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Elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil mit einer
Dämpfungsvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil, insbesondere für mit Transistoren gesteuerte Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, dessen Ventilnadel an einem aus magnetisierbarem Werkstoff bestehenden, längsverschiebbar angeordneten Anker eines Elektromagneten sitzt und mit einer Dämpfungsvorrichtung zusammenarbeitet, die aus einem sich beim Nadelschliesshub verkleinernden, sich mit Kraftstoff füllenden Ringraum mit einem drosselnden Auslass besteht.
Es sind bereits Einspritzventile mit einem Dämpfungspolster bekannt, die in Kraftstoffeinspritzanlagen arbeiten, bei denen das Öffnen der Ventile durch Steigerung des Kraftstoffdruckes erreicht wird. Bei den bekannten Einspritzventilen sitzt die längsverschiebbar geführte Ventilnadel der Führungsstange eines Dämpfungskolbens gegenüber, der in der Bohrung einer Büchse geführt ist.
Eine wesentlich einfachere Anordnung ergibt sich bei einem elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventil, wenn gemäss der Erfindung in dem Ringraum ein am Nadelschaft sitzender Bund vorgesehen ist, der entlang seinem Umfang der Bohrungswand des Ringraums mit kleinem Abstand gegenübersteht, wobei der dabei gebildete Ringspalt als dämpfende Auslass dient.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung in Fig. 1 eine sechszylindrige Brennkraftmaschine mit schematisch dargestellter Einspritzanlage und in Fig. 2 ein Einspritzventil im Längsschnitt dargestellt.
Die Einspritzanlage nach Fig. l ist-für eine Sechszylinder-Brennkraftmaschine 10 für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug bestimmt. Die Brennkraftmaschine arbeitet mit Fremdzündung und hat sechs Zündkerzen 11. Jede der Zündkerzen ist über ein Kabel 12 mit einem Zündverteiler verbunden, der eine umlaufende Elektrode 13 und sechs feststehende Gegenelektroden 14 hat. Ein Kabel 15 verbindet den über eine Welle 16 mit der nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekuppelten Verteilerarm 13 mit einem Hochspannungsgenerator 17, der bei jedem Arbeitstakt der Brennkraftmaschine einen Zündfunken liefert.
Vor jedem der nicht dargestellten Einlassventile für die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine sitzt in den einzelnen Abzweigungen eines gemeinsamen Ansaugrohres 20 ein elektromagnetisch gesteuertes Einspritzventil 21 von der in Fig. 2 im einzelnen näher dargestellten Art. Jedes dieser Ventile 21 hat eine Magnetisierungsspule 22, deren eines Wicklungsende jeweils mit einem aus Weicheisen hergestellten Magnetgehäuse 24 durch eine Lötstelle 25 elektrisch leitend verbunden ist. Das andere Wicklungsende 26 jeder der Spulen 22 ist isoliert aus dem Gehäuse 24 herausgeführt und jeweils über einen Widerstand 27 an einen gemeinsamen Betätigungstransistor 28 angeschlossen (s. Fig. 1). Dieser liegt mit seiner Emitterelektrode an der Plusklemme einer Sammlerbatterie 29. Die Basis-Elektrode des Transistors 28ist an einem Impulsgenerator 30 angeschlossen.
Dieser liefert in rascher Folge wiederkehrende Stromimpulse, die in der Zeichnung bei 31 angedeutet sind und den im Ruhezustand gesperrten Transistor 28 jeweils kurzzeitig in sein stromleitendes Gebiet steuern, so dass er über die Widerstände 27 und die Magnetisierungswicklung 22 gleichzeitig alle sechs Einspritzventile zu öffnen vermag. Die durch die Einspritzventile ausspritzenden Kraftstoffmengen sind umso grösser, je länger die Impulse 31 andauern. Zur Ver- änderung und Angleichung der Impulslänge an den jeweiligen Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine ist ein elektronisches Regelgerät 32 vorgesehen. Dieses enthält in der Zeichnung nicht dargestellte elektrische Bauglieder, die über mechanische Kupplungsglieder 33 bzw. 34 mit der Kurbelwelle der Brennkraftma-
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schine und dem Gaspedal 35 der Brennkraftmaschine verbunden sind.
Darüber hinaus enthält das Regelgerät noch weitere, ebenfalls nicht dargestellte, vom Luftdruck der Kühlwassertemperatur und Lufttemperatur abhängige Schaltelemente, die zur Beeinflussung der Dauer der Steuerimpulse 31 dienen.
