DE10021072A1

DE10021072A1 - Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10021072A1
Application number: DE10021072A
Authority: DE
Inventors: Mamoru Matsubara; Kazuhiro Yoneshige; Atsushi Okada
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2020-04-29
Also published as: JP2000329035A; US20020047055A1; DE10021072B4; JP3579787B2

Abstract

Das vorliegende Kraftstoffeinspritzventil ist in einem Gehäuse (1) von ihm mit einer Ventilnadel (5) derart versehen, daß die Ventilnadel in axialer Richtung bewegbar ist und in einem Neigungswinkel THETA¶1¶ bezüglich der Achse des Gehäuses geneigt ist, und mit einer Anschlagplatte (11), an der der Anschlagbereich der Ventilnadel in Anlage kommt, wenn das Ventil geöffnet ist, und ein Neigungswinkel THETA¶2¶ bezüglich einer senkrechten Ebene, die die Achse der Ventilnadel rechtwinklig kreuzt, zwischen dem Anschlagbereich und der Anschlagplatte gebildet ist. Der Neigungswinkel THETA¶2¶ zwischen dem Anschlagbereich (51) und der Anschlagplatte (11) ist größer als THETA¶1¶ in der axialen Richtung der Ventilnadel, und der Anschlagbereich ist derart ausgebildet, daß ein Verhältnis D¶1¶/D¶0¶ eines Außendruchmessers D¶1¶ des Anschlagbereiches der Ventilnadel zu einem Innendurchmesser D¶0¶ einer Innenkammer des Gehäuses zwischen 0,6 und 1,1 liegt. Dies ermöglicht, die Prellzeitdauer bei der Ventilöffnungszeit zu verkürzen, die Linearität des Kraftstoffeinspritzverhaltens zu verbessern, eine Verzögerungszeitdauer in der Ventilschließzeit zum Zeitpunkt des Schließens des Ventils zu vermindern, und ein Vergrößerung der Geschwindigkeit und des Ansprechverhaltens der Kraftstoffeinspritzung zu erreichen.

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, und genauer auf ein Kraftstoffeinspritzventil, mit dem die Eigenschaften der Kraftstoffeinspritzung verbessert werden können.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Ein für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung verwendetes elektro magnetisches Kraftstoffeinspritzventil ist im allgemeinen dadurch gebildet, daß an einem oberen Bereich eines Gehäuses ein Kraftstoffanschlußrohr befestigt wird, in dem Gehäuse eine elektromagnetische Spule und ein beweglicher Kern vorgesehen werden, der in senkrechter Richtung mittels der elektromagneti schen Spule verschiebbar beweglich ist, an einem unteren Ende des bewegli chen Kerns eine Ventilnadel befestigt ist und an einem unteren Teil des Gehäu ses ein Düsenkörper derart angebracht wird, daß er die Ventilnadel umgibt. Weiter wird in das Kraftstoffanschlußrohr ein Einsatzrohr eingesetzt und zwi schen diesem Einsatzrohr und dem beweglichen Kern wird eine Schraubenfe der vorgesehen, die den beweglichen Kern in Richtung auf ein freies Ende des Gehäuses, das heißt in der Ventilnadelschließrichtung drängt. Der Düsenkörper ist an einem freien Endbereich des Gehäuses derart befestigt, daß er einen freien Endbereich der Ventilnadel umgibt, und ein flanschartiger Anschlagbe reich, der an einem Basisabschnitt der Ventilnadel vorgesehen ist, liegt bei ge schlossenem Ventil an einer Anschlagplatte an, die an einem oberen Bereich des Ventilkörpers vorgesehen sind, und eine Ventilscheibe an einem freien Endbereich der Ventilnadel liegt an einem Ventilsitz des Düsenkörpers an, wenn das Ventil geschlossen ist.

Die Bewegungen der Ventilnadel während der Öffnung und des Schließens des Ventils werden von Gleitbereichen der Ventilscheibe und einem oberen Ab schnitt des Ventilsitzes geführt, und einem Gleitführungsbereich, der zwischen einer äußeren Umfangsfläche des an einem oberen Ende der Ventilnadel be festigten beweglichen Kerns und einer inneren Umfangsfläche einer Hülse aus gebildet ist, die an einem freien Ende des Kraftstoffanschlußleitungsrohrs be festigt ist. Wenn ein Spiel zwischen diesen oberen und unteren Gleitführungs bereichen groß ist, nimmt die Neigung der Ventilnadel während deren Betäti gung zu und die ebene Berührung der Ventilscheibe oder des Anschlagberei ches kann dadurch nicht erfolgen, so daß dieser Teil verquetscht wird. In der Folge tritt ein Prellen der Ventilnadel bei deren Öffnung auf und beim Schließen der Ventilnadel tritt bei deren Betrieb eine Verzögerung auf, wodurch die Eigen schaften der Kraftstoffeinspritzung verschlechtert werden.

