sitzbereich auf ca. 0,1 mm vermindert werden. Die Breite der Auflagefläche des Sitzes sollte dann ca. 0,1-0,15 mm betragen.

Die Kalibrierung des statischen Durchflusses des Ventils erfolgt zweckmäßigerweise bei noch nicht montiertem Ventil. Hierzu werden zunächst die Düsen in dem noch weitgehend unbearbeiteten Ventilträger 110 angebracht und anschließend der Durchfluß der Düsenbohrungen bestimmt. Danach wird der zur Erlangung eines vorgegebenen Durchflusses erforderliche Ankerhub ermittelt. Anschließend wird der Ventilträger mit einem Anker von geeignetem Hub gepaart oder die Schliffebene des Pols um das Maß des zuvor bestimmten Ankerhubs zurückversetzt. Alternativ kann es wegen der geringen Fertigungskosten wirtschaftlich sein, nur Ventilträger mit eng tolerierten Durchflüssen für die weitere Fertigung zu verwenden und auf die Paarung mit Ankern verschiedenen Hubs zu verzichten. Weiterhin kann es wirtschaftlich sein, den Ventilhub so groß zu wählen, daß bei angezogenem Anker nur noch eine sehr geringe Drosselung im Bereich des Ventilsitzes erfolgt und somit große Toleranzen des Ankerhubs möglich sind. Solche vergrößerten Toleranzbänder werden durch die besonders rasche Arbeitsweise des Ventils auch bei relativ großem Ankerhub ermöglicht.

Nachfolgend wird das charakteristische dynamische Verhalten des erfindungsgemäßen Ventils weiter erläutert, das sich von den üblichen Ventilen erheblich unterscheidet. Zunächst besitzt das erfindungsgemäße Ventil gegenüber den bisher üblichen Ausführungen eine geringere Arbeitspolfläche und einen größeren Hub im Bereich des Ventilsitzes. Für sich allein betrachtet führen diese beiden Merkmale zu einer Vergrößerung des magnetischen Streufeldes und damit zu einer Verschlechterung des elektromagnetischen Wirkungsgrades. Diese Verschlechterung des statischen elektromagnetischen Wirkungsgrades wird jedoch durch eine Verbesserung der übrigen Eigenschaften des Ventils überkompensiert. Zunächst wird das Streufeld durch die zentrale Lage des Arbeitspols auf tragbare Werte vermindert. Weiterhin kann die wirksame Länge des Arbeitsluftspalts wegen der Hebelübersetzung des Ankers geringer als der Ventilhub ausgebildet werden. Durch die dünnwandige Ausbildung des Magnetkreises werden Wirbelstromverluste weitgehend vermieden. Die geringe Arbeitspolfläche führt selbst bei gegenüber herkömmlichen Ventilen erheblich vergrößerter Windungszahl der Spule nur zu einer geringen Induktivität des Magnetkreises. Durch die geringe Induktivität wird ein schneller Aufbau des magnetischen Feldes erzielt. Weiterhin ist wegen der relativ großen Windungszahl und des relativ großen Streufeldes ein vollständiger Rückschluß des Magnetkreises mit magnetisch leitfähigem Material nicht erforderlich. Daher kann auf zusätzliche Flußleitbleche zwischen dem magnetischen Rückschlußrohr und dem Arbeitspol 108 und dem Anker 109 in der Regel verzichtet werden. Hierdurch ergeben sich besonders einfache und kostengünstige Konstruktionen. Die Hebelanordnung des Ankers erlaubt wegen der möglichen Vergrößerung des Ventilhubes die Verwendung von besonders kleinen Sitzdurchmessern. Mit der Verringerung des Sitzdurchmessers ist stets eine Verringerung der erforderlichen Öffnungsarbeit verbunden.

Die günstigste Hebelübersetzung ist in erster Linie vom verlangten Kraftstoffdurchfluß und dem Kraftstoffdruck abhängig. Die Hebelübersetzung ist hierbei als das Verhältnis der Ankerlänge zwischen Lagerung und Ventilsitz zu derjenigen zwischen Lagerung und Arbeitspol definiert. Als Ankerhub wird der Hub im Bereich des Arbeitspols, als Ventilhub der Hub im Bereich des Ventilsitzes verstanden. In der Regel sollte der Ankerhub 0,1 mm nicht überschreiten. Bei größeren Ankerhüben ergibt sich eine starke Zunahme des Streufeldes und damit eine Verschlechterung des elektromagnetischen Wirkungsgrades. Die Ankerlänge zwischen Lagerung und Arbeitspol sollte 5-10 mm betragen. Bei der Saugrohreinspritzung vor die Einlaßventile des Motors sollte in der Regel ein Übersetzungsverhältnis von ca. 1-1,5 angewendet werden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Bei der Zentraleinspritzung, bei der die gesamte Kraftstoffmenge mit relativ geringem Druck von einem einzigen Ventil vor die Drosselklappe des Motors gespritzt wird, ist eine Hebelübersetzung von ca. 2 zweckmäßig, um große Durchflüsse bei kleinem Ankerhub und kleinem Ventilsitzdurchmesser zu ermöglichen. Die günstigste Übersetzung kann in der Praxis auch durch experimentelle Optimierung bestimmt werden.

