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Einspritzventil
Die Erfindung bezieht sich auf ein Einspritzventil mit einer elektromagnetisch betätigbaren Ventilnadel, die an ihrem beim Nadelhub ausserhalb des Düsenkörpers verbleibenden zapfenförmigen Schaftende eine entlang dem Umfang verlaufende Rille hat, die mit der Nadelstirnfläche abschliesst. Bei Einspritzventilen dieser Art wird die einzuspritzende Kraftstoffmenge durch elektrische Impulse gesteuert, deren zeitliche Dauer den jeweiligen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine durch elektronische Regeleinrichtungen angepasst wird.
Im Gegensatz zu den mit Mengenzumessung arbeitenden, durch den jeweiligen Druck des Brennstoffs gesteuerten Hochdruckventilen ergibt sich bei den mit Zeitzumessung arbeitenden elektromagnetischen Einspritzventilen die'Schwierigkeit, dass die bei der Zerstäubung des Brennstoffs auftretenden Widerstände keine Rückwirkung auf die Menge des zugemessenen Kraftstoffs haben dürfen. Dies ist besonders deshalb von Bedeutung, weil die Viskosität des Kraftstoffs stark temperaturabhängig ist, wogegen seine Dichte sich nur mit der Wurzel aus der Temperatur ändert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung zu schaffen, bei der Unabhängigkeit von der Temperatur des Kraftstoffs dadurch erzielt wird, dass die Zumessung praktisch nur durch die Massenkräfte der an der Düse austretenden Kraftstoffmengen, dagegen nicht durch die in der Düse auftretenden Reibungskräfte beeinflusst wird. Nach dem Grundgedanken der Erfindung soll der für die gute Zerstäubung des Kraftstoffs massgebende Vorgang so weit ausserhalb der Düse erfolgen, dass keine Rückwirkung auf die Zumessung des Kraftstoffs entsteht. Diese Aufgabe ist bei einem Einspritzventil der eingangs beschriebenen Art gelöst, bei dem erfindungsgemäss der Abstand der an der Ventilnadel vorgesehenen Rille vom Düsenkörper auch bei abgehobener Düsennadel grösser als der Durchmesser des aus dem Düsenkörper herausragenden zapfenförmigen Nadelendes ist.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel ein elektromagnetisches Einspritzventil dargestellt. Es zeigt : Fig. l das Einspritzventil etwa in. natürlicher Grösse in der Ansicht, Fig. 2 stark vergrössert im Längs - schnitt und Fig. 3 den Kopf der Düse des magnetischen Einspritzventils ebenfalls im Längsschnitt und in stark vergrösserter Darstellung.
Auf dem aus Nickeleisen hergestellten Ventilgehäuse 224 sitzt ein Anschlussstutzen 225 aus Siliziumeisen. Dieser hat einen abgesetzten zylindrischen Hals 226, der durch Längsschlitze 227 unterteilt ist und in den Innenhohlraum einer aus zahlreichen Windungen emaillierten Kupferdrahtes hergestellten Erregerspule 228 hineinragt, die mit einer Isolierstoffmasse 229 umpresst ist. Die Spule 228 sitzt im oberen Teil des Ventilgehäuses 224, dessen unterer Abschnitt 223 mit einem Schraubgewinde 222 zum Befestigen des Ventils'am Ansaugrohr einer nicht dargestellten, mit Fremdzilndung arbeitenden Brennkraftmaschine versehen ist.
Der Wicklungsanfang 230 der Erregerspule ist durch eine Bohrung 231 im Anschlussstutzen 225 hindurchgeführt und mit Hilfe einer Lötstelle 232 mit diesem elektrisch leitend verbunden, wogegen das Wicklungsende 233 isoliert durch eine zweite Bohrung 234 durch den Anschlussstutzen hindurchgeführt ist und zum Anschluss der Erregerspule an eine nicht dargestellte elektronische Schalteinrichtung dient, die zum Öffnen des Ventils kurze, in ihrer Dauer an die jeweiligen Betriebszustände der Brennkraftmaschine angepasste Stromimpulse zu liefern vermag.
Das Ventilgehäuse 224 und der Anschlussstutzen 225 dienen als Kraftlinienweg für den durch die Stromimpulse erzeugten magnetischen Kraftfluss, mit dem die Dü- sennadel 240 von ihrem Sitz im Düsenkörper 250 abgehoben werden kann und dabei dem über einen mit einem Drahtgeflecht 260 verstärkten Zuführungsschlauch 261 unter einem Druck von etwa 3 at zufliessenden Kraftstoff den Austritt am Kopf des Düsenkörpers 250 erlaubt.
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Die auf den grössten Teil ihrer Länge ausgehöhlte Düsennadel 240 ist an ihrem dem Anschlussstutzen 225 zugekehrten Schaftende mit Hilfe einer aus elastischem Kunststoff hergestellten Büchse 241 in der Längsbohrung eines aus Siliziumeisen hergestellten Ankers 242 befestigt. Das innere Ende der Düsennadel liegt an einer in der Bohrung des Ankers 242 untergebrachten Druckfeder 245 an, die sich gegen eine Ringschulter 246 der Längsbohrung 247 des Anschlussstutzens 225 abstützt.