Im Hinblick auf das Vorstehende hat die Anmelderin der vorliegenden Anmel dung in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 274128/1998 ein Kraft stoffeinspritzventil vorgeschlagen, bei dem eine Beziehung erhalten wird, in der ein Spiel C₁ an einem Gleitführungsbereich eines freien Endabschnitts eines Nadelventils kleiner ist als C₂ an einem Gleitführungsbereich von dessen Ba sisabschnitt, das heißt C₁, C₂ derart festgelegt werden, daß C₁ < C₂ gilt; da durch wird ein Neigungswinkel Θ₁ der Ventilnadel sehr klein, so daß eine Ober fläche eines flanschartigen Anschlagbereiches an einem Basisabschnitt der Ventilnadel und einer Anschlagplatte, die sich bei offenem Ventil gegenseitig berühren, in einem im wesentlichen linearen Berührzustand gebracht werden, wodurch das Prellen der Ventilnadel minimiert wird, wodurch es wiederum mög lich ist, eine minimale Kraftstoffeinspritzmenge auf einen niedrigen Wert zu vermindern und einen dynamischen Bereich der Einspritzeigenschaften zu ver größern, wenn eine Impulsbreite eines Ventilöffnungsimpulssignals vermindert wird.

Bei dem Kraftstoffeinspritzventil mit dem vorbeschriebenen Aufbau werden eine Oberfläche des flanschartigen Anschlagbereiches des Basisabschnitts der Ven tilnadel und Oberflächen der Anschlagplatte, die sich bei Öffnung des Ventils berühren, jedoch in einen im wesentlichen sich linear berührenden Zustand ge bracht, wodurch eine große Quetschkraft auftritt, wenn das Ventil geöffnet wird und das Ventilöffnungsprellen vermindert werden kann. Wenn das Ventil jedoch geschlossen wird, das heißt, wenn der freie Endbereich der Ventilscheibe der Ventilnadel den Ventilsitz berührt bzw. mit diesem in Eingriff kommt, um den Anschlagbereich und die Anschlagplatte voneinander zu trennen, tritt ein soge nanntes umgekehrtes Quetschen in einem großen Ausmaß auf, bei dem der Anschlag und die Anschlagplatte derart arbeiten, daß sie sich gegenseitig ad sorbieren. Dies bewirkt das Auftreten einer langen Verzögerung bei einem Ven tilschließvorgang. Genauer wird die in der Praxis auftretende Ventilöffnungszeit im Vergleich zur Impulsbreite eines Ventilöffnungsimpulssignals verlängert, und es ist schwierig, eine genaue Kraftstoffeinspritzmenge zu erhalten, die der Im pulsbreite eines Ventilöffnungsimpulssignals entspricht.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehenden Ausführun gen gemacht und schafft ein Kraftstoffeinspritzventil, mit dem eine Verzögerung der Ventilschließzeit nach der Beendigung eines Ventilöffnungsimpulssignals durch Verminderung der Prellzeitdauer bei der Öffnung des Nadelventils bzw. der Ventilnadel vermindert werden kann, und das umgekehrte Quetschen in geeigneter Weise vermindert werden kann, das zwischen den Anschlägen der Ventilnadel beim Schließen des Ventils auftritt.

Die Erfindung ist auf ein Kraftstoffeinspritzventil gerichtet, das mit einer Ventil nadel in einem Gehäuse derart versehen ist, daß die Ventilnadel axial beweg lich ist und bezüglich der Achse des Gehäuses um einen Neigungswinkel Θ₁ geneigt ist, und einem an dem Gehäuse befestigten bzw. ortsfesten Bauteil, an dem der Anschlagbereich auf der Seite der Ventilnadel bei Öffnung des Ventils anliegt, einem Neigungswinkel Θ₂ bezüglich einer senkrechten Ebene, die die Achse der Ventilnadel rechtwinklig dazu schneidet, zwischen dem Anschlagbe reich und dem ortsfesten Bauteil gegeben ist, wobei der Anschlagbereich derart ausgebildet ist, daß der Neigungswinkel Θ₂ zwischen dem Anschlagbereich und dem ortsfesten Bauteil größer ist als Θ₁ in der axialen Richtung der Ventilnadel, wobei ein Verhältnis D₁/D₀ eines Außendurchmessers D₁ des Anschlagberei ches auf der Seite der Ventilnadel zu einem Innendurchmesser D₀ einer Innen kammer des Gehäuses zwischen 0,6 und 1,1 liegt.

