DE3909893A1 - Elektromagnetisch betaetigbares ventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigbaren Ventil nach der Gattung des Hauptanspruches. Es ist schon ein elek­ tromagentisch betätigbares Ventil bekannt (DE-OS 33 28 467), bei dem eine nach außen öffnende Ventilnadel in einer Führungsbohrung gelagert ist und entgegen einer Ventilnadelfeder in Öffnungsrich­ tung durch einen Anker betätigt wird. Dabei führt nicht nur die Be­ wegungsreibung der Ventilnadel zu Hysteresefehlern bei der An­ steuerung des Ventiles, sondern der Elektromagnet benötigt zur Be­ tätigung der Ventilnadel eine hohe Ansteuerleistung zur Überwindung der Kraft der Ventilnadelfeder und muß hiefür größer bauend ausge­ führt sein. Außerdem wird die Ventilnadel in der Führungsbohrung immer einseitig anliegend durch die Ventilnadelfeder geführt, so daß ein ungleichmäßiger Kraftstoffstrahl aus dem Kraftstoffein­ spritzventil austritt, was zu einer schlechteren Kraftstoffaufbe­ reitung und Gleichverteilung auf die einzelnen Zylinder der Brenn­ kraftmaschine führt. Dies hat zur Entwicklung eines hydraulisch zentrierten Systems geführt, jedoch wegen der Reibung und der un­ günstigen Lage der Zentrierkräfte ergeben die hydraulischen Richt­ kräfte nur schwer eine, für alle Anforderungen ausreichende Zen­ trierung. Der Druckabfall der hydraulischen Zentrierung ergibt zwar eine Stabilisierung der statischen Menge, die aber nicht er­ forderlich ist; der Nachteil des fehlenden Druckes zur Aufberei­ tung des Kraftstoffes überwiegt. Bei einem System mit konischem Anschlag plus hydraulischer Zentrierung ist die Zentrierung des konischen Anschlages erst bei größerer Länge des Systems im Ver­ gleich zum Dichtdurchmesser ausreichend. Dies führt insbesondere bei Niederdrucksinglepoint-Ventilen (großer Öffnungsquerschnitt) zu großer bewegter Masse und damit Empfindlichkeit für Querbe­ schleunigungen. Abgleich durch plastische Verformung in Achsrich­ tung ist erschwert durch niedrige Federsteifigkeit wegen der großen

Länge.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße, elektromagnetisch betätigbare Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 hat jetzt den Vorteil einer im Prinzip durch die langen Kegel spielfreien Zentrierung der bewegten Elemente. Außerdem läßt sich der Hub relativ leicht einstellen.

Das elektrisch betätigbare Ventil gemäß Anspruch 4 hat noch zusätz­ liche Vorteile, so ist es möglich, Dichtkegel und Kugelkalotte im Ventilsitzkörper in einer Aufspannung von einer Seite zu bearbei­ ten und es wird die Kraftstoffverteilung wesentlich verbessert. Damit kann die erfinderische Aufgabe, die darin liegt, eine tech­ nisch exakte, mechanische Definition des Richtanschlages der geöff­ neten Position zu erreichen, eine gute Verbindung zwischen Anker und Ventilkörper zu finden und das System an einen scheibenförmigen Anker für konzentrische Anordnung der Betätigungsmagnete anzupassen, gelöst werden.

Zeichnung

Weitere Aufgaben und die einzelnen Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung der Zeichnungen hervor, die in den Fig. 1 und 2 den bekannten Stand der Technik, in Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer ersten Art, in Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer zweiten Art, in Fig. 5 eine Abänderung zur Ausführungsform gemäß Fig. 4 zei­ gen. In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt und die Fig. 7 bis 10 zeigen Details insbesondere der Ausführungsform nach Fig. 6.