Jedes der Einspritzventile 21 ist über je eine Rohrleitung 36 mit einem Kraftstoffbehälter'37 verbunden, in dem der Kraftstoff durch eine bei 38 angedeutete Förderpumpe, die ebenfalls mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekuppelt ist, unter annähernd konstantem Druck gehalten wird. Bei jeder Öffnung der Ventile 21 spritzt Kraftstoff auf die Tellerder Einlassventile und vermischt sich mit dem durch den Luftfilter 39 über den Ansaugkanal den jeweiligen Zylindern zuströmenden Ansaugluft.
Wie Fig. 2 besser erkennen lässt, sind die Einspritzventile 21 im einzelnen wie folgt aufgebaut :
Auf dem Ventilgehäuse 24 sitzt ein Anschlussstutzen 50, in dem ein rohrförmiges, Kernstück 51 einstellbar geführt ist, das ein Stück weit in die Spule 22 eintaucht und ebenso wie der Stutzen 50 aus magnetisierbarem Werkstoff hergestellt ist. Gleichachsig zum Kernstück 51 ist ein ebenfalls ein Stück weit in die Spule eintauchender Anker 54 axial verschiebbar angeordnet. An dem Anker hängt eine ausgehöhlte Düsennadel 55, deren konische Sitzfläche mit einer Gegensitzfläche an einem durch einen Nippel 56 am Ventilgehäuse befestigtendüsenkörper 51 zusammenarbeitet.
Der Nippel 56 drückt den mit dem Bund 58 versehenen Düsenkörper gegen eine Ringschulter 59 im Schraubansatz 60 des Ventilgehäuses 24 unter Zwischenlage eines elastischen Dichtrings 62. Der Düsenkörper 57 hat an seiner über den Düsennippel 56 geringfügig vorstehenden Stirnseite eine kegelige Öffnung 63, die in die gleichachsig zur Düsennadel 55 angeordnete Düsenbohrung 65 übergeht. Diese ist möglichst kurz, damit in ihr wenig Kraftstoff nach dem Schliessen des Ventils verbleibt. An die gegen die Düsennadel gerichtete Öffnung der Düsenbohrung 65 schliesst sich eine im Durchmesser grössere Bohrung 68 an, die in einen den Kopf der Nadel 55 umgebenden Ringraum 70 übergeht.
Der den Ringraum nach unten hin begrenzende Buden 71 bildet an seiner mit der Bohrung 68 gemeinsamen inneren Randzone die Gegensitzfläche für die Ventilnadel 55.
Sobald der Transistor 28 der Wicklung 22 einen so hohen Magnetisierungsstrom zuführt, dass das dann entstehende elektromagnetische Kraftfeld den Anker 54 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 75 gegen den feststehenden Kern 51 zu ziehen vermag, wird die Düsennadel 55 von ihrem Sitz abgehoben, so dass der unter Druck stehende Kraftstoff der durch eine Querbohrung 76 in der Nähe des Düsennadelsitzes in den Ringraum 70 gelangt, über die Düsenbohrung 65 ausgespritzt wird. Die Düsennadel wird so lange in ihrer Öffnungsstellung gehalten, als die Impulse 31 andauern. Sobald jedoch die den Transistor 28inseinen stromleitenden Zustand bringenden Steuerimpulse 31 (s.
Fig. l) mit steiler Rückenflanke endigen und den Transistor wieder. in seine Sperrstellung zurückkehren lassen, setzt der in den Magnetisierungswicklungen fliessende Arbeitsstrom aus, so dass das Magnetfeld verschwindet und der Anker 54 samt der daran aufgehängten Düsennadel 55 durch die Rückstellfeder 75 wieder in die Schliessstellung der Nadel zurückge - führt wird. Obwohl der Hubweg des Ankers samt Nadel klein ist, besteht doch die Gefahr, dass die Düsennadel beim Auftreffen auf ihren Gegensitz an dem aus hartem Stahl bestehenden Düsenkörper wieder zurückgeprallt, weil die Schliessbewegung mit hoher Geschwindigkeit erfolgt. Dies führt zu einem unerwünschten Nachspritzen von Kraftstoff.
