CH678647A5 - High pressure fuel injector with EM jet - with laminated magnetic core receiving central bias spring for valve needle - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung betrifft einen Hochdruck-lnjektor mit einer elektromagnetisch gesteuerten Einspritzdüse, insbesondere für die intermittierende Kraftstoff-Einspritzung bei Ottomotoren. 



  Der Stand der Technik in bezug auf Injektoren dieser Art kann durch die folgenden Veröffentlichungen erläutert werden:
 "New fuel injector design lowers cost" von L.G. Degrace et al, im SAE-Abdruck Nr. 850 559 (SP609).
 "Application of the Taguchi Method to the Design of Bendix Electronics DEKA Fuel Injectors" von G. Bata et al, im SAE-Abdruck Nr. 870 079.
 "Single Point Electronic Injection System" von T. Toyoda et al, im SAE-Abdruck Nr. 820 902.
 "A New Low Pressure Single Point Gasoline Injection System" von H. Knapp et al, im SAE-Abdruck Nr. 850 293. 



  In diesen Veröffentlichungen werden die Vorteile und Nachteile von bekannten Injektoren mit unterschiedlichen Bauarten erläutert, unter anderem in bezug auf die Steuerung und Art der Einspritzung unter niedrigem oder hohem Brennstoffdruck. Daraus geht hervor, dass die Einspritzung unter hohem Druck bestimmte Vorteile für die wirksame Einspritzung bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen bieten kann. 



  Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Injektor der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine reduzierte \ffnungs- und Schliesszeit aufweist, die intermittierende Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck in Form eines äusserst fein verteilten Kraftstoffstrahls mit grosser Reichweite erzielt und durch Stromsteuerung genauestens geregelt werden kann. 



  Zu diesem Zweck ist der erfindungsgemässe Injektor durch die in den Patentansprüchen definierten Merkmale gekennzeichnet. 



  Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und der beiliegenden Zeichnung erläutert, die einen teilweisen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Injektor schematisch darstellt. 



  Der Injektor besteht im wesentlichen aus einer elektromagnetisch gesteuerten Einspritzdüse mit einem durch Spannfeder schliessenden Nadelventil 1 in Wirkverbindung mit einem Elektromagnet 2. 



  Das Nadelventil 1 ist im unteren Teil der Einspritzdüse angeordnet und besteht aus einer Ventilnadel 11 mit einem Sprühzapfen 11A, die in einem zylindrischen Düsenkörper 12 mit einem oberen Tragflansch 12A axial angeordnet ist und eine untere Einspritzöffnung 13 in einem Ventilsitz 13A durch Federspannung abschliesst. 



  Der Düsenkörper 12 ist mit einer axialen Durchgangsbohrung 12B versehen, die als Führung für die Ventilnadel 11 dient und sich zwischen einer oberen zentralen Aussparung 12C im Tragflansch 12A und einem unteren zentralem Hohlraum 14 im Düsenkörper 12 erstreckt. Ferner sind im Düsenkörper 12 mehrere, beispielsweise vier, seitliche Eintrittsöffnungen 15 vorgesehen, die über entsprechende Längsbohrungen 16 im Düsenkörper mit dem unteren zentralen Hohlraum 14 in Verbindung stehen. 



  Der Tragflansch 12A ist ferner mit einem oberen zentralen ringförmigen Ansatz 12D versehen, der in einer entsprechenden zentralen Aussparung in einem Magnetträger 23 eingreift, um die Zentrierung und axiale Ausrichtung des Elektromagnets 2 in bezug auf das Nadelventil 1 zu gewährleisten. Die obere Stirnfläche des Tragflanschs 12A mit dem Ansatz 12D dient als Auflagefläche, die unter Zwischenschaltung einer Dichtung 17 in einer entsprechenden Aussparung am Umfang des Tragflanschs 12A, den Magnetträger 23 abstützt und zugleich in die richtige Lage bringt. 