Bei dem Kraftstoffeinspritzventil mit diesem Aufbau liegt der Anschlagbereich der Ventilnadel an dem ortsfesten Bauteil des Körpers an, um das Ventil in ei nen geschlossenen Zustand zu bringen. Dabei ist der anliegende bzw. Ein griffszustand des Anschlagbereichs ein linear berührender Zustand, da die Be rührfläche des Anschlagbereiches und diejenige des ortsfesten Bereiches der art ausgebildet sind, daß die Beziehung zwischen den Neigungswinkeln Θ₁, Θ₂ zu Θ₁ < Θ₂ wird, wobei das Verhältnis D₁/D₀ des Außendurchmessers D₁ des Anschlagbereiches auf der Seite der Ventilnadel zu dem Innendurchmesser D₀ der Innenkammer des Gehäuses zu 0,6 bis 1,1 wird. Folglich tritt eine Quetsch kraft mit einem geeigneten Wert auf und die Prellzeit der Ventilnadel bei der Ventilöffnungszeit nimmt ab, so daß die Linearität der Kraftstoffeinspritzeigen schaften der Einspritzbeginnzeit in hervorragender Weise eingestellt bzw. fest gelegt werden kann.

Wenn das Ventil geschlossen ist, sitzt die Ventilscheibe der Ventilnadel auf ei nem Ventilsitz, und, zu diesem Zeitpunkt, nimmt eine Verzögerung der Ventil schließzeit nach Beendigung eines Ventilöffnungsimpulssignals ab, da die Be ziehung zwischen den Neigungswinkeln Θ₁, Θ₂ derart ist, daß Θ₁ < Θ₂, wobei das Verhältnis D₁/D₀ des Außendurchmessers D₁ des Anschlagbereiches zu dem Innendurchmesser D₀ der Innenkammer des Gehäuses auf zwischen 0,6 und 1,1 festgelegt ist, indem der Außendurchmesser D₁ relativ groß gewählt wird. Dies ermöglicht, die Geschwindigkeit eines Einspritzvorgangs auf ein ho hes Maß zu vergrößern und ein gutes Ansprechen des Kraftstoffeinspritzvor gangs sicherzustellen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen bei spielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemä ßem Kraftstoffeinspritzventils;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines freien Endbereiches des gleichen Kraftstoffeinspritzventils;

Fig. 3 Kurven des Betriebs des Kraftstoffeinspritzventils, wobei

Fig. 3A eine Kurve zeigt, die die Beziehung zwischen einem Verhältnis D₁/D₀ des Außendurchmessers D₁ zu dem Innendurchmesser D₀ der Innenkammer des Gehäuses und der Prellzeitdauer bei der Ventilöffnungszeit darstellt; und

Fig. 3B eine Kurve ist, die die Beziehung zwischen dem Verhältnis D₁/D₀ des Außendurchmessers D₁ zu dem Innendurchmesser D₀ der In nenkammer des Gehäuses und einer Verzögerung bei einem Ventilschließvorgang zu der Ventilschließzeit darstellt;

Fig. 4 Kurven betreffend den Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils, wobei

Fig. 4A eine Kurve zeigt, die die Beziehung zwischen der Prellzeitdauer zur Ventilschließzeit und einem Neigungswinkel Θ₁ darstellt; und

Fig. 4B eine Kurve zeigt, die die Beziehung zwischen einer Verzögerung bei einem Ventilschließvorgang zu der Ventilschließzeit und dem Neigungswinkel Θ₁ darstellt; und

Fig. 5 Kurven betreffend den Betrieb des erfindungsgemäßen Kraftstoff einspritzventils und eines Vergleichsbeispiels, wobei:

Fig. 5A und 5B Zeitdiagramme eines Ventilöffnungsimpulssignals und eines Ventilnadelöffnungs- und -schließvorgangs bei dem Vergleichs beispiel sind und

Fig. 5C ein Zeitdiagramm eines Ventilöffnungsimpulssignals und eines Ventilnadelöffnungs- und -schließvorgangs bei der erfindungsge mäßen Ausführungsform ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines elektromagneti schen Kraftstoffeinspritzventils, wie es in einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung verwendet wird. Dieses Kraftstoffeinspritzventil ist im wesentlichen aufgebaut, indem eine Magnetspule 3 in einem Körper bzw. Gehäuse 1 vorge sehen wird, ein beweglicher Kern 4 verschiebbar in das Innere einer Innen kammer 15 des Gehäuses 1 eingesetzt ist, die innerhalb der Magnetspule 3 ausgebildet ist, eine Ventilnadel 5 am unteren Ende des beweglichen Kerns 4 befestigt ist, ein Düsenkörper 10 um einen freien Endbereich des Gehäuses 1 derart angeschlossen wird, daß er die Ventilnadel 5 umgibt, und ein Kraftstof fanschlußrohr 2 in das Innere eines Grundbereiches des Gehäuses 1 einge setzt und daran befestigt wird. Der Düsenkörper 10 kann auch einteilig mit dem Gehäuse 1 ausgebildet sein.