Um dies zu verhindern, ist zwischen dem in die Längsbohrung des Ankers 54 hineinragenden Schaftende der Düsennadel 55 und dem Anker ein Futter 80 aus elastisch nachgiebigem thermoplastischem Kunststoff aus der Gruppe der Polyamide, z. B. der unter der Handelsbezeichnung "Nylon" bekannte Stoff, eingespritzt. Dieses Futter füllt den Spalt zwischen Anker und Nadelschaft dicht aus und nimmt einen grossen Teil der beim Aufschlag der Düsennadel auf den Düsenkörpern auftretenden Massenkräfte des Ankers 54 elastisch auf. Damit sich die Nadel nicht gegenüber dem Anker verschieben kann, sind in ihren Schaft drei Ringnuten 81 eingestochen und in den Anker 54 mehrere über seinem Umfang verteilte Querlöcher 82 gebohrt. In diese Nuten und Löcher dringt der beim Spritzen des Futters verwendete Kunststoff ein.
Um die bei der Schliessbewegung der Düsennadel entstehenden harten Schläge noch weiter zu dämpfen, ist an der Düsennadel ein Ringbund 84 vorgesehen, den eine auf das obere Ende 85 desDüsenkörpers aufgeschraubte Ringmutter 86 umgibt. Die Mutter hat an ihrer dem Anker 54 zugekehrten Stirnseite eine Schulter 87 und begrenzt mit dieser den beim Betrieb des Ventils mit Kraftstoff gefüllten Innenraum in der Mutter 86. Gleichzeitig dient diese Schulter zur Begrenzung des Öffnungsweges der Düsennadel. Dadurch wird verhindert, dass der Anker auf den feststehenden Kern 51 aufschlagen und an diesem kleben bleiben kann.
Auch in der Einzugsstellung des Ankers 54 verbleibt daher ein kleiner Spalt zwischen den einander gegenüberstehenden Stirnseiten des Ankers 54 und des Kerns 51, die beide an ihren einander gegenüberstehenden Abschnitten radial geführte Längsschlitze 89 und 90 aufweisen. Durch diese Schlitze wird verhindert, dass sich elektrische Ringströme ausbilden, wenn das Magnetfeld auf-oder abgebaut wird.
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Electromagnetically actuated injection valve with a
Damping device
The invention relates to an electromagnetically actuated injection valve, in particular for fuel injection systems of internal combustion engines controlled by transistors, the valve needle of which sits on an armature of an electromagnet made of magnetizable material, which is arranged to be longitudinally displaceable, and which cooperates with a damping device which is made up of a decreasing needle closing stroke Fuel-filling annulus with a throttling outlet.
Injection valves with a cushioning pad are already known which work in fuel injection systems in which the valves are opened by increasing the fuel pressure. In the known injection valves, the valve needle, which is guided in a longitudinally displaceable manner, sits opposite the guide rod of a damping piston which is guided in the bore of a bush.
A much simpler arrangement results in an electromagnetically actuated injection valve if, according to the invention, a collar is provided in the annular space, which is seated on the needle shaft and faces the bore wall of the annular space at a small distance along its circumference, the annular gap formed thereby serving as a damping outlet.
In the drawing, as an exemplary embodiment of the invention, FIG. 1 shows a six-cylinder internal combustion engine with a schematically illustrated injection system, and FIG. 2 shows an injection valve in longitudinal section.
The injection system according to FIG. 1 is intended for a six-cylinder internal combustion engine 10 for a motor vehicle (not shown). The internal combustion engine operates with spark ignition and has six spark plugs 11. Each of the spark plugs is connected via a cable 12 to an ignition distributor which has a circumferential electrode 13 and six stationary counter-electrodes 14. A cable 15 connects the distributor arm 13, which is coupled via a shaft 16 to the not-shown crankshaft of the internal combustion engine, to a high-voltage generator 17 which supplies an ignition spark with every working cycle of the internal combustion engine.
In front of each of the inlet valves (not shown) for the individual cylinders of the internal combustion engine, in the individual branches of a common intake pipe 20, there is an electromagnetically controlled injection valve 21 of the type shown in more detail in FIG. 2. Each of these valves 21 has a magnetizing coil 22, one end of which is a winding each with a magnet housing 24 made of soft iron is electrically conductively connected by a solder joint 25. The other winding end 26 of each of the coils 22 is led out of the housing 24 in an insulated manner and is connected to a common actuating transistor 28 via a resistor 27 (see FIG. 1). The emitter electrode of the latter is connected to the positive terminal of a collector battery 29. The base electrode of the transistor 28 is connected to a pulse generator 30.
This supplies recurring current pulses in rapid succession, which are indicated in the drawing at 31 and briefly control transistor 28, which is blocked in the idle state, into its current-conducting area so that it is able to open all six injection valves simultaneously via resistors 27 and magnetizing winding 22. The fuel quantities ejected by the injection valves are greater the longer the pulses 31 last. An electronic control device 32 is provided to change and adapt the pulse length to the respective fuel requirement of the internal combustion engine. This contains electrical components, not shown in the drawing, which are connected to the crankshaft of the internal combustion engine via mechanical coupling members 33 and 34, respectively.
