DE3933758A1

DE3933758A1 - ELECTROMAGNET

Info

Publication number: DE3933758A1
Application number: DE19893933758
Authority: DE
Inventors: Nestor Dipl In Rodriguez-Amaya; Friedrich Dipl Ing Weiss; Alfred Dr Ing Dr Schmitt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-10-10
Filing date: 1989-10-10
Publication date: 1991-04-18
Also published as: WO1991006109A1

Abstract

An electromagnet, especially for use in pilot valves for the direct control of the quantity of fuel injected in fuel injection pumps, has a pot magnet (25) of soft magnetic material, an annular exciting coil (30) and an armature (29) arranged in front of the pot magnet with a working air gap. To improve the dynamic behaviour of the electromagnet (20), i.e. to obtain extremely short switching times, with a simple technical construction of the magnetic circuit, the pot magnet (25) and/or armature (29) made as a solid component has an even number of at least four radial slots (41) passing through the pot magnet (25) or the armature (29) over its entire axial length. Successive radial slots (41a, 41b) extend alternately from the outer or inner surface (321 or 311) and terminate there, leaving a solid section of material (42 or 43).

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Elektromagneten, insbesondere zur Verwendung in Schaltventilen zur direkten Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge bei Kraftstoffeinspritzpumpen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.The invention is based on an electromagnet, especially for use in switching valves for direct Control of the fuel injection quantity Fuel injection pumps, which in the preamble of Claim 1 defined genus.

Bei Kraftstoffeinspritzpumpen mit direkter Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge mittels eines elektromagnetischen Schaltventils wird üblicherweise die pro Pumpenkolbenhub zugemessene Kraftstoffmenge in eine Voreinspritz- und eine Haupteinspritzmenge aufgeteilt, die je nach Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine zeitlich und massemäßig im Verhältnis sehr unterschiedlich sein können. Wichtig für die hochgenaue Zumessung und damit für die Ausbildung stabiler Betriebszustände der Brennkraftmaschine ist ein elektromagnetisches Schaltventil mit extrem kurzen Schaltzeiten, das also mit Anlegen eines Steuerimpulses mit extrem geringer Verzögerung anspricht. Kurze Schaltzeiten des Elektromagneten werden durch Blechung des Magnetkreises erreicht, da hierdurch die Ausbildung von Wirbelströmen im Weicheisen reduziert wird und damit der Auf- und Abbau des Magnetflusses im Magnetkreis wesentlich schneller erfolgt.For fuel injection pumps with direct control of the Fuel injection quantity by means of an electromagnetic Switching valve is usually the per pump piston stroke metered amount of fuel into a pre-injection and a Main injection quantity divided depending on the load and Speed of the internal combustion engine in terms of time and mass Ratio can be very different. Important for that high-precision metering and therefore more stable for training Operating states of the internal combustion engine is on electromagnetic switching valve with extremely short Switching times, i.e. with the application of a control pulse extremely low delay. Short switching times of the electromagnet are made by laminating the magnetic circuit achieved since this causes the formation of eddy currents in the Soft iron is reduced and thus the assembly and disassembly of the Magnetic flux in the magnetic circuit takes place much faster.

