PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3102642C2 03.09.1987
Titel Elektromagnetisches Brennstoff-Einspritzventil für Brennkraftmaschinen
Anmelder Hitachi, Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Moriya, Hisanori;
Momono, Masakichi;
Souma, Masahiro;
Nagano, Masami, Katsuta, JP
Vertreter Beetz sen., R., Dipl.-Ing.; Beetz jun., R., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Timpe, W., Dr.-Ing.; Siegfried, J., Dipl.-Ing.; Schmitt-Fumian, W., Privatdozent, Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 27.01.1981
DE-Aktenzeichen 3102642
Offenlegungstag 14.01.1982
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.09.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.09.1987
IPC-Hauptklasse F02M 51/08
Zusammenfassung Ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil enthält einen kegelförmigen Ventilsitz an einem Ende eines Kraftstoffeinspritzkanals, eine bewegbare Ventileinrichtung mit einer mit dem Ventilsitz zusammenarbeitenden Kugel, eine mit der Kugel starr verbundene Stange, einen mit der Stange starr verbundenen Tauchkolben und einen Elektromagnet zur Bewegung des Tauchkolbens. Die bewegbare Ventileinrichtung wird während ihrer Bewegung in axialer Richtung an zwei Stellen geführt, wobei sich die eine Stelle am Außenumfang der Kugel und die andere Stelle am Außenumfang der Stange befindet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Einspritzventil zur zentralen Brennstoffeinspritzung in das Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

In der - nachveröffentlichten - DE-OS 30 00 622 ist ein derartiges elektronisch angesteuertes Einspritzventil beschrieben, bei dem die mit einem konischen Ventilsitz zusammenwirkende Ventilkugel in einer an den Ventilsitz anschließenden Zylinderbohrung axial geführt und über eine flexible Stange mit einem federbelasteten Anker zu einem einteiligen Baukörper fest verbunden ist. Der Anker ist in einer zentralen Bohrung in der vorderen Gehäuse-Endkappe geführt, in welcher ein den kugelschalenförmigen Ventilsitz enthaltendes Gehäuse befestigt ist. In geschlossener Stellung begrenzt die Ventilkugel eine Wirbelkammer zwischen ihrer Berührungslinie mit dem hohlzylindrischen Ventilgehäuse einerseits und ihrer Berührungslinie mit dem Ventilsitz, in welche mehrere in einer Querebene im Ventilgehäuse angeordnete Dosierbohrungen tangential ausmünden. Der bei angehobener Ventilkugel aus einer äußeren Ummantelung durch diese Tangentialbohrungen in die Wirbelkammer unter Druck eingeführte Brennstoff bildet einen durch den sich verengenden Ventilsitz beschleunigten Wirbel und tritt in Form eines breiten Hohlkegelstrahls über die Düsenöffnung in den Ansaugkrümmer aus. Die radiale Brennstoffzuführung aus der Ummantelung in die Wirbelkammer ist jedoch problematisch, weil die Berührungsfläche zwischen der Ventilkugel und dem Ventilgehäuse gleichzeitig als Dichtfläche ausgeführt sein muß, um eine schnelle Hubbewegungen des Ventils behindernde Füllung des Ventilgehäuses oberhalb der Ventilkugel mit Brennstoff zu verhindern. Darüber hinaus werden die für Mehrzylinder- Brennkraftmaschinen notwendigen schnellen Öffnungs- und Schließzyklen des Ventilgliedes durch den flexiblen Schaft zwischen dem Anker und der Ventilkugel beeinträchtigt.

Aus der DE-OS 27 23 327 ist ferner ein elektromagnetisches Brennstoffventil für Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem die Ventilkugel ebenfalls über eine relativ lange flexible Stange mit einem Anker verbunden ist, der einen die Stange mit Spiel umgebenden und im Ventilgehäuse axial verschiebbar geführten Ansatz aufweist. Die am Ende der flexiblen Stange befestigte Ventilkugel bewegt sich während der Öffnungs- und Schließzyklen frei und ohne gesonderte Führung im Innenraum des Ventilgehäuses, was die Frequenz der Öffnungs- und Schließzyklen begrenzt und insbesondere bei auftretenden Schwingungen der elastisch "aufgehängten" Ventilkugel zu Schließfehlern führen kann. Darüber hinaus ist dieses Einspritzventil insbesondere wegen des Ansatzes am Anker herstellungstechnisch aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes elektromagnetisches Einspritzventil zu schaffen, bei dem der Ventilkörper auch bei sehr schnellen Öffnungs- und Schließzyklen präzis geführt wird und ein geringeres Gewicht sowie kleinere Abmessungen aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch den zentralen Brennstoffkanal wird die den Anker mit der Ventilkugel fest verbindende Stange zu einem Röhrchen, das eine wesentlich vergrößerte Quersteifigkeit und auch einen größeren Außendurchmesser besitzt. Dieser größere Außendurchmesser ermöglicht eine verbesserte Führung der Stange in der zentralen Gehäuseöffnung. Darüber hinaus vereinfacht sich durch den Brennstoffkanal und die Querbohrungen in der Stange die Brennstoffzufuhr in den Raum oberhalb des Ventilgliedes. Von wesentlicher Bedeutung ist ferner die unmittelbare Führung der am Ende der Stange befestigten Ventilkugel in der unmittelbar an die Ventilsitzfläche anschließenden Zylinderbohrung. Diese Zweifachführung des aus Ventilkugel, hohler Stange und Anker gebildeten Ventilkörpers ermöglicht sehr schnelle Öffnungs- und Schließzyklen ohne durch Schließfehler verursachtes Nachtröpfeln, wie sie bei modernen Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen auftreten. Durch die erfindungsgemäße Zweifachführung des Ventilkörpers und durch die Brennstoffzufuhr direkt über den zentralen Brennstoffkanal in der Stange wird die Konstruktion des Einspritzventils insgesamt vereinfacht und seine Abmessungen verkleinert. Die Ausbildung der die Ventilkugel führenden Zylinderbohrung incl. ihrer Längsnuten und des Ventilsitzes in einem gesonderten Einsatz ermöglicht eine einfache Ausfluchtung des Ventilsitzes und des Ventilkörpers in der Längsachse des Einspritzventils.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Einspritzventil im Längsschnitt;