Das Sitzende der Düsennadel 240 geht, wie Fig. 3 deutlich erkennen lässt, mit einem konisch sich verjüngenden Abschnitt in einen schlanken zylindrischen Zapfen 252 über, der auch bei von ihrem Sitz abgehobener Düsennadel aus dem Düsenkörper 250 herausragt und an seinem freien Ende eine eingeschliffene Hohlkehle 253 hat, die mit der zur Düsennadel senkrecht verlaufenden Stirnfläche 254 der Düsennadel abschliesst. Die Düsennadel findet mit ihrem kegeligen Sitz einen Gegensitz auf der Verschneidungskante 255, die von der Mantelfläche 256 und der Mantelfläche 257 zweier kegeliger Bohrungen gebildet wird, die sich am Übergang vom Innenhohlraum 258 im Düsenkörper 250 zur Düsenbohrung 259 befinden.
Zwischen der Düsenbohrung 259 und dem Hals 252 der Düsennadel 240 verbleibt ein schmaler Ringraum, dessen Spaltbreite und-länge so bemessen sind, dass der Widerstand, den er dem Durchfluss des bei angehobener Düsennadel ausströmenden Kraftstoffs entgegensetzt, nur verhältnismässig klein ist, jedoch bewirkt, dass der Kraftstoff infolge seiner Oberflächenspannung an dem Zapfen 252 in Form eines dünnen Mantels entlangströmt und dabei der Oberfläche der Hohlkehle 253 folgend an der schar fen Kante 262 zwischen der Hohlkehle und der Stirnfläche 254 zerstäubt wird.
Um eine möglichst geringe Rückwirkung des Zerstäubungsvorgangs auf die ausströmende Kraftstoffmenge zu erzielen, ist die Länge des aus dem Düsenkörper 250 herausragenden Nadelschaftes 252 so gewählt, dass die Verschneidungskante 263 der Hohlkehle 253 auch bei von ihrem Sitz abgehobener Düsennadel einen Abstand von der Stirnfläche 264 des Düsenkörpers 250 hat, der grösser ist als der Durchmesser des Nadelzapfens 252. In der gleichen Absicht und zur Verringerung des Durchflusswiderstandes im Ringspalt zwischen der Bohrung 259 und dem Nadelzapfen 252 ist der zylindrische Teil der Bohrungswand 259 kürzer als der Durchmesser der Bohrung 259 gewählt.
Es hat sich herausgestellt, dass für die Arbeitsweise des Einspritzventils der in Fig. 3 mit ze angedeutete Kegelwinkel der konischen Bohrung 257 und der Öffnungswinkel B der konischen Bohrung 256 von erheblicher Bedeutung sind und an den im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 mit 900 ausgeführten Kegelwinkel des bei 265 angedeuteten konischen Übergangsabschnittes der Düsennadel angepasst werden muss.
Zweckmässigerweise wird der Öffnungswinkel a bei dem angegebenen Wert des Kegelwinkels der Übergangsfläche 265 von 900 zwischen 60 und 900, vorzugsweise etwa 750 gross gewählt, wogegen der Öffnungswinkel B zwischen 90 und 1200, vorzugsweise 1050 gross gewählt wird. Hiedurch lässt sich nämlich erreichen, dass der durch eine Bohrung 266 bei von ihrem Sitz abgehobener Nadel in den Ringraum zwischen dem Abschnitt 265 der Düsennadel und den Wänden der Bohrungen 256 und 257 gelangende Kraftstoff die bei ihrer Rückstellbewegung gegen dieVerschneidungskante255 prallende Düsennadel abfängt und dadurch weitgehend verhindert, dass die Nadel nach ihrem Aufschlag auf den Düsenkörper 250 zurückfedert und sich dadurch ein unerwünschtes Nachspritzen von Kraftstoff ergibt.
Damit der Anker 242 nicht gegen den als magnetisches Kernstück dienenden Schaft 226 des Anschlussstutzens 225 anschlägt, ist der in Fig. 2 mit D angedeutete Luftspalt grösser bemessen als der mit H bezeichnete Hub der Düsennadel 240, der durch einen Flansch 270 begrenzt wird, der einer Scheibe 271 gegenübersteht. Diese Scheibe ist auf die Stirnfläche eines Bundes 272 aufgelegt, der den zuflussseitigen Abschnitt des Düsenkörpers 250 bildet und in eine Bohrung 273 im Ventilgehäuse 224 eingesteckt ist. Der Hub H wird bei der Herstellung des Ventils durch Abschleifen der Stirnseite des Bundes 272 auf den erforderlichen Wert eingestellt.
Damit sich der notwendige Luftspalt D zwischen dem Anker 242 und dem Hals 226 ergibt, wenn der Düsenkörper 250 durch einen Bördelrand 275 in der Bohrung 273 verspannt wird, ist zwischen die Scheibe 271 und der Schulter 276 im Ventilgehäuse 224 eine dünne Stahlscheibe 278 eingelegt. Es hat sich als zweckmässig herausgestellt, bei einem Hub von 0,15 mm einen magnetischen Luftspalt D von 0, 25 mm zu wählen. Hiedurch werden nicht nur sehr kurze Anzugs-und Abfallzeiten erzielt, sondern auch eine über längere Zeit gleichbleibende Genauigkeit des Schliessungszeitpunk - tes des Einspritzventils erreicht.
Zur Verbesserung der Arbeitsweise des Einspritzventils ist ausserdem im freien Ende des elastischen Zuführungsschlauches 261 ein engmaschiges Sieb 280 vorgesehen, das in Verbindung mit der für alle Einspritzventile, die zum Betrieb eines Verbrennungsmotors dienen, gleichen Länge des Zuführungsschlauches derart elastisch ausgebildet ist, dass sich keine oder nur sehr geringe Druckwellen in den Kraftstoffleitungen fortpflanzen können, wenn der Kraftstoffdurchfluss beim Abheben der Düsennadel von ihrem Sitz freigegeben oder beim Auftreffen der Düsennadel auf ihren Sitz gesperrt wird.