Bei Schaltventilen für Kraftstoffeinspritzpumpen verwendet man wegen des beschränkten Einbauraums topfförmige Elektromagnete. Die Blechung muß damit in Radialrichtung erfolgen. Bei einem bekannten Elektromagneten der eingangs genannten Art (US-PS 24 98 702) erreicht man die notwendige Blechung in Radialrichtung dadurch, daß der Magnettopf und ggf. der Magnetanker aus einem Ring von in Umfangsrichtung gefaltetem Weicheisenblech (siehe dort Fig. 1-3) hergestellt wird. Der Ring wird nach Faltung außen abgestochen, so daß die äußeren Verbindungen der einzelnen Faltstreifen aufgetrennt werden, und mit einer Außenhülle zusammengehalten. Wegen des nach außen zunehmenden Durchmessers des gefalteten Rings sind die einzelnen Faltstreifen mit unterschiedlicher radialer Länge ausgeführt. Ein solches Herstellungsverfahren ist sehr aufwendig und entsprechend kostenträchtig.In the case of switching valves for fuel injection pumps, cup-shaped electromagnets are used because of the limited installation space. The sheet must therefore be made in the radial direction. In the case of a known electromagnet of the type mentioned at the beginning (US Pat. No. 2,498,702), the necessary lamination in the radial direction is achieved in that the magnet pot and possibly the magnet armature consist of a ring of soft iron sheet folded in the circumferential direction (see there FIGS. 1-3). will be produced. After folding, the ring is tapped on the outside, so that the outer connections of the individual folding strips are separated, and held together with an outer cover. Because of the outwardly increasing diameter of the folded ring, the individual folding strips are designed with different radial lengths. Such a manufacturing process is very complex and accordingly expensive.

Advantages of the invention

Der erfindungsgemäße Elektromagnet mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der Magnetkreis des Elektromagneten kostengünstig in Massivbauweise hergestellt und anschließend mit den erfindungsgemäßen Schlitzen versehen werden kann. Dies ist kostensparend, da alle bei geblechtem Magnettopf bzw. Magnetanker erforderlichen arbeitsaufwendigen Fertigungsmaßnahmen, wie Isolierung der Faltstreifen, Abstechen, Abschleifen auf ein rotationssymmetrisches Maß, Befestigung mittels einer Außenhülle, etc, entfallen. Durch die Schlitzung wird ein mäanderförmiger Pfad für die Wirbelströme geschaffen, wodurch der Wirbelstromwiderstand des Magnetkreises bedeutend erhöht wird. Bereits bei der kleinsten Anzahl von insgesamt vier, vorzugsweise um 90° Umfangswinkel gegeneinander versetzten Schlitzen konnte nachgewiesen werden, daß eine wesentliche Verbesserung der Dynamik des Elektromagneten gegenüber einem Elektromagneten mit massivem Magnettopf erzielt wird. Bei insgesamt 12 Schlitzen im massiven Magnettopf, die jeweils um 30° gegeneinander versetzt sind, konnte die gleiche dynamische Verbesserung erzielt werden, wie sie der bekannte Elektromagnet mit in Radialrichtung geblechtem Magnettopf aufweist. Je nach Grad der gewünschten dynamischen Verbesserung des Elektromagneten kann sowohl die Anzahl als auch die Länge der Schlitze - bzw. die Breite des verbleibenden Materialstegs - variiert werden.The electromagnet according to the invention with the characteristic Features of claim 1 has the advantage that the magnetic circuit of the electromagnet inexpensively in Solid construction manufactured and then with the slots according to the invention can be provided. This is cost-saving, as all of them with a laminated magnetic pot or Magnetic armature required labor-intensive Manufacturing measures, such as insulation of the folding strips, Parting, grinding to a rotationally symmetrical dimension, Fastening by means of an outer shell, etc., is not necessary. By the slitting becomes a meandering path for the Eddy currents created, reducing the eddy current resistance of the magnetic circuit is significantly increased. Already at the smallest number of four in total, preferably by 90 ° Circumferential angle staggered slots demonstrated that a significant improvement in Dynamics of the electromagnet compared to an electromagnet is achieved with a solid magnetic pot. With a total of 12 Slits in the massive magnetic pot, each by 30 ° offset from each other, could be the same dynamic Improvement can be achieved, as the known Electromagnet with a magnetic pot that is laminated in the radial direction having. Depending on the degree of dynamic desired Improving the electromagnet can both the number also the length of the slots - or the width of the remaining web of material - can be varied.

drawing

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenThe invention is illustrated in the drawing Exemplary embodiments in the description below explained in more detail. Show it

Fig. 1 einen Längsschnitt eines elektromagnetischen Schaltventils für eine Kraftstoffeinspritz pumpe, Fig. 1 a longitudinal section of a pump electromagnetic switching valve for a fuel injection,

Fig. 2 bis 4 jeweils eine Draufsicht eines Magnettopfes im Elektromagneten des Schaltventils in Fig. 1 gemäß dreier Ausführungsbeispiele. FIGS. 2 to 4 each show a plan view of a pot magnet in the solenoid of the switching valve in Fig. 1 in accordance with three exemplary embodiments.