Fig. 2 einen Schnitt II-II in Fig. 1.

Das dargestellte Einspritzventil enthält ein zylindrisches Gehäuse 1, in dem ein Düsenkörper 3, eine Führung 5, ein beweglicher Ventilkörper 7 und ein Elektromagnet 9 miteinander ausgefluchtet angeordnet sind. Der Düsenkörper 3 und die Führung 5 sind in eine Bohrung 11 eingesetzt, die in dem in Fig. 1 linken Endteil des Gehäuses 1 ausgebildet ist. Der linke Rand 13 des Gehäuses 1 wird nach dem Einsetzen der Führung 5 und des Düsenkörpers 3 in die Bohrung 11 zur Befestigung dieser Teile radial nach innen verformt.

Der Düsenkörper 3 weist eine Ausnehmung 15 von großem Durchmesser an ihrem inneren Endteil auf. Ein Einspritzkanal 17 erstreckt sich axial in dem Düsenkörper 3 und enthält einen darin auf halbem Weg angeordneten Dosierabschnitt. Ein Einsatz 19 sitzt im Preßsitz in der Ausnehmung 15 und weist einen Kanal 21 auf, der nach außen zum Einspritzkanal 17 führt und nach innen in eine kegelförmige Ventilsitzfläche 23 übergeht, an die sich eine Zylinderbohrung 25 mit axialen Nuten 27 anschließt.

In der Zylinderbohrung 25 ist eine Ventilkugel 29 axial beweglich angeordnet, die mit der Ventilsitzfläche 23 zusammenwirkt, um den Einspritzkanal 17 mit einem Raum 31 zu verbinden oder zu sperren. Die Ventilkugel 29 ist an ein Ende einer Stange 33 angeschweißt, mit deren anderem Ende ein Anker 35 fest verbunden ist. Somit bilden die Ventilkugel 29, die Stange 33 und der Anker 35 den einteiligen Ventilkörper 7. Die Stange 33 weist an ihrem Außenumfang einen Flansch 37 und eine zylindrische Führungsfläche 39 auf und ist verschiebbar in eine Öffnung 41 eingepaßt, die in der Mitte der Führung 5 ausgebildet ist. Der Flansch 37 liegt an der Führung 5 an, wenn der Ventilkörper 7 zum Elektromagnet 9 nach rechts zurückgezogen wird, wodurch eine weitere Bewegung des Ventilkörpers 7 verhindert wird.

Der Elektromagnet 9 enthält einen auf einem hohlen Kern 43 angeordneten Spulenträger 45 und eine Wicklung 47. Ein Ende des Kerns 43 erstreckt sich bis in Nähe des hohlzylindrischen Ankers 35. Das Gehäuse 1, der Anker 35 und der Kern 43 bilden einen Magnetkreis. In eine Bohrung 51 des Kerns 43 ist ein hohler Federanschlag 53 eingeschraubt, an dem sich ein Ende einer Schraubenfeder 55 abstützt, deren anderes Ende gegen den Anker 35 drückt. Die Schraubenfeder 55 hält den Ventilkörper 7 in der Schließstellung, in welcher die Ventilkugel 29 gegen die Ventilsitzfläche 23 drückt. Die Vorspannkraft der Schraubenfeder 55 kann durch den Federanschlag 53 eingestellt werden. Wenn sich der Ventilkörper 7 in der Schließstellung gemäß Fig. 1 befindet, werden je ein kleiner Spalt L und l zwischen dem Kern 43 und dem Anker 35 zwischen der Führung 5 und dem Flansch 37 der Stange 33 gebildet. Der Spalt L ist geringfügig, z. B. um 0,05 mm, größer als der Spalt l. Wenn somit der Ventilkörper 7 zum Kern 43 angezogen wird, bleibt ein kleiner Luftspalt von 0,05 mm zwischen dem Ende des Ankers 35 und dem Ende des Kerns 43, welcher ein durch Restmagnetismus verursachtes verzögertes Ansprechen des Ventilkörpers 7 beim Schließen verhindert.