Beschreibung des Standes der Technik

Das in Fig. 1 in Teilansicht dargestellte Kraftstoffeinspritzventil ist in bekannter Weise elektromagnetisch durch Erregung einer nicht gezeigten Magnetspule betätigbar und dient beispielsweise als Teil einer Kraftstoffeinspritzanlage zur Einspritzung von Kraftstoff, insbesondere mit niederem Druck, in das Luftansaugrohr von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Das Kraftstoffeinspritzventil besitzt ein bewegliches Ventilteil 2, das aus nichtmagnetischem Material, wie beispielsweise Messing, austenitischem Stahl oder anderem, ausgebildet sein kann und das ein Dichtteil 3 aufweist, welches mit einem Ventilsitz 4 in einem Ventilsitzkörper 5 aus amagnetischem Material zusammenarbeitet. Der Ventilsitzkörper 5 ist in ein Ventilgehäuse 6 eingesetzt. Stromaufwärts des Ventilsitzes 4 ist in dem Ventilsitzkörper 5 eine Strömungsbohrung 8 vorgesehen, durch die ein Verbindungsteil 9 des Ventilteiles 2 ragt. Dem Dichtteil 3 abgewandt ist das Ver­ bindungsteil 9 des Ventilteiles 2 mit einem beispielsweise schei­ benförmigen Anker 10 aus weichmagnetischem Material fest verbun­ den. Der Magnetkreis wird aus als Kern dienenden Polen 11 und 11′ und dem Anker 10 gebildet. Über die Pole 11, 11′ wirkt der durch die Magnetspule bewirkte Magnetfluß. Zwischen den Polen 11 und 11′ ist eine Zentralöffnung 12 vorgesehen, über die Kraftstoff von einer nicht dargestellten Kraftstoffversorgungsquelle, beispiels­ weise einer Kraftstofförderpumpe, in das Innere des Kraftstoffein­ spritzventiles strömen kann. Bei Kraftstofförderung und erregter Magnetspule wird der Anker 10 und damit auch das Ventilteil 2 aufgrund der am Anker und Ventilteil angreifenden hydraulischen Druckkräfte von den Polen 11, 11′ wegbewegt und der Anker 10 kommt an einer den Polen 11, 11′ abgewandten Anschlagfläche 13 an einem am Ventilsitzkörper 5 ausgebildeten erhabenen Ringanschlag 14 zum Anliegen. Zwischen dem Ringanschlag 14 und dem Umfang des Verbindungsteiles 9 ist ein Ringquerschnitt 15 ausgebildet, der in den zwischen Strömungsbohrung 8 und Verbindungsteil 9 gebilde­ ten ringförmigen, beispielsweise drosselnden und damit zumessenden Strömungsquerschnitt 16 mündet. In den Ringquerschnitt 15 mündet mindestens eine vorzugsweise axial verlaufende Strömungsöffnung 17, die den Anker 10 durchdringt und andererseits mit dem Innenraum 19 des Kraftstoffeinspritzventiles bzw. der Zentralöffnung 12 zwischen den Polen 11, 11′ in Verbindung steht. Der Anker 10 und die Pole 11 11′ sind einander zugewandt, vorzugsweise mit angepaßten sphäri­ schen Oberflächen versehen, beispielsweise die Pole 11, 11′ mit einer über beide Pole 11, 11′ verlaufenden, konkaven Oberfläche 20 und der Anker 10 mit einer zur Oberfläche 20 der Pole 11, 11′ hin ausgerichteten konvexen Oberfläche 21. Durch die aneinander an­ gepaßten Oberflächen 20, 21 erfolgt eine radiale Zentrierung des Ankers 10 zum Ventilsitz 4 infolge der Magnetkräfte. Sind die Pole 11, 11′ ohne magnetische Spannung, so werden Anker 10 und Ventil­ teil 2 aufgrund der Druckkräfte des fließenden Kraftstoffes von den Polen 11, 11′ wegbewegt, so daß das Dichtteil 3 vom Ventilsitz 4 abhebend nach außen öffnet und Kraftstoff von der Zentralöffnung 12 bzw. dem Innenraum 19 über die Strömungsöffnungen 17 zum Ring­ querschnitt 15 und von dort über den Strömungsquerschnitt 16 und den Ventilsitz 4 abströmen kann. Dabei erfolgt durch die im Strö­ mungsquerschnitt 16 an dem Verbindungsteil 9 angreifenden radialen hydraulischen Kräfte eine radiale Zentrierung des Ventilteiles 2, so daß das Ventilteil ohne Wandberührung und damit ohne Reibung in der Strömungsbohrung 8 durch die Kraftstoffströmung geführt wird und entsprechend zentriert mit dem Anschlag 13 aufsitzt. Über den Ventilsitz 4 tritt ein rundum gleichdicker Kraftstoffilm aus, der in einem Ringspalt 22, welcher zwischen der beispielsweise halbkugelförmig oder in anderer sphärischer Form ausgebildeten Oberfläche des Dichtteiles 3 und einer sich in Strömungsrichtung an den Ventilsitz 4 im Ventilsitzkörper 5 anschließenden Abspitz­ öffnung 23 mit sich erweiterndem Durchmesser an der Oberfläche des Dichtteiles 3 nach außen strömt und sich mit der Umgebungsluft ver­ mischt, die nach dem Abreißen des kegelförmig ausgebildeten Kraft­ stoffilmes bei Erreichen der scharfkantigen Endfläche 24 des Dicht­ teiles 3 sich ebenfalls von innen her mit dem Kraftstoff vermischt. Der Ventilteilhub H des Ventilteiles gegenüber dem Ventilsitz 4 kann einerseits durch entsprechende Bearbeitung der Stirnfläche 26 des Ringanschlages 14 erfolgen, indem diese Stirnfläche in ge­ wünschter Weise abgetragen oder verformt wird. Andererseits kann der Ventilteilhub H auch dadurch eingestellt werden, daß Anker 10 und Ventilteil 2 axial zueinander verschiebbar sind.