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Machine and the accelerator pedal 35 of the internal combustion engine are connected.
In addition, the control device contains further switching elements, likewise not shown, which are dependent on the air pressure, the cooling water temperature and the air temperature and which serve to influence the duration of the control pulses 31.
Each of the injection valves 21 is connected via a pipe 36 to a fuel tank 37 in which the fuel is kept under approximately constant pressure by a feed pump indicated at 38, which is also coupled to the crankshaft of the internal combustion engine. Each time the valves 21 are opened, fuel sprays onto the plates of the intake valves and mixes with the intake air flowing through the air filter 39 via the intake duct to the respective cylinders.
As FIG. 2 shows better, the injection valves 21 are constructed as follows:
On the valve housing 24 there is a connecting piece 50 in which a tubular, core piece 51 is adjustably guided, which dips a little into the coil 22 and, like the connecting piece 50, is made of magnetizable material. An armature 54, which also dips a little into the coil, is arranged axially displaceably on the same axis as the core piece 51. A hollowed-out nozzle needle 55 hangs from the armature, the conical seat surface of which cooperates with an opposing seat surface on a nozzle body 51 fastened to the valve housing by a nipple 56.
The nipple 56 presses the nozzle body provided with the collar 58 against an annular shoulder 59 in the screw attachment 60 of the valve housing 24 with the interposition of an elastic sealing ring 62. The nozzle body 57 has a conical opening 63 on its end face, which protrudes slightly above the nozzle nipple 56, into the coaxial to the nozzle needle 55 arranged nozzle bore 65 merges. This is as short as possible so that little fuel remains in it after the valve is closed. The opening of the nozzle bore 65 directed towards the nozzle needle is followed by a bore 68 with a larger diameter, which merges into an annular space 70 surrounding the head of the needle 55.
The bulge 71 delimiting the annular space towards the bottom forms the opposing seat surface for the valve needle 55 on its inner edge zone common to the bore 68.
As soon as the transistor 28 supplies such a high magnetizing current to the winding 22 that the resulting electromagnetic force field is able to pull the armature 54 against the force of a return spring 75 against the stationary core 51, the nozzle needle 55 is lifted from its seat, so that the under Pressurized fuel which passes through a transverse bore 76 in the vicinity of the nozzle needle seat into the annular space 70, via which the nozzle bore 65 is injected. The nozzle needle is held in its open position as long as the pulses 31 last. However, as soon as the control pulses 31 (cf.
Fig. L) end with a steep back flank and the transistor again. can return to its blocking position, the working current flowing in the magnetizing windings ceases, so that the magnetic field disappears and the armature 54 together with the nozzle needle 55 suspended from it is returned to the needle's closed position by the return spring 75. Although the stroke of the armature including the needle is small, there is a risk that the nozzle needle will bounce back when it hits its counter seat on the nozzle body made of hard steel, because the closing movement takes place at high speed. This leads to undesired after-spraying of fuel.
To prevent this, a lining 80 made of elastically flexible thermoplastic from the group of polyamides, e.g. B. the substance known under the trade name "nylon", injected. This lining tightly fills the gap between the armature and the needle shaft and elastically absorbs a large part of the inertial forces of the armature 54 that occur when the nozzle needle hits the nozzle bodies. So that the needle cannot move relative to the anchor, three annular grooves 81 are pierced in its shaft and several transverse holes 82 distributed over its circumference are drilled in the anchor 54. The plastic used when spraying the feed penetrates into these grooves and holes.
In order to further dampen the hard impacts occurring during the closing movement of the nozzle needle, an annular collar 84 is provided on the nozzle needle, which is surrounded by an annular nut 86 screwed onto the upper end 85 of the nozzle body. The nut has a shoulder 87 on its end face facing the armature 54 and with this limits the interior space in the nut 86 which is filled with fuel when the valve is operated. At the same time, this shoulder serves to limit the opening path of the nozzle needle. This prevents the anchor from striking the stationary core 51 and sticking to it.
Even in the retracted position of the armature 54, a small gap therefore remains between the opposing end faces of the armature 54 and the core 51, both of which have longitudinal slots 89 and 90 that are radially guided on their opposing sections. These slots prevent electrical ring currents from developing when the magnetic field is built up or decreased.