An den Kern 43 schließt an seinem rechten Ende ein Verbindungsrohr 59 einstückig an, das einen Brennstoffeinlaßkanal 61 bildet. Der Brennstoffeinlaßkanal 61 enthält einen Filter 63 und ist mit dem Raum 31 über je eine Bohrung 65 und 67 im Federanschlag 53 und in der Stange 33 sowie über Radialbohrungen 69 verbunden. Mit der Wicklung 47 ist eine Anschlußklemme 71 verbunden.

Im Betrieb wird Brennstoff mit gegebenem Druck vom Einlaßkanal 61 über die Bohrungen 65, 67 und 69 in den Raum 31 geliefert. Wenn die Wicklung 47 entregt ist, wird der Ventilkörper 7 durch die Vorspannkraft der Schraubenfeder 55 in der Sperrstellung gehalten.

Wird die Wicklung 47 erregt, dann wird der Anker 35 gegen die Vorspannkraft der Schraubenfeder 55 zum Kern 43 gezogen und der Ventilkörper 7 in seine Öffnungsstellung bewegt, so daß Brennstoff durch die Nuten 27, die Dosieröffnung 17A und den Einspritzkanal 17 eingespritzt wird. Bei Abschalten des Erregerstromes wird der Ventilkörper 7 durch die Vorspannkraft der Schraubenfeder 55 in die Sperrstellung zurückgestellt und die Einspritzung des Brennstoffs unterbrochen.

Wie oben beschrieben, wird der Ventilkörper 7 mittels der Ventilkugel 29 und der Stange 33 zweifach geführt, so daß die Achse des Ventilkörpers 7 zur Achse der kegelförmigen Ventilsitzfläche 23 und des Elektromagnets 9 in Flucht gehalten wird. Da sich die Ventilkugel 29 somit genau in der Achse der Ventilsitzfläche 23 bewegt und zwischen ihren Endlagen nur minimale Strecken zurücklegt, kann das Ventil mit hoher Geschwindigkeit geschlossen werden. Die mit der Ventilsitzfläche 23 zusammenwirkende Ventilkugel 29 gewährleistet eine sichere Abdichtung auch bei geringfügig geneigter Achse des Ventilkörpers 7. Dies ermöglicht ein größeres Spiel für die Führungsteile des Ventilkörpers 7 und einen geringen Abstand zwischen den Führungen. Bei der beschriebenen Ausführung liegt das Spiel um die Führungen (Außenumfang der Ventilkugel 29 und der Außenumfang der Stange 33) im Bereich von 10 bis 40 µ, während ihr Abstand etwa 7 mm beträgt. Dies führt zu einem geringen Gewicht und verminderten Produktionskosten. Die Verwendung des hohlzylindrischen Ankers 35 ermöglicht relativ hohe Anziehungskräfte und damit entsprechend große Schließkräfte der Schraubenfeder. Da die Bewegung des Ankers 35 genau in der Achse des Elektromagnets 9 erfolgt, ergibt sich ein stabilisierter Betrieb des Ankers 35, da dieser nicht an die Innenwände 73 des Gehäuses 1 angezogen wird und seine Achse sich durch den Betrieb des Elektromagnets 9 nicht schrägstellen kann. Somit kann die Ausführungsform des elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils nach der Erfindung mit hoher Geschwindigkeit stabil arbeiten und im Schließzustand eine Abdichtung herbeiführen.


Anspruch[de]
  1. 1. Elektromagnetisches Einspritzventil zur zentralen Brennstoffeinspritzung in das Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine mit einem zylindrischen Gehäuse, einem daran befestigten Düsenkörper, einer kegelförmigen im Düsenkörper angeordneten Ventilsitzfläche, einer mit der Ventilsitzfläche zusammenwirkenden Ventilkugel, die in einer an die Ventilsitzfläche anschließenden Zylinderbohrung axial verschiebbar geführt ist, einer an der Ventilkugel befestigten Stange, einem an der Stange befestigten Ankerteil sowie einem Elektromagnet und einer Druckfeder, wobei diese Bauteile zur Ventillängsachse zentriert angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die im Gehäuse (1, 5) geführte Stange (39) einen einseitig offenen Brennstoffkanal (67) und mit diesem verbundene Radialbohrungen (69) aufweist, und daß die Zylinderbohrung (25) an ihrer Innenfläche mindestens eine Längsnut (27) aufweist, die sich bis zum Außenumfang der Ventilsitzfläche (23) erstreckt.
  2. 2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbohrung (25) mit den Längsnuten (27) und die Ventilsitzfläche (23) in einem im Düsenkörper (3) angeordneten Einsatz (19 ) ausgebildet sind.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com