Bei dem zweiten Beispiel des Standes der Technik nach Fig. 2 sind die gegenüber dem ersten Beispiel nach Fig. 1 gleichbleibenden und gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeich­ net. Wie bei dem ersten Beispiel nach Fig. 1 ist auch bei dem zwei­ ten Beispiel nach Fig. 2 in dem Ventilsitzkörper 5 eine Strömungsbohrung 8 vorgesehen, die von dem Verbindungsteil 9 des Ventilteiles 2 durchragt wird. Zwischen dem Verbindungsteil 9 und der Strömungsbohrung 8 ist ebenfalls wieder ein Strömungsquer­ schnitt 16 ausgebildet, der drosselnd wirken und damit als Zumeß­ querschnitt dienen kann. Der Anker 10 weist dem Ventilteil 2 zuge­ wandt einen Zapfen 30 auf, der im Bereich des Ringquerschnittes 15 an dem Ende 31 des Ventilteiles 2 aufsitzt und mit diesem Ende stumpf verschweißt oder verlötet sein kann. Am Anker 10 ist den Polen 11, 11′ abgewandt unter einen Winkel α geneigt eine Anschlagfläche 13 ausgebildet, der gegenüberliegend am Ventilsitzkörper 5 eine ange­ paßte konische Anschlagbohrung 32 vorgesehen ist, die in die Strö­ mungsbohrung 8 übergeht. Der Winkel α an der Anschlagfläche 13 ist größer als der Reibwinkel aber so flach, daß einerseits ein guter Hubanschlag und andererseits in Zusammenwirkung mit der Anschlag­ bohrung 32 eine gute Zentrierung von Anker 10 und Ventilteil 2 in der Strömungsbohrung 8 und damit zum Ventilsitz 4 hin gewährleistet ist. Vorteilhafterweise besteht zwischen dem Winkel α der Anschlag­ fläche 13 und der Neigung der Anschlagbohrung 32 eine Winkeldiffe­ renz oder die Anschlagbohrung 32 ist zum Innenraum 19 hin ausge­ rundet. In dem Ventilsitzkörper 5 sind Kraftstoffkanäle 33 ausge­ bildet, die vom Innenraum 19 zum Ringquerschnitt 15 führen, in dem eine kreissymmetrische Verteilung des Kraftstoffes zum Strömungs­ querschnitt 16 erfolgt. Der Hubabgleich kann durch plastische Ver­ formung am Zapfen 30 erfolgen.

Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 liegen dem Anker 10 wiederum die beiden ungleichnamig magnetisierten Pole 11, 11′ des Magnet­ systems gegenüber. Der Ventilteil 2 ist mit dem Anker 10 entlang der Linie 35 verschweißt. Bei der Linie 35 handelt es sich um den Schnitt zweier Konen 38, 39, die in eine Kegelfläche 40 im Ventil­ teil 2 tauchen. Die Konen 38, 39 sind über einen Verbindungsteil 9 mit dem eigentlichen Anker 10 verbunden. Zwischen dem Ventilteil 2 und dem Ventilsitzkörper 5 wird ein Ringspalt 22 gebildet, der den Kraftstoff sperrt, wenn der Anker durch die Pole 11, 11′ nach oben gezogen wird. Beim Öffnen des Spaltes 22 durch den Druck des Kraft­ stoffes im Rinquerschnitt 15 erfolgt dann die Kraftstoffzumessung. Die Zuleitung des Kraftstoffes zum Ringspalt 22 erfolgt über die Strömungsöffnungen oder Schlitze 17, von denen z.B. acht Stück ra­ dial in den Ventilsitzkörper 5 eingearbeitet sind. Der als Anschlag für den Anker 10 dienende, kegelstumpfförmige Auflagekegel 27 im Ventilsitzkörper 5 hat eine Mantellänge, die in etwa dem mittleren Durchmesser des Auflagekegels 27 entspricht.