Description of the embodiments

Das in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Magnetventil 10, das in Verbindung mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe arbeitet und den Förderbeginn und das Förderende der Kraftstoffeinspritzung festlegt, ist bekannt und in seinem Aufbau und in seiner Funktionsweise in Verbindung mit einer als Pumpedüse ausgebildeten Kraftstoffeinspritzpumpe in der DE-OS 35 23 536 beschrieben. Es weist einen Ventilkörper 11 auf, der einen Ventilraum 12 und eine axiale Führung 13 für eine elektromagnetisch betätigte Ventilnadel 14 enthält. Die Ventilnadel 14 wirkt mit einem Ventilsitz 15 zusammen, der eine Ventilöffnung 16 umgibt. Die Ventilöffnung 16 unterteilt den Ventilraum 12 in einen Hochdruck- und einen Niederdruckabschnitt, die jeweils an einer Hochdruckbohrung 17 bzw. Niederdruckbohrung 18 angeschlossen sind. Beide Bohrungen 17, 18 münden in der als Dichtfläche ausgebildeten Stirnfläche des Ventilkörpers 11. Bei der Montage des Magnetventils 10 auf einen Gehäusestutzen einer Pumpedüse werden die stirnseitigen Öffnungen der Bohrungen 17, 18 von kongruenten Öffnungen entsprechender Bohrungen in dem Gehäusestutzen überdeckt. Die Verbindung von Ventilkörper 11 und Gehäusestutzen erfolgt mittels einer Überwurfmutter 19.The solenoid valve 10 shown in longitudinal section in FIG. 1, which works in conjunction with a fuel injection pump and defines the start and end of delivery of the fuel injection, is known and its structure and mode of operation in connection with a fuel injection pump designed as a pump nozzle in DE- OS 35 23 536. It has a valve body 11 which contains a valve chamber 12 and an axial guide 13 for an electromagnetically actuated valve needle 14 . The valve needle 14 cooperates with a valve seat 15 which surrounds a valve opening 16 . The valve opening 16 divides the valve chamber 12 into a high-pressure and a low-pressure section, which are each connected to a high-pressure bore 17 and low-pressure bore 18 . Both bores 17 , 18 open into the end face of the valve body 11, which is designed as a sealing surface. When the solenoid valve 10 is mounted on a housing nozzle of a pump nozzle, the front openings of the bores 17 , 18 are covered by congruent openings of corresponding bores in the housing nozzle. The valve body 11 and the housing connector are connected by means of a union nut 19 .

