DE10021072A1 - Kraftstoffeinspritzventil - Google Patents
KraftstoffeinspritzventilInfo
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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
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.
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.
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.
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.
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 (6)
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.
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Representative=s name: KRAMER - BARSKE - SCHMIDTCHEN, 81245 MUENCHEN |
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