Am Anker 10 ist noch ein Hinterschnitt 37 vorgesehen, wodurch das hydraulische Kleben minimiert und die Auflage stabilisiert wird. Damit ergibt sich eine radiale und axiale Führung des Verbindungs­ teiles 9 und des Ankers 10. Die kurze Anschlagfläche 13 gemäß Fig. 2 erfordert im Strömungsquerschnitt 16 noch eine zusätzliche hydrau­ lische Führung. Auch hat die hydraulische Zentrierung gemäß den Ausführungsbeispielen der Fig 1 und 2 einen so begrenzten Kraftzu­ wachs als Funktion der Auslenkung aus der Mitte, daß eine ideale Zentrierung nicht mehr möglich ist. Letzteres gilt insbesondere bei Zentraleinspritzsystemen, die kleinen Druck oder große bewegte Elemente (große Einspritzmenge) verwenden. Eine hydraulische Zen­ trierung erfordert Vordrosselung, so daß der entsprechende Druck zur Aufbereitung des Kraftstoffes fehlt.

Die Strömungsöffnungen oder Schlitze 17 müssen nicht entlang des gesamten Konus laufen, sondern sie können auch bei relativ großem Ventilkörperdurchmesser einen umlaufenden Ring 36 im Ventilsitz­ körper 5 aussparen. In diesem Fall müssen dann die Schlitze 17 den Ventilsitzkörper 5 lochartig durchbrechen. Es sei noch darauf hin­ gewiesen, daß der Hinterschnitt 37 eine Schwachstelle bildet, über die der Hub und damit der Durchfluß durch plastische Verformung durch Drücken auf den Verbindungsteil 9 und den Anker 10 exakt eingestellt wird.

Fig. 4 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Die ungleichnamig magnetisierten, rotationssymmetrischen Magnetpo­ le 11, 11′ üben auf den ferromagnetischen Anker 10 eine schaltbare Kraft aus. Damit kann der Anker 10 mit dem, wie in Fig. 3 entlang der Linie 35 angeschweißten, unmagnetischen Ventilteil 2 nach oben gezogen werden, damit der Kraftstoff aus dem Ringquerschnitt 15 im Ringspalt 22 gesperrt wird. Ohne magnetische Spannung der Magnet­ pole 11, 11′ fällt der Anker 10 durch den Druck des Kraftstoffes ab und der Ringspalt 22 öffnet.

Die Weite des Ringspaltes 22 in dieser Stellung muß genau festlie­ gen, weil einerseits die Zumessung des Kraftstoffes bei nichtausge­ bauter Hubdrosselung proportional zum Hub ist und weil andererseits die Rotationssymmetrie der eingespritzten Kraftstoffmenge, insbe­ sondere bei dem dargestellten Single-Point-Ventil (Zentraleinsprit­ zung) sehr wichtig ist. Erfindungsgemäß werden nun die Auflagerflä­ chen 43 und 55 des Ankers 10 und des Ventilsitzkörpers 5 als Kugel­ kalotten ausgebildet, deren Kugelmittelpunkt M mit dem der Kugel­ kalottenfläche 44 auf dem Ventilteil 2 und dem der Luftspalte 51 identisch ist. Verschiebt sich also der Anker 10 auf der Auflager­ fläche 43, so ändert sich die Weite des Ringspaltes 22 nicht, womit die Spritzdaten konstant bleiben. Die Verschiebung auf der Aufla­ gerfläche 43 wird durch Radiallager 45 eingeschränkt. Dieses Ra­ diallager 45 kann beispielsweise am äußeren Umfang der Auflager­ fläche 43 vorgesehen sein. Es kann auch an anderen Stellen, wie dem Innenumfang der Auflagerfläche 43, vorhanden sein. Es ist auch mög­ lich, daß das Radiallager 45 ganz entfällt und man sich mit der Zentrierung durch übereinanderliegende Kanten des Magnetsystems begnügt. Im Bereich 46 des Innenpols 11 sind deshalb die Durchmes­ ser D _I und D _II gleich. Die Kanten sind für maximale Zentrierung und Kraft scharf ausgeführt. Ähnliches gilt auch für die Fläche 48 des Außenpoles.

Die beiden Magnetpole 11, 11′ sind gegebenenfalls über ein Dicht­ element 41 verbunden, dann behindert das eingeschlossene Volumen 47 des Kraftstoffes zwischen der Ankeroberfläche und den Magnetpo­ len wegen des engen Spaltes an der Fläche 48 eine schnelle Anker­ bewegung. Daher können z.B. axiale oder aus Gründen der Bearbeit­ barkeit, leicht schräge Druckausgleichsbohrungen 42 zwischen dem Volumen 47 und dem Ringquerschnitt 15 bzw. einem Zustromraum 49 vorgesehen werden. Die Kraftstoffzufuhr zum Ringraum 15 erfolgt aus dem Zustromraum 49 über Schlitze 50 im Ventilsitzkörper 5.