Das erfindungsgemäße Ventil besitzt nur eine geringe Prellneigung. Dies ist für den Fachmann zunächst überraschend, da wegen der großen freien Hebellängen des Ankers und des relativ großen Ventilhubs eigentlich das Gegenteil erwartet werden müßte. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Ankers wird jedoch eine wirksame Unterdrückung der Prellbewegungen erzielt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Anker gegen Ende der Stellbewegungen durch seine Massenträgheit im Bereich der Lagerung 120 kurzzeitig abhebt. Hierbei entsteht im Bereich der Lagerung zunächst ein Vakuum und anschließend eine Quetschströmung, die eine erhebliche Verminderung der kinetischen Energie des Ankers zur Folge hat. Um diesen Dämpfungsvorgang wirksam werden zu lassen, ist allerdings eine relativ große Auflagefläche des Ankers im Bereich der Lagerung erforderlich. Die Auflagefläche 120 sollte daher ca. 10 mm² betragen. Eine nennenswerte Dämpfung der Stellbewegungen ist wegen der Hebelwirkung der Stellkräfte selbst bei einer so großen Auflagefläche nicht zu befürchten. Weiterhin bleiben die Prellbewegungen wegen des insgesamt geringen Kraftniveaus und der geringen wirksamen Ankermasse in zulässigen Grenzen. Die Anordnung der Rückstellfeder 114 in der Nähe der Ankerlagerung bewirkt eine weitere Verminderung von Ankerschwingungen.

Die erfindungsgemäße Ausführung des Ventils ist nicht unmittelbar auf die Ausführung gemäß Fig. 1 beschränkt. Zweckmäßige Varianten können beispielsweise dadurch geschaffen werden, daß der Ventilträger von vorn in das Ventilgehäuse geschoben und das Ventilgehäuse vorn in der Nähe des Zerstäubers verschlossen wird. Das metallische Rückschlußrohr, welches das Gehäuse umfaßt, kann bis unmittelbar an die Vorderkante des Ventils geführt werden, um die mechanische Festigkeit des Ventils zu verbessern. Weiterhin ist es möglich, den Kraftstoff in der Zentralachse des Ventils zuzuführen und den elektrischen Stecker seitlich anzubringen. Der Kraftstoff kann durch eine schräge Bohrung oder durch eine Winkelbohrung vom Ventilsitz zur Abspritzdüse geführt werden, wodurch die Abspritzrichtung in beliebige Winkel in bezug auf die Zentralachse des Ventils gelegt werden kann. Durch diese Maßnahmen kann eine gute Kompatibilität zu bereits bestehenden Ventilbaureihen erzielt werden. Weiterhin ist es möglich, den Zerstäuber mit dem Ventilträger fest zu verbinden, wobei die mechanische Befestigung des Ventilträgers mit dem Ventilgehäuse nur über den Zerstäuber erfolgt. Hierdurch ergibt sich eine schwimmende Lagerung des Ventilträgers, der dann von äußeren Störkräften isoliert ist. Weiterhin kann die Rückstellung des Ankers anstatt durch eine Schraubenfeder auch durch eine Blattfeder oder eine Torsionsfeder erfolgen, die beispielsweise durch Vernietung unmittelbar mit dem Ventilträger verbunden wird. Der Ventilträger oder das Gehäuse kann ganz oder teilweise aus nicht magnetisierbarem Sintermetall bestehen, mit dem auch komplizierte Formen kostengünstig herstellbar sind. Bei besonders hohen Anforderungen an die Lebensdauer und die Verschleißfestigkeit des Ventils können einzelne Teile gehärtet oder mit korrosionsfesten oder verschleißmindernden Überzügen versehen werden. Weiterhin kann sowohl der Anker als auch der Magnetpol mit einer dünnen, nicht magnetisierbaren Beschichtung versehen werden, die einen magnetischen Restluftspalt bildet. Hierdurch kann die Abfallzeit des Magnetventils weiter verringert werden. Für diese Beschichtung sind beispielsweise durch Ionenimplantation erzeugte nichtmetallische, verschleißfeste Überzüge gut geeignet. Das Verfahren der Ionenimplantation ist in letzter Zeit erheblich weiterentwickelt worden, so daß dieses Verfahren inzwischen auch in der Massenproduktion von kleinen Teilen wirtschaftlich eingesetzt werden kann. Der Anker kann zur Verbesserung der Biegesteifigkeit mit in Längsrichtung eingeprägten Rippen versehen werden. Der Anker kann auch seitlich verstärkt werden, so daß sich ein U-Profil ergibt. Weiterhin wird man das Ventil stets mit einem Kraftstoffilter versehen, auf dessen Darstellung in den Zeichnungen verzichtet worden ist. Es soll ausdrücklich betont werden, daß es sich bei den vorliegenden Darstellungen nicht um Produktionszeichnungen handelt, sondern lediglich um Bilder, die den Zweck verfolgen, dem Fachmann die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Ventils zu erläutern.

Im folgenden werden weitere mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ventils vorgestellt:

Fig. 2 und Fig. 3 zeigen ein Ventil, bei dem der Anker unmittelbar auf dem Gehäusematerial gelagert ist. Das Ventil ist in zwei zueinander rechtwinkligen Schnittebenen durch die Zentralachse dargestellt. Gleiche Teile sind hierbei mit gleichen Bezugsnummern versehen.