Das Kraftstoffanschlußrohr 2 ist an seinem oberen Endabschnitt mit einem Anschlußbereich 2a versehen, in den ein Filter 6 eingesetzt ist. Der Anschluß bereich 2a ist an eine Zufuhrleitung bzw. ein Zufuhrrohr (nicht dargestellt) an geschlossen. Ein elektrischer Stecker 14 ist an einem äußeren Umfangsbereich des Gehäuses 1 derart vorgesehen, daß er einen Außenumfang des Kraf tanschlußrohrs 2 umgibt, und eine Klemme des Steckers 14 ist mit der Magnet spule 3 verbunden.

Ein freier Endbereich des Kraftstoffanschlußrohrs 2 ist als befestigter bzw. ortsfester Kernbereich 22 ausgebildet, der an der Innenseite der Magnetspule 2 angeordnet ist. An dem Außenumfang eines freien Endabschnitts des festen Kernbereiches 22 ist eine Hülse 7 derart befestigt, daß die Hülse 7 leicht zur Seite einer Düse hin vorsteht, und ein Basisbereich des beweglichen Kerns 4 ist an der Hülse 7 verschiebbar gehalten. In das Innere des Kraftstoffanschluß rohrs 2 ist ein Einsatzrohr 8 eingesetzt und zwischen dem Einsatzrohr 8 und dem beweglichen Kern 4 ist eine Schraubenfeder angeordnet, die den bewegli chen Kern 4 in Richtung seines freien Endes drängt, d. h., die Ventilnadel 5 in die Schließrichtung.

Das Düsengehäuse bzw. der Düsenkörper 10 ist an dem freien Ende des Ge häuses 1 derart befestigt, daß er den freien Endbereich der Ventilnadel 5 um gibt, und eine Anschlagplatte 11 ist in einem Basisbereich des Düsenkörpers 10 angeordnet, der die Innenkammer 15 des Gehäuses begrenzt. Eine an einer Rückseite eines flanschartigen Anschlagbereiches 51 der Ventilnadel 5 ange ordnete Berührfläche 51a liegt an der Anschlagplatte 11 an, wenn das Ventil geöffnet ist. An einem freien Ende der Ventilnadel 5 ist eine konische Ventil scheibe 52 ausgebildet, und an einem freien Endbereich des Düsenkörpers 10 ist eine Kraftstoffströmungsöffnung 12 ausgebildet, wobei am Umfang dieser Strömungsöffnung 12 ein Ventilsitz 13 ausgebildet ist, an dem die Ventilscheibe 52 anliegt, wenn das Ventil geschlossen ist.

Wie in der vergrößerten Schnittansicht der Fig. 2 gezeigt, ist ein Außendurch messer des beweglichen Kerns 4 etwas kleiner als ein Innendurchmesser D₀ der Innenkammer 15 des Gehäuses, so daß um den beweglichen Kern herum ein Spiel besteht, wodurch die Ventilnadel 15 derart ausgebildet ist, daß sie um einen Neigungswinkel Θ₁ zur Achse des Gehäuses 1 geneigt sein kann. Dieser Neigungswinkel Θ₁ kann beispielsweise zwischen etwa 0,3° und 1,4° festgelegt werden. Der Neigungswinkel Θ₁ ist auf einen kleineren Wert festgelegt als ein Neigungswinkel Θ₂ (Neigungswinkel der Berührfläche 51a des flanschartigen Anschlagbereiches 51 relativ zu einer senkrechten Ebene, die die Achse der Ventilnadel 5 rechtwinklig dazu kreuzt), der später beschrieben werden wird, d. h., der Neigungswinkel Θ₂ ist auf einen größeren Wert als der Neigungswinkel Θ₁ festgelegt, so daß das Auftreten eines umgekehrten Quetschens zur Ventil öffnungszeit minimiert wird, wobei die Prellzeitdauer bei der Ventilöffnungszeit vermindert ist.

Die Berührfläche 51a des flanschartigen Anschlagbereiches 51 der Ventilnadel 5 ist als eine konisch geneigte Fläche ausgebildet, wodurch der Neigungswinkel Θ₂ zwischen der Berührfläche 51a und derjenigen der Anschlagplatte 11 bezüg lich einer senkrechten Oberfläche, die die Achse der Ventilnadel 5 rechtwinklig dazu durchkreuzt. Dieser Neigungswinkel Θ₂ kann beispielsweise auf einen Wert zwischen etwa 0,5° und 1,4° festgelegt werden. Wenn er größer ist als der Neigungswinkel Θ₁ der Ventilnadel und die Beziehung Θ₁ < Θ₂ gilt, werden be züglich der Verminderung des Auftretens eines umgekehrten Quetschens zur Ventilschließzeit und des Prellens zur Ventilöffnungszeit ausgezeichnete Er gebnisse erzielt.