  Die obere zentrale Aussparung 12C im Tragflansch 12A enthält eine reibungsarme Dichtung 18, die den oberen Teil der Ventilnadel 11 dichtend umschliesst und die rasche axiale Bewegung derselben ohne merkbaren Reibungswiderstand gestattet. 



  Der Magnetträger 23 besteht aus einem Tragring 23A mit einer oberen Stirnfläche 23B und einer Querplatte 23C mit einer axialen Bohrung 23D zur Führung der Ventilnadel 11 sowie der bereits genannten unteren zentralen Aussparung zur Aufnahme des Ansatzes 12B an der Oberseite des Tragflanschs 12A. 



  Der Elekromagnet 2 besteht aus einem geschichteten Magnetkern 21 in Form eines Lamellenmagnets mit einer Vielzahl von Lamellen aus Weicheisen, die nebeneinander in Längsrichtung angeordnet und miteinander fest verbunden bzw. verklebt sind und damit einen einzigen geschichteten Magnetkörper bilden. Jede Lamelle des Magnetkerns 21 ist in ihrem mittleren Bereich mit einem Längsschlitz 22 zur Aufnahme einer Magnetfeldspule 24 innerhalb des Magnetkerns 21 versehen, wobei jede Lamelle einen seitlichen Ansatz 25 aufweist, der in einer entsprechenden Aussparung in einem ringförmigen Magnethalter 26 angeordnet ist. 



  Der geschichtete Elektromagnet 2 hat einen zentralen Hohlraum 27 zur Aufnahme einer Spannfeder 28 und steht in Wirkverbindung mit einem beweglichen Anker 29, der mit einem Tragkopf 30 am oberen Ende der Ventilnadel 11 fest verbunden ist, wobei dieser Tragkopf 30 als untere Auflage für die Spannfeder 28 dient. 



  Am oberen Ende des geschichteten Magnetkerns 22 ist ein Magnetdeckel 31 mit einem unteren zentralen Ansatz 31A vorgesehen, der in den zentralen Hohlraum 27 hineinragt, wobei sein unteres Ende eine Aussparung 31B zur Aufnahme des oberen Endes der Spannfeder 28 aufweist und als Gegenlager für diese dient. 



  Die beschriebene Magnetanordnung mit dem Magnetdeckel 31 wird durch einen Spannring 32 im Magnethalter 26 gesichert und unter Zwischenschaltung eines O-Rings 33 mit einem Abschlussdeckel 34 abgedeckt, durch den die Stromanschlüsse 35 und 36 für die Magnetfeldspule 24 hindurchgehen. 



  Ein Tragmantel 37, der am Umfang des Tragflanschs 12A und des Abschlussdeckels 34 nach innen umgebördelt ist, umschliesst die Einspritzdüse und hält die beschriebenen Elemente derselben zusammen. 



  Die beschriebene Anordnung des Injektors wurde rotationssymmetrisch um die Längsachse X der Einspritzdüse ausgeführt, wobei hier der Lamellenmagnet 21 mit dreissig radial angeordneten Weicheisenlamellen mit einer Dicke von 0,38 mm und die Magnetfeldspule 24 mit dreissig Windungen aus Draht mit 0,5 mm Durchmesser versehen wurde. Ferner wurde der Ventilhub bzw. der Luftspalt zwischen dem geschichteten Magnetkern 21 und dem Anker 29, durch Nachschleifen der Stirnfläche 23B des Tragrings 23A, auf einen Abstand zwischen 0,05 und 0,1 mm eingestellt. 



   Bei dieser Ausführung des Injektors wurde eine \ffnungszeit des Nadelventils 1 von weniger als 70 Mikrosekunden und eine Schliesszeit von weniger als 50 Mikrosekunden erzielt. Die Kraftstoff-Einspritzmenge pro Ventilhub bzw. Einspritzperiode konnte in diesem Fall auf Werte im Bereich von 5x10<-><3> bis 50x10<-><3> cm<3> durch Stromsteuerung des Elektromagnets eingestellt werden. 