Das Ventil gemäß Fig. 2 und Fig. 3 besitzt einen Kippanker 205 mit zwei seitlichen Lagerungsfahnen 208. Der Anker 205 ist mit den Lagerungsfahnen 208 mit geringem Seitenspiel in zwei Nuten 209 des Ventilgehäuses 201 gelagert. Der Anker 205 wird durch die Rückstellfeder 213 auf den Ventilsitz 214, den Anschlag 221 und die Lagerung 220 gepreßt. Der Anker ist mit einem Schließkörper 211 aus Kunststoff versehen. Die Rückstellfeder 213 ist in dem Gehäuseoberteil 212 gelagert. Das Gehäuseoberteil 212 ist mit dem Ventilgehäuse 201 beispielsweise durch Ultraschallschweißung oder durch eine Klebstoffverbindung fest verbunden. Das Ventil wird vollständig mit Kraftstoff durchspült. Der Kraftstoff gelangt über eine umlaufende Gehäusenut 222 durch die Bohrung 218 in das Ventilgehäuse. Von hier gelangt der Kraftstoff durch die Axialnut 235 zu der umlaufenden Nut 223 und von dieser Nut in den Kraftstoffrücklauf. Der zur Einspritzung dienende Kraftstoff gelangt über den Ventilsitz 214 durch die Bohrung 217 zu der Düsenplatte 215. Die Düsenplatte 215 wird von dem Zerstäuber 216 im Ventilgehäuse gehalten. Der Zerstäuber 216 ist unmittelbar in das Ventilgehäuse eingepreßt. Das Ventilgehäuse ist mit den Dichtringen 203 und 210 gegenüber der Umgebung des Ventils abgedichtet. In Abweichung von dem Ventil gemäß Fig. 1 wird der Kraftstoff bei dem vorliegenden Ventil schräg abgespritzt, was aufgrund von gegebenen Einbaubedingungen häufig zweckmäßig ist. Alternativ kann die Richtung der Abspritzung auch in eine Richtung parallel zur Zentralachse des Ventils erfolgen, um weitgehende Kompatibilität mit den üblichen Einspritzventilen bezüglich der Abspritzrichtung zu erzielen. Die Kraftstoffzufuhr vom Ventilsitz zur Zerstäuberdüse sollte dann über eine Winkelbohrung erfolgen.

Der Magnetkreis des Ventils wird durch den Anker 205, den Magnetpol 204, das Rückschlußrohr 207 und ein zusätzliches Flußleitblech 219 gebildet. Der Magnetpol 204 und das Flußleitblech 219 sind unmittelbar in das Kunststoffmaterial des Ventilgehäuses 201 eingebettet. Der Pol 204 ist mit Durchbrüchen 224 versehen, um eine innige mechanische Verbindung des Pols 204 mit dem Kunststoffmaterial des Ventilgehäuses 201 zu erzielen. Durch die unmittelbare Einbettung dieser Teile in das Ventilgehäuse 201 wird die mechanische Festigkeit des Ventilgehäuses erheblich verbessert. Der Magnetpol 204 besitzt seitliche Laschen 230, die eine enge magnetische Kopplung des Pols 204 mit dem Rückschlußrohr 207 sicherstellen. Das Flußleitblech 219 sollte ebenfalls mit derartigen Laschen und Durchbrüchen versehen werden, was jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in der Zeichnung dargestellt ist. Die Magnetspule 206 ist mit den Kontaktstiften 202 verbunden und unmittelbar auf das Ventilgehäuse 201 aufgewickelt.

Bezüglich der Werkstoffauswahl, der Abmessungen und Toleranzen und des dynamischen Verhaltens gelten analog die Ausführungen zu dem Ventil gemäß Fig. 1. Diese Ausführungen gelten auch für alle weiteren Beispiele.

Die flache Form des Ankers des erfindungsgemäßen Ventils erlaubt in einfacher Weise die Verwendung polarisierter Magnetkreise. Derartige Magnetkreise sind bereits aus der Relaistechnik prinzipiell bekannt. Durch polarisierte Magnetkreise kann der elektromagnetische Wirkungsgrad erheblich verbessert werden. Polarisierte Magnetkreise besitzen stets einen Dauermagneten, dessen Magnetfeld dem Feld der Magnetspule überlagert wird. Bei symmetrischem Aufbau eines solchen Magnetkreises ergibt sich ein bistabiles Schaltverhalten, bei dem der Anker in den jeweiligen Endlagen ohne Erregung der Spule haften bleibt. Die Umschaltung aus der jeweiligen Ruhelage erfolgt durch kurze elektrische Impulse wechselnder Polarität. Solche bistabilen Magnetkreise sind jedoch aus Sicherheitsgründen für elektromagnetische Einspritzventile nur wenig geeignet. Bei elektromagnetischen Einspritzventilen wird in der Regel verlangt, daß das Ventil bei Funktionsstörungen der elektrischen Ansteuerschaltung oder bei Ausfall der Versorgungsspannung stets von selbst in den geschlossenen Zustand zurückfällt. Durch unsymmetrische Auslegung des Magnetkreises läßt sich jedoch auch bei polarisierten Magnetkreisen ein monostabiles Schaltverhalten erzielen, bei dem der Anker bei Ausfall der Erregerspannung stets in eine einseitige Ruhelage zurückkehrt. Bei derartigen monostabilen polarisierten Magnetkreisen kann der Abfall des Ankers durch einen Gegenimpuls zusätzlich stark beschleunigt werden. Im folgenden werden geeignete monostabile polarisierte Magnetkreise für das erfindungsgemäße Ventil erläutert. Auf die Darstellung des stets erforderlichen Ventilgehäuses wurde dabei aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.