Der Neigungswinkel Θ₂ kann auch dadurch ausgebildet werden, daß die Be rührfläche der Anschlagplatte 11 als konisch geneigte Fläche ausgebildet wird. Eine Quetschkraft zur Ventilöffnungszeit kann auch nicht zwischen dem flanschartigen Anschlagbereich 51 und der Anschlagplatte 11 ausgeübt werden, sondern zwischen dem beweglichen Kern 4 und dem festen Kernbereich 22 in einem anliegenden Zustand. In diesem Fall kann der Neigungswinkel Θ₂ fest gelegt werden, indem die Berührfläche des beweglichen Kerns 4 oder des fes ten Kernbereiches 22 als eine geneigte Fläche ausgebildet wird.

Der Außendurchmesser D₁ des flanschartigen Anschlagbereiches 51 der Ven tilnadel 5 relativ zu dem Innendurchmesser D₀ der Innenkammer 15 des Ge häuses stellt einen wichtigen Faktor bei der Verminderung des Auftretens eines umgekehrten Quetschens zur Ventilschließzeit und des Prellens bei der Ventil öffnungszeit dar. Wenn beispielsweise der Innendurchmesser D₀ der Innen kammer 15 des Gehäuses 10 mm beträgt, kann der Außendurchmesser D₁ des flanschartigen Anschlagbereiches 51 auf beispielsweise etwa 3 mm bis 12 mm festgelegt werden. Wenn diese Werte in einem speziellen Bereich festgelegt werden, d. h. wenn der Außendurchmesser D₁ des flanschartigen Anschlagbe reiches 51 relativ groß festgelegt wird (0,6 bis 1,1 im Maß des Verhältnisses D₁/D₀ des Außendurchmessers D₁ zu dem Innendurchmesser D₀ der Innen kammer 15 des Gehäuses) können ausgezeichnete Ergebnisse bezüglich der Verminderung des Auftretens eines umgekehrten Quetschens zur Ventil schließzeit und des Prellens zur Ventilöffnungszeit erreicht werden.

Das derart aufgebaute Kraftstoffeinspritzventil ist an einem Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine mit interner Verbrennung befestigt und der elektrische Anschlußstecker 14 ist an eine Steuertreiberschaltung (nicht dargestellt) ange schlossen, wobei der Anschlußbereich 2a des Kraftstoffanschlußrohrs 2 an eine Zufuhrleitung (nicht dargestellt) angeschlossen ist. Wenn die Magnetspule 3 erregt wird und Kraftstoff aus der Zufuhrleitung dem Kraftstoffanschlußrohr 2 zugeführt wird, wird der bewegliche Kern 4 angezogen und in Richtung auf sei nen Basisbereich bewegt, an dem der bewegliche Kern 4 die Schraubenfeder 9 zusammendrückt, und die Ventilnadel 5 wird dabei in der gleichen Richtung bewegt, so daß die Ventilscheibe 52 den Ventilsitz 13 verläßt, um einen Ventil öffnungszustand zu erreichen.

Zur Ventilöffnungszeit liegt die Berührfläche 51a des flanschartigen Anschlag bereiches 51 der Ventilnadel 5 an der Anschlagplatte 11 an, um einen Ventilöff nungszustand zu erreichen. Dabei wird der Eingriff bzw. die Berührung der Be rührfläche 51a des flanschartigen Anschlagbauteils 51 mit der Anschlagplatte 11 in einen linearen Berührzustand ausgeführt, da die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel Θ₁ und Θ₂ derart festgelegt ist, daß Θ₁ < Θ₂ ist, wobei der Nei gungswinkel Θ₂ auf einen Bereich von etwa 0,5° bis 1,4° festgelegt ist, und wo bei der Außendurchmesser Θ₁ des flanschartigen Anschlagbereiches 51 ver gleichsweise groß festgesetzt ist (0,6 bis 1,1 im Maß des Verhältnisses D₁/D₀ des Außendurchmessers D₁ zu dem Innendurchmesser D₀ der Innenkammer 15 des Gehäuses). Daher tritt ein gewisses Maß an Quetschkraft auf, wodurch die Prellzeit der Ventilnadel 5 zur Ventilöffnungszeit vermindert ist, und die Li nearität der Kraftstoffeinspritzeigenschaften des Einspritzbeginnzeitpunkts wird ausgezeichnet.