Eine Hinterschneidung der Schweißlinie 35 stellt beim axialen Drücken auf Anker 10 und Ventilteil eine Schwachstelle der Festig­ keit dar, so daß beim Drücken hier leicht eine bleibende plastische Verformung ohne große Rückfederung zum Hubabgleich auftritt. Der Winkel der Nahtstelle und die Form der Umgebung sind so gewählt, daß der Scherspannung ein ausreichender Druck überlagert ist, um ein Reißen der Schweißnaht zu verhindern. Die Planfläche 52 am An­ ker 10 dient zum Aufbringen dieser Kraft und zur Kontaktierung und Senkrechtstellung des Ankers 10 beim Widerstandsschweißen entlang der Linie 35.

Fig. 5 zeigt eine der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ähnliche Ausführungs­ form, jedoch mit zentraler Kraftstoffzufuhr 57, die über Bohrungen oder Schlitze 58 mit dem Ringquerschnitt 15 verbunden ist.

Die Ausführungsform gemäß den Fig. 4 und 5 hat gegenüber den Ausfüh­ rungsformen der Fig. 1 bis 3 noch eine Reihe weiterer Vorteile. Die Bohrung 53 im Ventilsitzkörper 5 ist vergrößert und mit größerem Durchmesser 53 vergrößert sich auch der Durchmesser der Verbindungs­ stelle Anker-Ventilkörper und damit dessen Möglichkeit präziserer Bearbeitung. Zusätzlich können die kegelförmige Kegelfläche 54 und die kugelkalottenförmige Auflagerfläche 55 im Ventilsitzkörper 5 in einer Aufspannung von einer Seite bearbeitet werden. Damit besteht keine Exzentrizität zwischen diesen Flächen. Ein Beitrag zur Un­ symmetrie des Kraftstoffstrahles wird vermieden. Die Vergrößerung der Bohrung 53 bedeutet auch die Möglichkeit mehr Schlitze 50 in den Ventilsitzkörper 5 einzubringen, wodurch sich eine gleichmäßi­ gere Kraftstoffzufuhr zum Ringspalt 22 ergibt, und zwar insbeson­ dere dann, wenn man aus Gründen ihrer günstigeren Herstellung, z.B. Prägen, eine Mindestbreite verlangt und wenn man die Gesamtfläche dieser Schlitze wegen des Druckabfalles vorgibt. Der größere Quer­ schnitt des Verteilerringes bei größerer Bohrung 53 verbessert die Kraftstoffverteilung weiter.

Der Abstand 29 zwischen den Fußpunkten der Schlitze 50 und dem Ringspalt 22 ist bei gleicher Bauhöhe des Ankers kleiner als bei dem langen Kegel nach Fig. 3. Dies verbessert die gleichmäßige Ver­ teilung des Kraftstoffes zum Ringspalt ohne aufwendige Maßnahmen. Ein größerer Abstand 29 verbessert auch die Prägemöglichkeit der Schlitze 50, weil die mögliche Prägetiefe mit dem Abstand 29 zu­ nimmt.

Bei kreissymmetrischen Magnetsystemen hat die wegen der Form der Auflagerfläche eher scheibenförmige Konstruktion des Ankers 10 nach Fig. 4 den Vorteil, besser an die magnetischen Forderungen an­ gepaßt zu sein, denn kreissymmetrische Magnetsysteme haben in der Mitte keinen Magnetfluß, so daß hier auch kein Magnetleiterquer­ schnitt erforderlich ist. Stattdessen ladet die Scheibe weiter aus, weil zwei Luftspalte in Fig. 4 gegenüber einem in den Fig. 1 bis 3 vorkommen und weil diese jeder für sich breiter als in den Fig. 1 bis 3 sein sollten, um den Streufluß wegen der viel größe­ ren Länge des Luftspaltes 51 nicht zu sehr über den Wert der Fig. 1 bis 3 wachsen zu lassen.

Die flache Lagerkonstruktion nach den Fig. 4 und 5 bietet auch eine bessere Möglichkeit der Anbringung von Bohrungen zur Kraft­ stoffzufuhr oder zum Druckausgleich. Dies wird insbesondere bei der zentralen Kraftstoffzufuhr 57 nach Fig. 5 deutlich. Die zen­ trale Kraftstoffzufuhr 57 kann bei der Konstruktion nach Fig. 4 kürzer als bei Fig. 3 gehalten werden, und, wie bereits erwähnt, gestattet der größere Durchmesser 53 die problemlose Einbringung einer Vielzahl von Bohrungen oder Schlitzen 50, von denen der Kraftstoff aus dem Zustromraum 49 heraus ohne große Unsymmetrie der Strömung in den Ringquerschnitt 15 geleitet werden kann.