Auf dem Ventilkörper 11 ist ein Ventildeckel 21 aufgesetzt, der mittels einer überwurfartigen Hülse 22 am Ventilkörper 11 verschraubt ist. Zwischen Ventilkörper 11 und Ventildeckel 21 ist ein Elektromagnet 20 zur Betätigung der Ventilnadel 14 eingespannt, die bei stromlosem Elektromagneten 20 unter der Wirkung einer Ventilöffnungsfeder 23 an einem Hubanschlag 24 im Ventildeckel 21 anliegt. In dieser Stellung hebt die Ventilnadel 14 unter Freigabe der Ventilöffnung 16 vom Ventilsitz 15 ab. Der Elektromagnet 20 weist einen Magnettopf 25 aus weichmagnetischem Material mit einliegender ringförmiger Erregerspule 30, ein stirnseitig den Magnettopf 25 abdeckendes ringförmiges Rückschlußjoch 26 und einen dem Magnettopf 25 unter Belassung eines inneren Luftspaltes 27 und dem Rückschlußjoch 26 unter Belassung eines äußeren Luftspaltes 28 gegenüberliegenden, im Querschnitt T-förmigen Magnetanker 29 auf, der mit der Ventilnadel 14 fest verbunden ist und an welchem sich die Ventilöffnungsfeder 23 abstützt. Der Magnettopf 25 besitzt eine äußere hohlzylindrische Topfwand 31, einen inneren, dazu koaxialen hohlzylindrischen Topfkern 32 und einen Topfwand 31 und Topfkern 32 einstückig verbindenden Topfboden 33. Der hohlzylindrische Topfkern 32 sitzt auf einem Stutzen 34 am Ventilkörper 11 auf. In dem zwischen Topfwand 31 und Topfkern 32 begrenzten Ringraum 35 liegt die Erregerspule 30 ein, die auf einem Spulenkörper 36 aus Isoliermaterial aufgewickelt ist und deren beide Wicklungsenden mit je einem Anschlußkontakt 37,38 verbunden sind, die als Anschlußstecker 39, 40 auf der Oberseite des Ventildeckels 21 axial vorstehen.On the valve body 11, a valve cover 21 is mounted, which is screwed by means of a cap-like sleeve 22 on the valve body. 11 An electromagnet 20 for actuating the valve needle 14 is clamped between the valve body 11 and the valve cover 21 and, when the electromagnet 20 is de-energized, bears against a stroke stop 24 in the valve cover 21 under the action of a valve opening spring 23 . In this position, the valve needle 14 lifts off the valve seat 15 with the valve opening 16 released . The electromagnet 20 has a magnet pot 25 of soft magnetic material with captive annular exciting coil 30, an end face of the magnet pot 25 covering ring-shaped yoke 26 and a magnetic cup 25, leaving an inner air gap 27 and the yoke 26 opposite leaving an outer air gap 28, in cross-section T-shaped magnet armature 29 , which is firmly connected to the valve needle 14 and on which the valve opening spring 23 is supported. The magnet pot 25 has an outer hollow cylindrical pot wall 31 , an inner, hollow cylindrical pot core 32 and a pot wall 31 and pot core 32 integrally connecting the pot bottom 33 . The hollow cylindrical pot core 32 is seated on a nozzle 34 on the valve body 11 . In the annular space 35 delimited between the pot wall 31 and the pot core 32 , there is the excitation coil 30 , which is wound on a bobbin 36 made of insulating material and the two winding ends of which are each connected to a connection contact 37, 38 , which as a connector 39 , 40 on the top of the Project valve cover 21 axially.

Wie in Fig. 2 zu sehen ist, weist der aus massivem weichmagnetischen Material hergestellte Magnettopf 25 acht Radialschlitze 41 auf, die den Magnettopf 25 in dessen vollen axialen Länge durchsetzen, wobei zwei Gruppen von unterschiedlich ausgebildeten Radialschlitzen 41a und 41b vorhanden sind. Beide Gruppen von Radialschlitzen 41a und 41b sind ineinander geschachtelt, so daß jeweils in Umfangsrichtung auf einen Radialschlitz der Gruppe 41a ein Radialschlitz der Gruppe 41b folgt. Die Radialschlitze der Gruppe 41a gehen von der äußeren Mantelfläche 311 der äußeren Topfwand 31 aus, erstrecken sich bis nahe an die innere Mantelfläche 321 des Topfkerns 32 und enden dort unter Belassung eines Materialsteges 42. Die Radialschlitze der Gruppe 41b gehen von der inneren Mantelfläche 321 aus, erstrecken sich bis nahe an die äußere Mantelfläche 311 und enden dort unter Belassung eines Materialsteges 43. As can be seen in FIG. 2, the magnetic pot 25 made of solid, soft magnetic material has eight radial slots 41 which penetrate the magnetic pot 25 in its full axial length, two groups of differently shaped radial slots 41 a and 41 b being present. Both groups of radial slots 41 a and 41 b are nested one inside the other so that a radial slot of group 41 b follows a radial slot of group 41 a in the circumferential direction. The radial slots of the group 41 a pass from the outer surface 311 of the outer cup wall 31 made, extending almost to the inner lateral surface 321 of the pot core 32 and terminate there, leaving a material web 42nd The radial slots of the group 41 b go from the inner circumferential surface 321, extending to near the outer surface 311 and terminating to leave a material web 43rd