Zum Ventilschließzeitpunkt verschwindet das Ventilöffnungsimpulssignal, so daß die Magnetspule 3 nicht mehr erregt wird, und das Nadelventil 5 wird auf grund der elastischen Kraft der Schraubenfeder 9 in die Ventilschließrichtung bewegt, wobei die Ventilscheibe 52 in Sitzanlage an den Ventilsitz 13 kommt, um das Ventil zu schließen. Während dieser Zeit nimmt eine Verzögerung in der Ventilschließzeit ohne weiteres zu, wenn eine umgekehrte Quetschkraft auf ein bestimmtes Maß zunimmt. Da aber die Beziehung zwischen den Neigungs winkeln Θ₁, Θ₂ so festgelegt ist, daß Θ₁ < Θ₂, wobei der Neigungswinkel Θ₂ auf etwa 0,5° bis 1,4° festgelegt ist, und der Außendurchmesser D₁ des flanscharti gen Anschlagbereiches 51 vergleichsweise groß festgelegt ist (0,6 bis 1,1 im Maß des Verhältnisses D₁/D₀ des Außendurchmessers D₁ zum Innendurch messer D₀ der Innenkammer 15 des Gehäuses), wird eine Verzögerung in der Ventilschließzeit nach Beendigung des Ventilöffnungsimpulssignals vermindert. Dies ermöglicht, die Einspritzzeitdauer deutlich zu verkürzen, einen Einspritz vorgang mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen und einen Kraftstoffein spritzbetrieb mit gutem Ansprechverhalten zu erreichen.

Eine Ausführungsform und ein Vergleichsbeispiel, die ausgeführt sind, um die Wirkung der Erfindung zu bestätigen, werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Kurven der Fig. 3 bis 5 beschrieben. Die Ausführungsform und das Ver gleichsbeispiel wurden aufgrund einer numerischen Analyse durchgeführt, die auf einer Computersimulation basiert.

In einer ersten Ausführungsform wurde ein Außendurchmesser D₁ eines flanschartigen Anschlagbereiches 51 einer Ventilnadel 5 in einem Kraftstoffein spritzventil, bei dem ein Innendurchmesser D₀ einer Innenkammer 15 eines Gehäuses 10 mm betrug, innerhalb eines Bereiches von 3 mm bis 11 mm vari iert, und die Zeitdauer Tb des Prellens, das an der Ventilnadel zum Ventilöff nungszeitpunkt auftrat, und eine Verzögerungszeitdauer Tc der Ventilschließ zeit zum Zeitpunkt des Schließens des Ventils, die der Beendigung des Ventil öffnungsimpulssignals folgte, wurden gemessen. In diesem Fall wurde der Nei gungswinkel Θ₁ der Ventilnadel 5 auf 0,4° festgelegt, wobei ein Neigungswinkel Θ₂ einer Berührfläche 51a eines flanschartigen Anschlagbereiches 51 auf 0,7° festgelegt wurde.

Fig. 3A zeigt eine Kurve der Prellzeitdauer Tb zum Ventilöffnungszeitpunkt, und Fig. 3B zeigt eine Kurve der Zeitdauer Tc der Ventilschließverzögerung. Aus den Kurven der Fig. 3A und 3B ist ersichtlich, daß, wenn der Außendurchmes ser D₁ des flanschartigen Anschlagbereichs 51 auf 6 mm bis 11 mm festgelegt wird (0,6 bis 1,1 im Maß bzw. der Dimension des Verhältnisses D₁/D₀ des Au ßendurchmessers D₁ zu dem Innendurchmesser D₀ der Innenkammer 15 des Körpers), die Prellzeit Tb derart verkürzt wird, daß sie nicht größer als 0,2 msek, wobei die Verzögerungszeitdauer Tc des Ventilschließzeitpunkts derart verkürzt wird, daß sie nicht größer als etwa 0,45 msek ist. Genauer ist ersicht lich, daß sowohl die Verzögerung des Ventilschließzeitpunkts Tc zum Zeitpunkt des Schließens des Ventils und die Prellzeitdauer Tb zum Ventilöffnungszeit punkt wirksam vermindert sind.

Wenn der Wert von D₁/D₀ so festgelegt ist, daß er nicht größer als 0,6 ist, über steigt die Prellzeitdauer Tb etwa 0,2 mmsek, und die Linearität der Kraftstoffein spritzeigenschaften zur Ventilöffnungszeit wird verschlechtert. Wenn der Wert von D₁/D₀ größer als 1,1 festgelegt wird, nimmt die Verzögerungszeitdauer zum Ventilschließzeitpunkt zu und übersteigt etwa 0,45 msek, und das Erreichen eines guten Ansprechverhaltens der Kraftstoffeinspritzung wird verhindert.

In einer zweiten Ausführungsform wurde der Außendurchmesser D₁ eines flanschartigen Anschlagbereiches 51 eines Nadelventils 5 in einem Kraftstoff einspritzventil auf 5 mm, 7 mm, 9 mm und 11 mm festgelegt, wobei der Nei gungswinkel Θ₂ einer Berührfläche 51a des flanschartigen Anschlagbereiches 51 auf 0,2°, 0,7°, 0,9° und 1,4° festgelegt wurde, und ein Neigungswinkel Θ₁ (Winkel, um den die Ventilnadel bezüglich der Achse eines Gehäuses 1 geneigt werden konnte) der Ventilnadel 5 wurde von 0° bis 1,4° variiert. Die Prellzeit dauer Tb der Ventilnadel zur Ventilöffnungszeit und eine Verzögerungszeitdau er Tc der Ventilschließzeit zum Zeitpunkt des Schließens des Ventils, die der Beendigung eines Ventilöffnungsimpulssignals folgte, wurden in diesen Fällen gemessen.