Fig. 4 zeigt einen monostabilen polarisierten Magnetkreis für das erfindungsgemäße Ventil. Der prinzipielle Aufbau des Magnetkreises ist aus der Relaistechnik bekannt. Der Anker 401 wird durch das Magnetfeld des Dauermagneten 409 zurückgestellt, so daß keine zusätzliche Rückstellfeder erforderlich ist. Der Ruhepol des Magnetsystems wird durch den Zerstäuber 407 gebildet. Der Zerstäuber 407 ist mit dem Ventilträger 404 aus nicht magnetisierbarem Material fest verbunden. Der Ventilträger 404 trägt an seinem hinteren Ende den Rückschlußpol 405, der gleichzeitig die Ankerlagerung bildet. Die Auflageflächen für den Anker auf dem Rückschlußpol 405 und dem Ventilsitz 408 liegen in einer Ebene. Die Auflageflächen dieser Teile werden durch Schleifen gemeinsam bearbeitet, um mögliche Winkelabweichungen auszuschließen. Der Anker 401 wird durch die seitlichen Laschen 412 des Rückschlußpols 405 in seitlicher Richtung geführt, die in seitliche Nuten im Anker 401 eingreifen. Zwischen dem Anker 401 und dem Rückschlußpol 405 ist stets ein Magnetfeld vorhanden, unter dessen Einwirkung der Anker auf den Rückschlußpol gezogen wird. Daher sind in der Regel keine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich, um ein Herausrutschen des Ankers aus der Lagerung zu verhindern. Aus Sicherheitsgründen kann jedoch auch ein zusätzliches Federelement vorgesehen werden, welches den Anker 401 auf den Rückschlußpol 405 preßt. Der Ventilträger 404 besitzt an der Vorderseite im Bereich des Ventilsitzes 408 zu beiden Seiten hochgebogene Laschen 411, auf denen der Arbeitspol 406 befestigt ist. Der Hub des Ankers 401 und damit der Ventilhub ist durch die Differenz des Abstandes zwischen Ventilsitz 408 und Arbeitspol 406 und der Dicke des Ankers 401 bestimmt. Der magnetische Rückschluß zwischen den einzelnen Polen des Magnetsystems erfolgt durch das den Magnetkreis umgebende Rückschlußrohr 403. Der Anker ist von der Erregerspule 402 umgeben. Der Dauermagnet 409 ist auf dem Magnetträger 410 befestigt, der mit dem Ruhepol 407 verbunden ist. Der Dauermagnet besteht vorzugsweise aus einem AlNiCo-Material, das über einen weiten Temperaturbereich weitgehend konstante magnetische Werte besitzt. Die Magnetisierungsrichtung ist durch die Buchstaben N-S gekennzeichnet. Nord- und Südpol des Dauermagneten können auch ohne weiteres vertauscht werden, wobei dann allerdings auch die Richtung des elektrischen Stroms durch die Erregerspule 402 durch Vertauschen der Anschlußdrähte geändert werden muß. Sämtliche flußführenden Teile des Magnetkreises bestehen aus weichmagnetischem Material. Die metallischen Verbindungen erfolgen in der Regel durch Laserschweißung. Der Dauermagnet sollte durch eine Klebung fixiert werden. Alternativ kann der Zerstäuber (Ruhepol 407) auch mit einer Winkelbohrung versehen werden, um die Abspritzrichtung des Kraftstoffs in die Richtung der Zentralachse des Ventils zu führen. Der Dauermagnet 409 wird dann seitlich am Zerstäuber (Ruhepol 407) befestigt.

Die Stromrichtung bei erregter Spule wird so gewählt, daß das elektromagnetische Feld einerseits dem Dauermagnetfeld zwischen Ruhepol 407 und Anker 401 entgegengerichtet ist und andererseits das erheblich geringere Dauermagnetfeld zwischen Arbeitspol 406 und Anker 401 verstärkt. Die Anzugsbewegung beginnt, sobald die Magnetkraft zwischen Arbeitspol 406 und Anker 401 die hydraulische Gegenkraft des Ventils und die entgegengerichtete Magnetkraft zwischen Ruhepol 407 und Anker 401 übersteigt. Das erwünschte monostabile Verhalten wird zum einen durch unterschiedliche Polflächen von Arbeitspol 406 und Ruhepol 407 erzielt, zum anderen durch eine unsymmetrische Anordnung des Dauermagneten 409. Die Fläche des Ruhepols 407 wird hierbei zweckmäßigerweise etwa 2-4mal so groß wie die Fläche des Arbeitspols 406 gewählt, um den magnetischen Fluß durch den Ruhepol zu verstärken. Der Dauermagnet 409 ist über das Trägerblech 410 magnetisch fest mit dem Ruhepol 407 gekoppelt. Durch die relativ feste Kopplung des Dauermagnetfeldes mit dem Ruhepol 407 bildet sich bei nicht erregter Spule selbst bei am Arbeitspol 406 anliegendem Anker 401 ein starkes Dauermagnetfeld zwischen Anker 401 und Ruhepol 407 aus, das die Rückstellung des Ankers auf den Ruhepol 407 gewährleistet. Zusätzlich muß der Anker 401 oder der Arbeitspol 406 mit einer nicht magnetisierbaren Beschichtung versehen werden, um ein magnetisches Kleben des Ankers 401 am Arbeitspol 406 unter der Einwirkung des Dauermagnetfeldes zu verhindern. Der magnetische Rückschluß des Dauermagneten 409 erfolgt über das Streufeld des Dauermagneten und das Rückschlußrohr 403. Das Rückschlußrohr ist an der Oberseite nach vorn gezogen, um den Eintritt des Streumagnetfeldes des Dauermagneten in das Rückschlußrohr zu erleichtern. Der Arbeitspol 406 ist am oberen Ende abgewinkelt, um die dem Rückschlußrohr 403 gegenüberliegende Fläche zu vergrößern, wodurch eine magnetisch relativ feste Koppelung des Elektromagnetfeldes an den Arbeitspol 406 erzielt wird.

Ein weiteres geeignetes polarisiertes Magnetsystem mit monostabilem Schaltverhalten ist in Fig. 5 bekannt. Auch hier ist der prinzipielle Aufbau des Magnetkreises bereits bekannt.