Aufeinanderfolgende Radialschlitze 41 sind um gleiche Umfangswinkel gegeneinander versetzt, hier also um 45°. Diese Anordnung der Radialschlitze 41 erzwingt einen mäanderförmigen Verlauf der Wirbelströme, wie diese in Fig. 2 strichpunktiert angedeutet und mit Pfeilen gekennzeichnet ist. Durch diesen Zwangsverlauf der Wirbelströme wird der Wirbelstromwiderstand des Magnettopfes 25 wesentlich erhöht, somit der Auf- und Abbau des Magnetflusses im Magnetkreis wesentlich beschleunigt, so daß der Elektromagnet 20 extrem kleine Schaltzeiten besitzt.Successive radial slots 41 are offset from one another by the same circumferential angle, here by 45 °. This arrangement of the radial slots 41 enforces a meandering course of the eddy currents, as indicated by dash-dotted lines in FIG. 2 and indicated by arrows. Due to this forced course of the eddy currents, the eddy current resistance of the magnetic pot 25 is significantly increased, thus the build-up and breakdown of the magnetic flux in the magnetic circuit is considerably accelerated, so that the electromagnet 20 has extremely short switching times.

Der in Fig. 3 in Draufsicht dargestellte Magnettopf 25 weist insgesamt zwölf Radialschlitze 41 auf, die in den beiden Gruppen von unterschiedlich ausgebildeten Radialschlitzen 41a, 41b gleichmäßig über den Umfang des Magnettopfes 25 verteilt sind. Die Radialschlitze 41a bzw. 41b sind wie in Fig. 2 ausgebildet. Bei dieser Ausbildung des Magnettopfes 25 mit insgesamt zwölf Radialschlitzen 41 erhält man eine gleiche dynamische Verbesserung des Elektromagneten gegenüber einem Elektromagneten mit ungeschlitztem massiven Magnettopf wie sie mit bekannten Elektromagneten mit radial geblechtem Magnettopf üblicherweise erzielt wird.The magnetic pot 25 shown in plan view in FIG. 3 has a total of twelve radial slots 41 , which are distributed uniformly over the circumference of the magnetic pot 25 in the two groups of differently designed radial slots 41 a, 41 b. The radial slots 41 a and 41 b are formed as in Fig. 2. With this design of the magnetic pot 25 with a total of twelve radial slots 41 , the same dynamic improvement of the electromagnet as compared to an electromagnet with an unslotted solid magnetic pot is obtained, as is usually achieved with known electromagnets with a radially laminated magnetic pot.