Fig. 4A zeigt eine Kurve der Prellzeitdauer Tb zur Ventilöffnungszeit und Fig. 4B eine Kurve der Verzögerungszeitdauer der Ventilschließzeit zum Zeitpunkt des Schließens des Ventils. Aus den Kurven der Fig. 4A und 4B ist ersichtlich, daß, wenn der Neigungswinkel Θ₁ der Ventilnadel 5 kleiner als der von Θ₂ der Be rührfläche 51a des flanschartigen Anschlagbauteils 51 ist, d. h., wenn der Nei gungswinkel Θ₂ größer als Θ₁ ist und eine Beziehung gilt Θ₁ < Θ₂ und vorzugs weise die Beziehung Θ₁ ≦ kΘ₂ (k = 0,3 bis 0,9) gilt, die Prellzeitdauer Tb zum Ventilöffnungszeitpunkt derart verkürzt ist, daß sie nicht größer als 0,1 msek ist; eine Verzögerungszeitdauer Tc im Ventilschließzeitpunkt so kurz wird, daß sie nicht länger als 0,4 msek ist, und sowohl die Verzögerungszeitdauer Pc in der Ventilschließzeit zum Zeitpunkt des Schließens des Ventils und die Prellzeit dauer Tb beim Ventilöffnungszeitpunkt wirksam vermindert sind.

Wenn die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel Θ₁ der Ventilnadel 5 und Θ₂ der Berührfläche 51a des flanschartigen Anschlags 51 auf Θ₁ ≧ Θ₂ festgelegt ist, nimmt die Verzögerungzeitdauer Tc in der Ventilschließzeit zum Zeitpunkt des Schließens des Ventils auf einen Wert größer als etwa 0,4 mmsek zu, und das Erreichen eines guten Ansprechverhaltens der Kraftstoffeinspritzung wird verhindert, wie aus der Kurve der Fig. 4B ersichtlich.

Fig. 5 ist ein Zeitdiagramm der Ventilöffnungsimpulssignale und der Öffnungs- und Schließvorgänge der Ventilnadeln in einer Simulation, die als ein Experi ment durchgeführt wurde, wobei die Fig. 5A und 5B die Ergebnisse von Ver gleichsbeispielen zeigen und Fig. 5C die einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Das Zeitdiagramm des Vergleichsbeispiels der Fig. 5A zeigt eine Wellenform eines Ventilöffnungsimpulssignals und des Öffnungs- und Schließvorgangs der Ventilnadel in einem Fall, in dem ein Außendurchmesser D₁ eines flanscharti gen Anschlagbauteils einer Ventilnadel, ein Neigungswinkel Θ₁ der Ventilnadel 5 und ein Neigungswinkel Θ₂ einer Berührfläche 51a des flanschartigen An schlagbereiches 51 auf 4,6 mm, 0,1° und 0,4° festgelegt sind.

Aus dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5A ist ersichtlich, daß die Prellzeit dauer Tb zur Ventilöffnungszeit lang ist, was die Linearität der Kraftstoffein spritzeigenschaften verschlechtert. Die Hauptursache dieses Nachteils liegt in folgendem: Der Außendurchmesser D₁ des flanschartigen Anschlagbereiches ist verhältnismäßig klein. Obwohl für die Neigungswinkel Θ₁ und Θ₂ die Bezie hung Θ₁ < Θ₂ gilt, sind diese beiden Neigungswinkel klein.

Das Zeitdiagramm des Vergleichsbeispiels der Fig. 5B zeigt eine Wellenform eines Ventilöffnungsimpulssignals und des Öffnungs- und Schließvorgangs der Ventilnadel in einem Fall, in dem ein Außendurchmesser D₁ eines flanscharti gen Anschlagbereiches einer Ventilnadel auf 4,6 mm festgelegt ist, wobei ein Neigungswinkel Θ₁ der Ventilnadel 5 und Θ₂ einer Berührfläche 51a des flanschartigen Anschlagbereiches 51 auf den gleichen Wert im Bereich von 0,1° bis 0,4° festgelegt sind.

Aus dem Vergleichsbeispiel der Fig. 5B ist ersichtlich, daß, obwohl die Prell zeitdauer Tb der Ventilöffnungszeit kurz wird, eine Verzögerungszeitdauer Tc in der Ventilschließzeit zum Zeitpunkt des Schließens des Ventils deutlich zu nimmt, wodurch das Erreichen eines guten Ansprechverhaltens der Kraftstoff einspritzung verhindert ist. Die Hauptursache dieses Nachteils liegt in der Be ziehung zwischen den Neigungswinkeln Θ₁, Θ₂, nämlich Θ₁ = Θ₂ und dem ver hältnismäßig kleinen Außendurchmesser D₁ des flanschartigen Anschlagberei ches.