  Die erfindungsgemässe Anordnung des Injektors ergibt spezielle Vorteile für die Kraftstoff-Einspritzung, die wie folgt erläutert werden können: 
 
   (a) Die sehr hohe Magnetfeldstärke pro Flächeneinheit, die sich durch die erfindungsgemässe Anordnung des Lamellenmagnets mit der inneren Magnetfeldspule ergibt, gestattet eine dementsprechende Verkleinerung der Einspritzdüse und aller beweglichen Teile sowie des Ventilhubs, wodurch die \ffnungs- und Schliesszeit bzw. die Ansprechzeit des Magnetventils drastisch verkürzt werden kann. 
   (b) Die Stromsteuerung des Magnetventils kann demzufolge mit sehr hoher Genauigkeit durch Stromimpulse mit stark reduzierten Pulsbreiten und erhöhten Pulsfrequenzen gewährleistet werden.

   
   (c) Dadurch wird es nun möglich, mehrere kurze, genau steuerbare, frequenzmodulierte Einspritzungen innerhalb jeder Ansaugperiode zu erzielen, die an sich eine verbesserte Verteilung und Vermischung des eingespritzten Kraftstoffs mit der Luft im Ansaugkanal gewährleisten. 
   (d) Eine hervorragende Zerstäubung, Verteilung und Vermischung des Kraftstoffs ergibt sich ausserdem durch die bedeutende Verminderung der Tröpfchengrösse und Vergrösserung der Reichweite des in den Ansaugkanal eingespritzten Kraftstoffstrahls auf Grund der Tatsache, dass der erfindungsgemässe Aufbau des Injektors die wirksame, genau steuerbare Kraftstoff-Einspritzung unter sehr hohem Druck, beispielsweise im Bereich von 30 bis 50 bar oder noch höher ermöglicht. 
 



   Auf Grund der oben geschilderten Vorteile eignet sich der erfindungsgemässe Injektor besonders für die Mehrfacheinspritzung bei Hochleistungs-Ottomotoren, bei denen für jeden Zylinder eine zeitliche und örtliche, genau steuerbare Zuordnung von Krafstoff und Luft besonders vorteilhaft bzw. erforderlich ist. 

Claims (3)

1. Hochdruck-lnjektor mit einer elektromagnetisch gesteuerten Einspritzdüse, insbesondere für die intermittierende Kraftstoff-Einspritzung bei Ottomotoren, mit einem durch Spannfeder schliessenden Nadelventil in Wirkverbindung mit einem Elektromagnet, dadurch gekennzeichnet: (a) dass der Elektromagnet aus einem geschichteten Magnetkern in Form eines Lamellenmagnets (21) mit einem zentralen Hohlraum (27) zur Aufnahme einer Spannfeder (28) besteht und aus in Längsrichtung der Einspritzdüse nebeneinander angeordneten Weicheisenlamellen zusammengesetzt ist, die mindestens einen Längsschlitz (22) zur Aufnahme einer Magnetfeldspule (24) innerhalb des Lamellenmagnets (21) aufweisen,

und (b) dass das Nadelventil in einem Düsenkörper (12) mit einem oberen Tragflansch (12A) untergebracht ist und eine mit dem zentralen Hohlraum (27) des Lamellenmagnets (21) ausgerichtete Ventilnadel (11) aufweist, die in einer axialen Bohrung (12B) im Düsenkörper (12) geführt ist, wobei ein Anker (29) aus Weicheisen zwischen dem Lamellenmagnet (21) und der Ventilnadel (11) an einem Auflagekopf (30) der Ventilnadel (11) befestigt ist, wobei seitliche Eintrittsöffnungen (15) über einen unteren zentralen Hohlraum (14) im Düsenkörper (12) mit einer axialen Einspritzöffnung (13) am unteren Ende des Düsenkörpers (1A) in Verbindung stehen, die durch die Spannfeder (28) geschlossen wird, und wobei die Einspritzung durch Anziehung des Ankers (29) zur Unterseite des Lamellenmagnets (21 ) stattfindet.