Der Anker 501 wird durch das Magnetfeld des Dauermagneten 510 zurückgestellt, so daß keine zusätzliche Rückstellfeder erforderlich ist. Der Ruhepol des Magnetsystems wird durch den Zerstäuber 503 gebildet. Der Zerstäuber 503 ist mit dem Ventilträger 502 aus nicht magnetisierbarem Material fest verbunden. Der Ventilträger 502 trägt an seinem hinteren Ende den Arbeitspol 507. Der Anker 501 ist auf dem Mittelpol 511 gelagert, der den Dauermagneten 510 trägt. Die Auflageflächen für den Anker auf dem Mittelpol 511 und dem Ventilsitz 504 liegen in einer Ebene. Die Auflageflächen dieser Teile werden durch Schleifen gemeinsam bearbeitet, um mögliche Winkelabweichungen auszuschließen. Der Mittelpol 511 besitzt zwei seitliche Laschen 512, die in zwei seitliche Nuten im Anker 501 eingreifen. Durch die Laschen 512 wird der Anker 501 in seitlicher Richtung geführt. Zwischen dem Anker 501 und dem Mittelpol 511 ist stets ein Magnetfeld vorhanden, unter dessen Einwirkung der Anker auf die Lagerungsfläche gezogen wird. Daher sind in der Regel keine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich, um ein Herausrutschen des Ankers aus der Lagerung zu verhindern. Der Arbeitspol 507 ist an der Hinterkante des Ventilträgers 502 befestigt. Die Fläche 508 des Arbeitspols 407 ist gegenüber der Hinterkante des Ventilträgers 502 um ca. 0,1 mm zurückversetzt, um einen Restluftspalt zu bilden, der magnetisches Kleben bei geöffnetem Ventil verhindert. Alternativ kann die Fläche 508 des Arbeitspols auch in einer Ebene mit dem Ventilträger 502 angeordnet und der hier stets erforderliche Restluftspalt durch eine nicht magnetisierbare Beschichtung erzeugt werden. Der Hub des Ankers 501 ist durch die Differenz des Abstandes zwischen Ventilsitz 504 und Mittelpol 511 einerseits und der Hinterkante des Ventilträgers 502 andererseits bestimmt. Der magnetische Rückschluß zwischen den einzelnen Polen des Magnetsystems erfolgt durch das Rückschlußblech 509. Der Magnetkreis besitzt zwei Magnetspulen 505 und 506, von denen je eine auf dem Rückschlußpol 503 und auf dem Arbeitspol 507 angeordnet ist. Der Dauermagnet 510 ist auf dem Mittelpol 511 befestigt. Der Mittelpol 511 besitzt eine seitlich heruntergebogene Lasche 513, die einen magnetischen Nebenfluß des Dauermagnetflusses erzeugt und zur magnetischen Stabilisierung des Dauermagneten dient. Der Dauermagnet besteht vorzugsweise aus einem AlNiCo-Material. Die Magnetisierungsrichtung ist durch die Buchstaben N-S gekennzeichnet. Nord- und Südpol des Dauermagneten können auch ohne weiteres vertauscht werden, wobei dann allerdings auch die Richtung des elektrischen Stroms durch die Erregerspulen umgekehrt werden muß. Sämtliche flußführenden Teile des Magnetkreises bestehen aus weichmagnetischem Material. Die Verbindung der einzelnen Pole mit dem Ventilträger 502 erfolgt in der Regel durch Laserschweißung. Der Dauermagnet sollte durch eine Klebung fixiert werden. Der Zerstäuber (Ruhepol 503) kann alternativ auch rechtwinklig ausgebildet und mit einer Winkelbohrung versehen werden, um die Abspritzrichtung des Kraftstoffs in die Richtung der Zentralachse des Ventils zu führen. Die Spule 505 wird dann auf dem Zerstäuber in der Zentralachse des Ventils angeordnet.

Die Spulen können elektrisch parallel oder hintereinandergeschaltet werden. In der Regel wird eine Parallelschaltung bevorzugt, um eine niedrige Impedanz des Magnetkreises zu erzielen, die für die angestrebte rasche Arbeitsweise des Ventils vorteilhaft ist. Die Stromrichtung der Magnetspulen wird während des Ankeranzugs so gewählt, daß das elektromagnetische Feld der Spule 505 dem Dauermagnetfeld entgegen- und das Feld der Spule 506 dem Dauermagnetfeld gleichgerichtet ist. Dadurch wird das Dauermagnetfeld zwischen Arbeitspol 507 und Anker 501 verstärkt und dasjenige zwischen Ruhepol 503 und Anker 501 geschwächt. Das erwünschte monostabile Verhalten wird zum einen durch unterschiedliche Polflächen von Arbeitspol 507 und Ruhepol 503 erzielt, zum anderen durch den Restluftspalt zwischen dem Arbeitspol 507 und dem Anker 501. Die Fläche des Ruhepols 503 wird ebenso wie bei dem vorhergehenden Beispiel gemäß Fig. 4 etwa 2-4mal so groß wie die Fläche des Arbeitspols 507 gewählt. Der magnetische Rückschluß des Dauermagneten 510 und der Magnetspulen 505 und 506 erfolgt über das Rückschlußblech 509.

Die genaue Auslegung der einzelnen magnetischen Widerstände der polarisierten Magnetsysteme, insbesondere desjenigen gemäß Fig. 4, erfordert umfangreiche Formeln, auf deren Wiedergabe hier verzichtet wird. Zur Auslegung von polarisierten Elektromagnetsystemen ist eine umfangreiche Fachliteratur vorhanden, auf die hierzu verwiesen wird (z. B. Schüler, Brinkmann: Dauermagnete, Berlin, Heidelberg, New York 1970). Häufig wird es zweckmäßig sein, die genaue Abstimmung experimentell vorzunehmen. Bezüglich der Abmessungen des Ankers, der Arbeitspolfläche und der Ventilabmessungen der polarisierten Magnetsysteme sind die Ausführungen bezüglich der einfachen Magnetkreise gemäß Fig. 1-Fig. 3 analog anzuwenden.

Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils ist in Fig. 6 dargestellt. Der Ventilträger 602 ist schwimmend gelagert, um äußere Störkräfte von den empfindlichen Einbauten des Ventils fernzuhalten. Das Vorderteil 620 des Ventilträgers 602 ist kreisrund ausgebildet und in das Gehäuse 601 eingepreßt. Das Gehäuse 601 besteht vorzugsweise aus Kunststoffmaterial. Auf der flachen Oberseite des Ventilträgers 602 sind die Lagerungsfläche 614, die Anschlagfläche 612 und der Ventilsitz 618 angeordnet, die sich in einer Ebene befinden. Diese Ebene ist geringfügig höher als das Vorderteil 620 des Ventilträgers 602 angeordnet, um die plane Bearbeitung dieser Ebene ohne störende hervorstehende Teile zu ermöglichen. Im Vorderteil 620 des Ventilträgers 602 befindet sich eine zentrale Bohrung, in die der Zerstäuber 603 eingepreßt ist. Der Zerstäuber 603 fixiert die Düsenplatte 604. Der Ventilsitz 618 ist über eine Schrägbohrung 613 mit der Düsenplatte 604 verbunden. Der Ventilsitz 618 sollte Ovalform besitzen, um trotz der Schrägbohrung günstige Strömungsverhältnisse im Sitzbereich zu erzielen. Der einfache Magnetkreis des Ventils besteht aus dem Ventilträger 602 und dem Anker 607. Der Ventilträger 602 und der Anker 607 bestehen aus weichmagnetischem Material. Der Ventilträger 602 wird vorzugsweise als Formteil aus Sintermetall gefertigt. Der Pol 605 trägt die Magnetspule 606, die auf den Spulenkörper 616 aufgewickelt ist. Die Magnetspule 606 sollte gemeinsam mit den nicht dargestellten Kontaktstiften mit Kunststoffmaterial umpreßt werden. Durch diese Maßnahme wird der Durchtritt von Leckkraftstoff entlang der Anschlußdrähte oder der Kontaktstifte zuverlässig verhindert. Bei herkömmlichen Einspritzventilen sind hierzu in der Regel aufwendige Dichtungsmaßnahmen erforderlich. Die Arbeitspolfläche 615 des Pols 605 ist gegenüber der Lagerungsebene um das Maß des Ankerhubs zurückverlegt. Die Unterseite des Ankers 607 ist über die gesamte Länge des Ankers vollkommen flach ausgebildet. Der Anker 607 ist an der Vorderseite dünnwandig ausgebildet, wodurch sich der flexible Lamellenabschnitt 608 ergibt. Durch die dünnwandige Ausbildung wird die Dichtfähigkeit des Ventils verbessert. Der Anker 607 oder die Oberseite des Ventilträgers 602 sollte zur Bildung eines Restluftspaltes mit einer nicht magnetisierbaren Beschichtung versehen werden. Die Führung des Ankers 607 erfolgt durch die U-förmige Lasche 611. Die Lasche 611 greift in zwei seitliche Nuten des Ankers 607. Die seitlichen Nuten sind in der Darstellung nicht erkennbar, da diese außerhalb der Schnittebene liegen. Die Lasche 611 ist in zwei seitlichen Nuten am Ventilträger 607 fixiert. Die Rückstellung des Ankers 607 erfolgt durch die Rückstellfeder 609. Die Rückstellfeder 609 liegt auf dem U-förmigen Widerlager 610 an. Das Widerlager 610 umfaßt den Anker 607 und ist beidseitig am Ventilträger 602 befestigt. Anstelle der Druckfeder 609 kann auch eine Zugfeder vorgesehen werden, die in einer Bohrung unterhalb des Ankers im Ventilträger 602 angeordnet wird. Die alternative Verwendung einer Zugfeder erlaubt eine weitere Verringerung der Baugröße des Ventils.

Das Ventil gemäß Fig. 6 besitzt einen besonders einfachen Aufbau, wodurch sich nur geringe Herstellungskosten ergeben. Bezüglich der Dimensionierung gelten analog die bisherigen Ausführungen. Als Nachteil ergibt sich gegenüber den anderen bisher dargestellten Bauformen ein schlechterer elektromagnetischer Wirkungsgrad. Der schlechtere Wirkungsgrad wird durch ein vergrößertes magnetisches Streufeld verursacht, das durch den außerhalb der Spule angeordneten Arbeitspol bedingt ist. Weiterhin wird der Wirkungsgrad durch magnetische Zugkräfte im vorderen Bereich des Ankers, die der Magnetkraft im Bereich des Arbeitspols 605 entgegengerichtet sind, zusätzlich verschlechtert. Diese Zugkräfte können dadurch eliminiert werden, daß der Ventilträger 602 zweiteilig ausgeführt wird, wobei dann der vordere Teil des Ventilträgers aus nicht magnetisierbarem Material gefertigt wird. Das nicht magnetisierbare Vorderteil des Ventilträgers wird dann mit dem Magnetkreis vorzugsweise durch Laserschweißung verbunden. Die Trennebene zwischen dem nicht magnetisierbaren Vorderteil des Ventilträgers und dem Magnetkreis ist in Fig. 6 durch eine unterbrochene Linie 630 gekennzeichnet. Wegen der geringeren Herstellungskosten wird einer einteiligen Ausführung des Ventilträgers jedoch häufig der Vorzug gegeben. Weiterhin sei bemerkt, daß die Magnetspule auch anders angeordnet werden kann, als in Fig. 6 dargestellt ist. Alternativ kann die Magnetspule den Anker 607 zwischen Lagerung 614 und Pol 605 oder aber den unteren Teil des Ventilträgers 602 umfassen. Bei einer Umfassung des Ankers kann ein geringfügig verbesserter elektromagnetischer Wirkungsgrad erzielt werden, da dann ein größerer Teil der Streufeldlinien durch den Anker läuft und damit zur Magnetkrafterzeugung beiträgt. Bei einer Umfassung des unteren Teils des Ventilträgers 602 durch die Magnetspule wird der elektromagnetische Wirkungsgrad verschlechtert. Die in Fig. 6 gezeigte Ausführung, bei der die Magnetspule den Arbeitspol 605 umfaßt, stellt die fertigungstechnisch günstigste Lösung dar.