Das Zeitdiagramm der Ausführungsform gemäß Fig. 5c zeigt eine Wellenform eines Ventilöffnungsimpulssignals und den Öffnungs- und Schließvorgang einer Ventilnadel in einem Fall, in dem ein Außendurchmesser D₁ eines flanscharti gen Anschlagbereiches der Ventilnadel, ein Neigungswinkel Θ₁ der Ventilnadel 5 und ein Neigungswinkel Θ₂ einer Berührfläche 51a des flanschartigen An schlagbereiches 51 auf 9 mm, 0,55° und 1,1° festgelegt sind. Entsprechend der Ausführungsform gemäß Fig. 5C ist die Prellzeitdauer Tb der Ventilöffnungszeit kurz und die Linearität der Kraftstoffeinspritzeigenschaften ist verbessert, wobei die Verzögerungszeitdauer Tc der Ventilschließzeit zum Zeitpunkt des Schlie ßens des Ventils vermindert ist. Dies ermöglicht eine Vergrößerung der Kraft stoffeinspritzgeschwindigkeit und es kann ein gutes Ansprechverhalten der Kraftstoffeinspritzung erzielt werden.

Bei dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil ist die Beziehung zwischen den Neigungswinkeln Θ₁ und Θ₂ auf Θ₁ < Θ₂ fest gelegt, und der Außendurchmesser D₁ des Anschlagbereiches ist auf einen verhältnismäßig großen Wert festgelegt, d. h. das Verhältnis D₁/D₀ des Außen durchmessers D₁ zu dem Innendurchmesser D₀ der Innenkammer des Gehäu ses ist auf 0,6 bis 1,1 festgelegt. Dies ermöglicht, daß die Prellzeitdauer bei der Ventilöffnungszeit verkürzt ist, die Linearität der Kraftstoffeinspritzeigenschaften verbessert ist, eine Verzögerung der Ventilschließzeit zum Zeitpunkt des Schließens des Ventils vermindert ist und eine Vergrößerung der Geschwindig keit und des Ansprechverhaltens der Kraftstoffeinspritzung erreicht werden können.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil, enthaltend:

a) ein Gehäuse (1), das auf seiner Innenseite mit einem Bereich mit einem Innendurchmesser D₀ versehen ist,
b) eine Ventilnadel (5), die in dem Gehäuse derart vorgesehen ist, daß die Ventilnadel in der axialen Richtung bewegbar ist und um einen Neigungswinkel Θ₁ relativ zur Achse des Gehäuses geneigt ist,
c) ein ortsfestes, an dem Gehäuse vorgesehenes Bauteil (11) und
d) einen Anschlagbereich (51), der an einem Teil der Ventilnadel vorgese hen ist, für eine Anlage an dem ortsfesten Bauteil geeignet ist, wenn das Ventil geöffnet ist, einen Außendurchmesser D₁ hat und derart ausgebildet ist, daß ein auf einen Wert größer als Θ₁ festgesetzter Neigungswinkel Θ₂ bezüglich einer senkrechten Ebene, die die Achse der Ventilnadel rechtwinklig dazu kreuzt, zwischen dem Anschlagbereich und dem ortsfesten Bauteil gegeben ist, und derart, daß ein Verhältnis D₁/D₀ eines Außendurchmessers D₁ des Anschlagbe reiches zu einem Innendurchmesser D₀ der Innenseite des Gehäuses zwischen 0,6 und 1,1 beträgt.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei der Anschlagbereich (51) als ein flanschartiger Anschlagbereich ausgebildet ist, der an einem Basisab schnitt der Ventilnadel (5) vorgesehen ist, und das ortsfeste Bauteil als An schlagplatten (11) ausgebildet ist, die an der Innenseite des Gehäuses (1) vor gesehen ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei der Anschlagbereich durch einen beweglichen Kern (4) gebildet ist, der an einem Basisabschnitt der Ventilnadel ausgebildet ist, und das ortsfeste Bauteil als ein ortsfester Kern (22) ausgebildet sind, der an der Innenseite des Gehäuses vorgesehen ist.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei der Neigungswinkel Θ₂ zwischen 0,5° und 1,4° beträgt.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, wobei der Neigungswinkel Θ₂ relativ zu einer senkrechten Ebene, die die Achse der Ventilnadel (5) rechtwink lig kreuzt, gebildet ist, indem die Berührfläche des flanschartigen Anschlagbe reiches (51) der Ventilnadel (5) als eine konisch geneigte Fläche ausgebildet ist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, wobei der Neigungswinkel Θ₂ bezüglich einer senkrechten Ebene, die die Achse der Ventilnadel (5) recht winklig kreuzt, gebildet ist, indem die Berührfläche der Anschlagplatte (11) als konisch geneigte Oberflächen ausgebildet ist.