Durch die weitausladende, flache Lagerkonstruktion ergibt sich auch ein relativ großer Durchmesser der Planfläche 52. Sie ermöglicht eine gegen Reibung und Schmutzpartikel unempfindliche Senkrecht­ stellung des Ankers 10 beim Widerstandschweißen mit dem Ventilteil 2 und beim plastischen Verformen zur Hubeinstellung. Die Ausrich­ tung gemäß Fig. 4 ist nicht an eine Gleitbewegung innerhalb der Auflagerflächen gebunden, daher darf der Winkel α beliebig gegen Null gehen. Der wegen der Konzentrizität der Kugelkalotten größere Winkel β muß jedoch ein Gleiten gerade noch ermöglichen und ist so festgelegt. Ein besonders kleiner Winkel α ergibt aus geometri­ schen Gründen bei konstanter Abnutzungsdichte des Lagers einen kleineren Hubfehler. Schlägt der Anker 10 leicht schief im Sitz auf, so ergibt das weitausladende Lager ein größeres Richtmoment als bei der Fig. 3. Daher stellt sich die endgültige Lage des Ankers 10 bei Fig. 4 schneller ein. Ein kleinerer Winkel α erhöht auch die Magnetkräfte und es werden die mechanische Stabilität und die Ko­ sten der Bearbeitung gesenkt.

Erwähnt sei noch, daß der Kugelkalottenmittelpunkt M im Grenzfall im Unendlichen liegen kann, so daß die Kugeln dann in Ebenen über­ gehen. Da dann gilt Winkel β=0, wird der Ventilteil 2 nicht mehr zentriert. Aus Zumeßgründen ist eine Zentrierung auch nicht erfor­ derlich. Die Dichtung erfolgt bei M gegen Unendlich mit Flächen; es kann aber auch durch einen Ringwulst zumindest auf einer dieser Flächen ersetzt werden. Bei Berücksichtigung des Verschleißein­ schlages des Materials der Dichtstelle ist jedoch eine definierte Zentrierung vorzuziehen, wie sie bei β<0 gegeben ist. Auch der Reinigungseffekt ist bei β<0 besser definiert. Der Kugelkalotten­ mittelpunkt M kann theoretisch auch oberhalb des Ringspaltes 22 liegen. Dann wird β<0 und eine Zentrierung und definierte Reini­ gung findet wieder statt. Bei den Ausführungsformen nach Fig. 4 und 5 ergibt sich eine kurze Zumeßblende, die sich aus einer kurzen kegelförmigen Gegenfläche 54 in dem Ventilsitzkörper 5 und einer insbesondere nach außen übergreifenden langen Kugelkalottenfläche 44 auf dem Ventilteil 2 ergibt. Durch den Coanda-Effekt strömt der Kraftstoff an dem scharfkantigen Ende der Gegenfläche 54 weiter entlang der Kugelkalottenfläche 44. Er reißt am scharfkantigen En­ de der Kugelkalottenfläche 44 ab und strahlt etwa tangential zur Oberfläche der Kugelkalotte in die Luft ab. Durch den Sog der Ka­ lotte auf den Kraftstoff wird der Kraftstoff nach außen umgelenkt. Es entsteht Turbulenz und damit Zerstäubung. Dieser Effekt wird bekanntlich eingesetzt zur Durchmischung von Luft oder zur Bildung sehr weiter Spritzkegel.

Fig. 6 zeigt nun eine weitere Ausführung der Erfindung. Ist der An­ ker 10 durch den Druck des Kraftstoffes nach unten abgefallen, d.h., hat der Ringspalt 22 geöffnet, so strömt der Kraftstoff in der Ab­ rißkante 60 des Ventilteiles 2 entlang einer Kugelfläche 61 auf dem Ventilsitzkörper 5. Diese Sogwirkung des Coanda-Effektes wird hier nicht zur Umlenkung des Kraftstoffes benutzt, sondern lediglich zur Fixierung der Kraftstofflamelle auf der Fläche 61. Entspre­ chend der Vergrößerung des Radius der Fläche 61 entlang der Kraft­ stoffbahn nimmt die Lamellendicke, wie gewünscht, ab, da die Ge­ schwindigkeit fast konstant bleibt. Der Kraftstoff wird gegen eine Prallfläche 62 gestrahlt, wo eine scharfe Umlenkung und Ver­ wirbelung stattfindet. Die Höhe H der Prallfläche 62 definiert den Winkel des Spritzkegels, und zwar γ gegen 0 für H gegen Un­ endlich. In Fig. 8 ist ein Detail X der Fig. 6 näher dargestellt und es ist hier die Möglichkeit einer Hinterschneidung 63 an der Schnittlinie zwischen den Flächen 61 und 62 gezeigt, um die Turbu­ lenz zu erhöhen. Eine weitere Hinterschneidung 67 kann zur Schär­ fung der Abrißkante am Ende der Prallfläche 62 dienen, und somit haftende Tropfen verhindern. Die Größe der scharfen Umlenkung wird außer durch den Winkel γ auch durch den Winkel β bestimmt. Klei­ neres oder negatives β, siehe Fig. 7, ergibt eine stärkere Umlen­ kung und damit kleinere Tropfen bei der definierten Lamellendicke. Für den Winkel der Spritzwand δ kann auch gelten w≠0.