Abschließend sei bemerkt, daß das erfindungsgemäße Ventil gut zum Aufbau von sehr schnellen 2/2- oder 2/3-Wegeventilen mit geringem Durchfluß geeignet ist. Der Aufbau von 2/2-Wegeventilen erfolgt dadurch, daß die Ventilsitze des erfindungsgemäßen Ventils mit geeigneten Anschlüssen versehen werden. Der Aufbau von 2/3-Wegeventilen erfolgt bei den Ausführungen gemäß Fig. 1-4 dadurch, daß die Ventilsitze gleichachsig gegenüberliegend zu beiden Seiten des Ankers angeordnet werden. Der Anker wird dann zweckmäßigerweise durch eine einseitige, dünnwandige Ausbildung im Bereich der Ventilsitze lamellenförmig gestaltet, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Durch die hiermit erzielte Flexibilität des Ankers im Bereich der Ventilsitze wird die erforderliche Dichtheit gewährleistet. Die Ausführung gemäß Fig. 5 kann dadurch in ein 2/3-Wegeventil umgestaltet werden, indem jeweils ein Ventilsitz zu beiden Seiten der Ankerlagerung innerhalb der jeweiligen Magnetspule angeordnet wird. Die Berührungsflächen der beiden Sitze und des Mittelpols mit dem Anker sollten in einer Ebene liegen. Das Ventil wird ähnlich wie in Fig. 1-3 mit einem Winkelanker versehen, wobei sich der Hub des Ventils aus dem Maß der Anwinkelung des Ankers bestimmt. Die in der Regel erwünschte monostabile Arbeitsweise wird durch eine nicht magnetisierbare Beschichtung im Bereich eines der beiden Ventilsitze erzielt, wobei der hierdurch erzeugte Restluftspalt in etwa dem Hub des Ankers entsprechen sollte. Ohne solchen Restluftspalt ergibt sich ein bistabiles Schaltverhalten.

Weitere zweckmäßige Auslegungen und Varianten des erfindungsgemäßen Ventils können den Ansprüchen entnommen werden.

Claims

1. Elektromagnetisches Ventil in Miniaturbauweise, das vorzugsweise zur Einspritzung von Kraftstoff in das Saugrohr von Verbrennungsmotoren dient, bestehend aus einem Magnetkreis mit Anker und einem flachen Ventilsitz, wobei der Magnetkreis durch eine elektronische Ansteuerschaltung mit hoher Frequenz betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker eine langgestreckte flache Form besitzt, der Anker um einen Lagerungspunkt drehbar beweglich ist und der Ventilsitz und die Ankerlagerung im Ventilgehäuse in einer Ebene angeordnet sind.

2. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker durch einen Kipphebel gebildet wird, an dessen einem Ende ein Arbeitspol und an dessen anderem Ende ein Ventilsitz angeordnet ist, zwischen welchen sich der Drehpunkt des Kipphebels befindet.

3. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker durch einen Kipphebel gebildet wird, an dessen einem Ende ein Arbeitspol und ein Ventilsitz und an dessen anderem Ende der Drehpunkt des Kipphebels angeordnet ist.

4. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil einen monostabilen polarisierten Magnetkreis besitzt.

5. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ventilsitz einen Magnetpol des polarisierten Magnetsystems bildet.

6. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil zwei wechselseitig schließbare Ventilsitze besitzt und als 2/3-Wegeventil ausgebildet ist.

7. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ventilsitze beidseitig des Ankers gleichachsig gegenüberliegend angeordnet sind.

8. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ventilsitze beidseitig des Drehpunktes des Ankers in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.

9. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 2 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerhub durch eine Anwinkelung des Ankers um das Maß des Ankerhubs bestimmt ist.

10. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 2 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerhub durch einen einseitigen Anschliff des Ankers oder durch eine Einprägung im Anker um das Maß des Ankerhubs bestimmt ist.

11. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 2 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerhub durch die Zurückverlegung eines Pols um das Maß des Ankerhubs bestimmt ist.

12. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 3 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerhub durch einen gegenüber einem Ventilsitz befindlichen Anschlag bestimmt ist, wobei der Anschlag durch einen weiteren Ventilsitz oder einen Pol des Magnetsystems gebildet wird.

13. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 2 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitspol innerhalb der Magnetspule angeordnet ist.

14. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem ventilseitigen Ende des Ankers und der Lagerung des Ankers eine Rückstellfeder angeordnet ist, die als Druckfeder, als Zugfeder oder als Blattfeder ausgebildet ist.

15. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß im Drehpunkt des Ankers eine Torsionsfeder angeordnet ist, die eine zusätzliche Normalkraft auf den Anker in Richtung der Auflagefläche des Ankers ausübt.

16. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Ankers zwischen einem ventilseitigen Ende des Ankers und der Lagerung des Ankers eine Unterstützungsfläche angeordnet ist, an welcher der Anker bei geschlossenem Ventil zur Anlage kommt, wobei diese Unterstützungsfläche vorzugsweise ca. 1 mm² beträgt.

17. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 14 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstützungsfläche im Bereich der Rückstellfederlagerung angeordnet ist.

18. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankermasse nur ca. 0,2-0,4 g beträgt.

19. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerhub weniger als 0,2 mm beträgt.

20. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein ventilseitiges Ende des Ankers einen flachen Schließkörper aus elastischem Kunststoffmaterial trägt.

21. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein ventilseitiges Ende des Ankers im Bereich des Ventilsitzes lamellenförmig verdünnt ist, wobei die Dicke der lamellenförmigen Verdünnung ca. 0,1 mm beträgt.

22. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker zur Verbesserung der Biegefestigkeit wannenförmig verstärkt oder mit einer oder mehreren eingeprägten Rippen versehen ist.

23. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker am polseitigen Ende im Bereich der Berührungsfläche mit dem Pol mit einer vorzugsweise kreisförmigen Erhebung zur Verminderung von hydraulischem Kleben versehen ist, deren Fläche vorzugsweise ca. 1 mm² und deren Höhe weniger als 0,05 mm beträgt.

24. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitspol des Magnetkreises mit einer vorzugsweise kreisförmigen Erhebung zur Verminderung von hydraulischem Kleben versehen ist, deren Fläche ca. 1 mm² und deren Höhe weniger als 0,05 mm beträgt.

25. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 2 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerungsfläche des Ankers mehr als 5 mm² beträgt und die kinematische Gestaltung des Ventils ein kurzzeitiges Abheben des Ankers von der Lagerungsfläche gegen Ende der einzelnen Arbeitsspiele erlaubt.

26. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse aus einem Formteil aus nichtmagnetisierbarem Sinterwerkstoff besteht.

27. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse aus einem oder mehreren Formteilen aus Kunststoff besteht.

28. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 26 und 27, dadurch gekennzeichnet, daß in das Ventilgehäuse Teile aus magnetisierbarem Material eingearbeitet sind.

29. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß in das Ventilgehäuse metallische, nichtmagnetisierbare Teile eingearbeitet sind, die zur mechanischen Verstärkung des Ventils dienen.

30. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil von einer rohrförmigen magnetisierbaren Hülse umgeben ist.

31. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker auf einem Ventilträger aus nichtmagnetisierbarem metallischem Werkstoff gelagert ist, der mit mindestens einem der Pole des Magnetkreises fest verbunden ist.

32. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker auf einem Ventilträger aus magnetisierbarem metallischen Werkstoff gelagert ist, der Teil des Magnetkreises ist.

33. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 31 und 32, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilsitz unmittelbar in den Ventilträger eingearbeitet ist.

34. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz eine ovale Form besitzt.

35. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Düsen zur Kraftstoffzumessung unmittelbar in den Ventilträger eingearbeitet sind.

36. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz mit einer schrägen Bohrung oder mit einer Winkelbohrung mit mindestens einer Düse zur Kraftstoffzumessung verbunden ist.

37. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Düsen zur Kraftstoffzumessung in einem dünnen Blech angeordnet sind, das von einem Zerstäuber fixiert wird.

38. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerstäuber einen Dichtring trägt, der unmittelbar an dem dünnen Blech anliegt, in welchem die Düsen zur Kraftstoffzumessung angeordnet sind.

39. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 31-38, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerstäuber mit dem Ventilträger vorzugsweise durch Einpressen fest verbunden ist.

40. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ventilsitz gemeinsam mit der Lagerungsfläche des Ankers in einer Aufspannung flach bearbeitet wird.

41. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche für den Anker auf dem Ventilträger mit eingeprägten Taschen versehen wird.

42. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker im Bereich der Auflagefläche mit eingeprägten Taschen versehen wird.

43. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilträger in einem Gehäuse aus nichtmagnetisierbarem Material so befestigt wird, daß die Auflagefläche des Ankers von äußeren Störkräften entlastet ist.

44. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannung des Ventilträgers in das Ventilgehäuse in unmittelbarer Nähe des Ventilsitzes oder des mit dem Ventilträger verbundenen Zerstäubers erfolgt.

45. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule gemeinsam mit den Kontaktstiften in Kunststoffmaterial eingebettet wird.

46. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker zwei seitliche Fahnen zur Lagerung besitzt.

47. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker seitliche Nuten zur Lagerung besitzt.

48. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 47 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in die seitlichen Nuten des Ankers ein U-förmiges Führungsblech eingreift, welches den Anker umfaßt und mit dem Ventilträger fest verbunden ist.

49. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker unmittelbar durch eine Blattfeder oder eine Torsionsfeder geführt wird.

50. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Feder unmittelbar am Ventilträger erfolgt.

51. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und den zugehörigen Nebenansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil als Kraftstoffeinspritzventil ausgebildet ist, wobei die Kraftstoffzufuhr durch eine oder mehrere seitliche Bohrungen und/oder eine Bohrung in der Zentralachse des Ventils erfolgt, wobei das Ventil einen Kraftstoffilter besitzt, der innerhalb oder außerhalb des Ventils angeordnet sein kann, das Ventil mit einem oder mehreren äußeren Dichtringen versehen ist und einen Anschlußstecker befindet, der seitlich oder zentral angeordnet sein kann.

52. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachse der Abspritzrichtung in einem rechten Winkel zur Zentralachse des Ventils angeordnet ist.

53. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachse der Abspritzrichtung parallel zur Zentralachse oder in der Zentralachse des Ventils angeordnet ist.

54. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse ständig von Kraftstoff durchspült wird.