2.

Hochdruck-lnjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Tragflansch (12A) eine obere zentrale Ausnehmung (12C) mit einer Dichtung (18) aufweist, die die Ventilnadel (11) unterhalb des Ankers (29) dichtend umschliesst.

3. Hochdruck-lnjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Tragflansch (12A) einen oberen zentralen Ansatz (12D) aufweist, ein Magnetträger (23) mit einer entsprechenden unteren Aussparung zur Aufnahme des oberen zentralen Ansatzes (12D) auf dem oberen Tragflansch (12A) abgestützt und durch den oberen zentralen Ansatz (12D) zentriert wird, wobei er einen Tragring (23A) mit einer oberen Stirnfläche (23B) aufweist, auf der ein Magnethalter (26) am Umfang des Lamellenmagnets (21) aufliegt, den Abstand zwischen der Unterseite des Lamellenmagnets (21) und dem Anker (23) und damit den Ventilhub bestimmt. 1. Hochdruck-lnjektor mit einer elektromagnetisch gesteuerten Einspritzdüse, insbesondere für die intermittierende Kraftstoff-Einspritzung bei Ottomotoren, mit einem durch Spannfeder schliessenden Nadelventil in Wirkverbindung mit einem Elektromagnet, dadurch gekennzeichnet: (a) dass der Elektromagnet aus einem geschichteten Magnetkern in Form eines Lamellenmagnets (21) mit einem zentralen Hohlraum (27) zur Aufnahme einer Spannfeder (28) besteht und aus in Längsrichtung der Einspritzdüse nebeneinander angeordneten Weicheisenlamellen zusammengesetzt ist, die mindestens einen Längsschlitz (22) zur Aufnahme einer Magnetfeldspule (24) innerhalb des Lamellenmagnets (21) aufweisen,

und (b) dass das Nadelventil in einem Düsenkörper (12) mit einem oberen Tragflansch (12A) untergebracht ist und eine mit dem zentralen Hohlraum (27) des Lamellenmagnets (21) ausgerichtete Ventilnadel (11) aufweist, die in einer axialen Bohrung (12B) im Düsenkörper (12) geführt ist, wobei ein Anker (29) aus Weicheisen zwischen dem Lamellenmagnet (21) und der Ventilnadel (11) an einem Auflagekopf (30) der Ventilnadel (11) befestigt ist, wobei seitliche Eintrittsöffnungen (15) über einen unteren zentralen Hohlraum (14) im Düsenkörper (12) mit einer axialen Einspritzöffnung (13) am unteren Ende des Düsenkörpers (1A) in Verbindung stehen, die durch die Spannfeder (28) geschlossen wird, und wobei die Einspritzung durch Anziehung des Ankers (29) zur Unterseite des Lamellenmagnets (21 ) stattfindet. 2.

Hochdruck-lnjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Tragflansch (12A) eine obere zentrale Ausnehmung (12C) mit einer Dichtung (18) aufweist, die die Ventilnadel (11) unterhalb des Ankers (29) dichtend umschliesst. 3. Hochdruck-lnjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Tragflansch (12A) einen oberen zentralen Ansatz (12D) aufweist, ein Magnetträger (23) mit einer entsprechenden unteren Aussparung zur Aufnahme des oberen zentralen Ansatzes (12D) auf dem oberen Tragflansch (12A) abgestützt und durch den oberen zentralen Ansatz (12D) zentriert wird, wobei er einen Tragring (23A) mit einer oberen Stirnfläche (23B) aufweist, auf der ein Magnethalter (26) am Umfang des Lamellenmagnets (21) aufliegt, den Abstand zwischen der Unterseite des Lamellenmagnets (21) und dem Anker (23) und damit den Ventilhub bestimmt.