In Fig. 7 ist die Ventilsitzfläche 68 eine Kugelkalotte mit dem Mit­ telpunkt M, die am Umfang 64 in eine aufwärtsführende Kegelfläche 61 übergeht, an welche sich über einen Radius der Hinterschneidung 63 die nach unten führende Prallfläche 62 anschließt, die den Kraftstoff mehr oder weniger parallel oder in Richtung zur Ventil­ längsachse lenkt. Die Dichtfläche 65 des Ventilteiles 2 kann als Kegelmantel oder Kugelkalotte ausgebildet sein. Der Zylinder 66 dient zum mechanischen Schutz der Elemente und ist so ausgeführt, daß der Flüssigkeitsstrahl diesen Zylinder nicht berührt.

Die Fig. 1 bis 5 haben weder eine Prall- noch eine Drallaufberei­ tung, d.h. keine räumlich begrenzte scharfe Erzeugung von Turbu­ lenz. Der Coanda-Effekt erzeugt entlang der Kugelkalottenfläche 44 (Fig. 4) Turbulenz, d.h. auf einer gegen die Dicke der Flüssigkeits­ lamellen langen Strecke. Die Turbulenz beruht auf Instabilität durch den Sog der Kugelkalottenfläche 44 auf die Flüssigkeitslamel­ le. Ist diese durch unsymmetrische Einspeisung über die Schlitze 50 in einem Winkelbereich dicker, so wird der Sog abgeschwächt und weiterer Kraftstoff auch aus den Nachbarbereichen strömt in diesen Bereich; d.h., es werden unerwünschte, makroskopische Un­ gleichverteilungen und auch große Tropfen erzeugt. Man versucht aber immer eine makroskopische Gleichverteilung und auch mikros­ kopische Ungleichverteilung, d.h. kleine Tröpfchen, zu erzielen. Daher wird bei den Vorschlägen gemäß den Fig. 6, 7 und 8 entlang der Kraftstofführung über den Kegelmantel 61 kaum Sog ausgeübt und die stabile Strömung soll auf dieser Strecke ihre makroskopische Gleichverteilung verbessern. Der Durchmesser wächst viel schneller als dies bei sonst üblichen Ventilen gegeben ist. Daher wird die Lamelle auf dieser Strecke auf der Kegelfläche 61 wie erwünscht etwa proportional dünner, d.h., auf dem direktesten Weg zur klei­ nen Tröpfchengröße. An der Prallfläche 62 wird mikroskopische Tur­ bulenz, Strömungsradien mit vergleichbarer Lamellendicke, erzeugt, d.h., aus der bereits dünnen Lamelle entstehen feinste Tröpfchen.

Die Energie der Turbulenz kann mit dem Winkel β auf die Prallflä­ che 62 stark beeinflußt werden, wobei ein kleinerer Winkel b die Turbulenz erhöht. Die Lamelle insbesondere für große Spritzwinkel γ kann so stark turbulent gemacht werden, daß die Verteilung des Kraftstoffes auch innerhalb des Winkels γ beeinflußt werden kann. Weitere Einflußgrößen auf den Winkel γ sind H, δ und die Hinter­ schneidung. Die Verteilung der Tropfen wird somit ein kreissymme­ trischer Ring, dessen Breite durch die erzeugte Turbulenz für die Praxis beliebig beeinflußt werden kann. Die Tröpfchengröße ist kleiner als bei der bekannten Coanda-Aufbereitung.