Je nach Grad der gewünschten dynamischen Verbesserung des Elektromagneten 20 gegenüber einem solchen mit ungeschlitztem massiven Magnettopf kann sowohl die Anzahl als auch die Länge der Radialschlitze 41 - bzw. die Breite der verbleibenden Materialstege 42, 43 - variiert werden. Die Anzahl der Radialschlitze 41 ist dabei immer geradzahlig, jedoch mindestens vier. In Fig. 4 ist ein Magnettopf 25 dargestellt, der insgesamt sechs Radialschlitze 41 aufweist, wobei die Radialschlitze 41a der einen Gruppe nur bis hin zum Topfkern 32 und die Radialschlitze 41b der anderen Gruppe nur bis hin zur Topfwand 31 reichen. Die verbleibenden Materialstege 42, 43 sind also wesentlich größer als bei dem Magnettopf 25 gemäß Fig. 2 und entsprechen der radialen Breite von Topfkern 32 bzw. Topfwand 31. Das dynamische Verhalten eines mit diesem Magnettopf 25 ausgerüsteten Elektromagneten 20 ist deutlich schlechter als das eines Elektromagneten 20 mit einem Magnettopf 25 gemäß Fig. 2 oder 3, kann aber in bestimmten Anwendungsfällen erwünscht sein.Depending on the degree of the desired dynamic improvement of the electromagnet 20 compared to one with an unslotted solid magnetic pot, both the number and the length of the radial slots 41 - or the width of the remaining material webs 42 , 43 - can be varied. The number of radial slots 41 is always an even number, but at least four. FIG. 4 shows a magnetic pot 25 which has a total of six radial slots 41 , the radial slots 41 a of one group only reaching as far as the pot core 32 and the radial slots 41 b of the other group only reaching as far as the pot wall 31 . The remaining material webs 42 , 43 are therefore substantially larger than in the magnetic pot 25 according to FIG. 2 and correspond to the radial width of the pot core 32 or pot wall 31 . The dynamic behavior of an electromagnet 20 equipped with this magnetic pot 25 is significantly worse than that of an electromagnet 20 with a magnetic pot 25 according to FIG. 2 or 3, but may be desirable in certain applications.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So ist es zur weiteren Verbesserung des dynamischen Verhaltens von Vorteil, auch den Magnetanker 29 und das Rückschlußjoch 26 in der gleichen Weise zu schlitzen, wie dies für den Magnettopf 25 beschrieben ist. Dabei ist es jedoch nicht erforderlich, in Magnetanker 29 und/oder Rückschlußjoch 26 die gleiche Anzahl von Schlitzen wie im Magnettopf 25 vorzusehen. Die Schlitze münden in gleicher Weise wie beim Magnettopf 25 beschrieben wechselweise in der inneren und äußeren Mantelfläche von Magnetanker 29 bzw. Rückschlußjoch 26, während zu der jeweils anderen Mantelfläche ein Materialsteg verbleibt.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described. To further improve the dynamic behavior, it is therefore advantageous to also slit the magnet armature 29 and the yoke 26 in the same manner as described for the magnet pot 25 . However, it is not necessary to provide the same number of slots in magnet armature 29 and / or yoke 26 as in magnet pot 25 . The slots open out in the same way as described for the magnetic pot 25 alternately in the inner and outer lateral surface of the magnet armature 29 or yoke 26 , while a material web remains on the respective other lateral surface.

Claims

1.Electromagnet, in particular for use in switching valves for direct control of a fuel injection quantity in fuel injection pumps with a solid magnetic pot made of soft magnetic material, which has an outer hollow cylindrical pot wall, an inner, coaxial hollow cylindrical pot core and a pot wall and pot core integrally connecting the pot bottom, with a Annular excitation coil, which lies in the annular space delimited by the pot wall and pot core, and with a hollow cylindrical magnet armature opposite the magnet core on its free end face with working air gap distance, characterized in that the magnet pot ( 25 ) and / or the magnet armature ( 29 ) has an even number of at least four radial slots ( 41 ) which penetrate the magnetic pot ( 25 ) or magnet armature ( 29 ) each in full axial length, and that successive radial slots ( 41 a, 41 b) in the circumferential direction alternately from the Ä the outer or inner lateral surface ( 311 or 321 ) extend, each extend to close to the inner or outer lateral surface ( 321 or 311 ) and each end there while leaving a web of material ( 42 or 43 ).

2. Electromagnet according to claim 1, characterized in that the radial webs ( 41 ) are arranged offset from one another by the same circumferential angle.

3. Electromagnet according to claim 1 or 2, characterized in that the magnetic pot ( 25 ) is covered by an annular yoke ( 26 ) resting on the free end face of the hollow cylindrical pot wall ( 31 ), to which the magnet armature ( 29 ) while leaving another working air gap ( 28 ) opposite, and that the yoke ( 26 ) is slotted in the same way as the magnetic pot ( 25 ) and / or the magnet armature ( 29 ).