Diese letztere Ausführungsform hat eine bewegte Masse, die struk­ turell niedriger im Vergleich zu dem Bekannten ist. Die flachere Bauform des Ventilkörpers ergibt bessere Standfestigkeit beim Schweißen und Hubjustieren und das kritische bewegte Element ist weiter in das Ventil zurückgesetzt und damit unempfindlicher gegen Beschädigung.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Kegelfläche 61 nicht unbe­ dingt zu einem Kreiskegel gehören muß, wenn z.B. bei zwei Einlaß­ ventilen pro Motorzylinder zwei Fächerstrahlen gewünscht werden, kann ausgehend von Fig. 7 das Ventil entsprechend der Fig. 9 gestal­ tet werden, die einen Schnitt in der Nullschnittebene zeigt. Die Fig. 10 zeigt dasselbe Ventil im 90°-Schnitt. Durch die Zentrifu­ galkraft und Verlängerung der Kegelfläche 61 wird der Kraftstoff auf diese geschleudert, so daß die gewünschten zwei Fächer entste­ hen. Bei der Fig. 10 führt die Kegelfläche 69 keinen Kraftstoff. Vorteilhaft ist, daß sich die Strömung an der Ventilsitzfläche 65 dadurch kaum ändert. Dadurch ändert sich auch der Hub nicht oder das Totvolumen wie bei innen zu messenden Ventilen.

Claims (12)

1. Elektromagnetisch betätigbares Ventil, insbesondere Kraftstoff­ einspritzventil für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftma­ schinen mit einem Kern (11, 11′) und einem, ein mit einem festen Ventilsitz (4) zusammenwirkendes Ventilteil (2) betätigenden Anker (10) aus weichmagnetischem Material, wobei ein Dichtteil (3) des Ventilteiles (2) zur Öffnung des Ventiles nach außen bewegbar ist, und der Anker (10) mit einem eine Strömungsbohrung (53) eines Ven­ tilsitzkörpers (5) durchragenden Verbindungsteil (9) mit dem Ven­ tilteil (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ven­ tilsitzkörper (5) ein kegelstumpfförmiger Auflagekegel (27) einge­ arbeitet ist, bei dem die Länge der Mantellinie in etwa dem mittle­ ren Durchmesser des Auflagekegels (27) entspricht, und daß der An­ ker (10) auf der vom Kern (11, 11′) abgewandten Seite einen kegel­ stumpfförmigen Mantel hat, der mit einem Großteil des Auflagekegels in Eingriff bringbar ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im kegel­ stumpfförmigen Mantel des Ankers (10) ein Hinterschnitt (37) vor­ gesehen ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Auflagekegel (27) Schlitze (17) eingearbeitet sind, die sich über einen Teil des Auflagekegels (27) erstrecken, an einem Ring (36) enden und den Ventilsitzkörper (5) durchbrechen.

4. Elektromagnetisch betätigbares Ventil, insbesondere Kraftstoff­ einspritzventil für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftma­ schinen mit einem Kern (11, 11′) und einem, ein mit einem festen Ventilsitz (4) zusammenwirkendes Ventilteil (2) betätigender An­ ker (10) aus weichmagnetischem Material, wobei ein Dichtteil (3) des Ventilteiles (2) zur Öffnung des Ventiles nach außen bewegbar ist, und der Anker (10) mit einem eine Strömungsbohrung (53) eines Ventilsitzkörpers (5) durchragenden Verbindungsteil (9) mit dem Ventilteil (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der An­ ker (10) und der Ventilsitzkörper (5) einander zugewandte, kugel­ kalottenförmig ausgebildete Auflagerflächen (43, 55) haben.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dicht­ teil (3) eine Oberfläche in Form einer Kugelkalotte (44) hat und sich vorzugsweise über die Gegenfläche (54) am Ventilsitzkörper (5) hinaus erstreckt, und daß der Mittelpunkt (M) für die kugel­ kalottenförmigen Auflagerflächen (43, 55), den Dichtteil (3) und den Luftspalt (51) zwischen Anker (10) und Kernen (11, 11′) iden­ tisch ist.

6. Ventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilsitzkörper (5) Radiallager (45) für den Anker (10) vorgese­ hen sind.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kerne (11, 11′) über ein Dichtelement (41) verbunden sind und der Anker (10) axiale bzw. leicht schräge Druckausgleichs­ bohrungen (42) zwischen einem Sammelraum mit Ringquerschnitt (15) bzw. einem Zustromraum (49) hat.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsitzfläche (68) des Ventilsitzkörpers (5) kugelka­ lottenförmig ist.

9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kugel­ kalottenförmige Ventilsitzfläche (4, 68) in eine Kegelfläche (61) übergeht.

10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventil­ sitzfläche (4, 68) in einer Prallfläche (62) endet.

11. Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Übergang zwischen Ventilsitzfläche (4, 68) und Prallfläche (62) eine Hinterschneidung (63) aufweist.

12. Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Schärfung der Abrißkante am Ende der Prallfläche (62) eine Abschrägung vorhanden ist.