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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung eines elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils, welches umfasst: ein Ventilgehäuse, das an seinem einen Ende einen Ventilsitz aufweist; einen hohlen stationären Kern, der mit dem anderen Ende des Ventilgehäuses verbunden ist; einen beweglichen Kern, der so angeordnet ist, dass er zu einer Anziehungsoberfläche des stationären Kerns weist; eine Wicklung, die um einen Außenumfang des stationären Kerns herum vorgesehen ist; einen Ventilkörper, der konfiguriert ist, um mit dem Ventilsitz zusammenzuwirken; und eine Ventilfeder, die konfiguriert ist, um den Ventilkörper in Ventilschließrichtung vorzuspannen, wobei der Ventilkörper geöffnet wird, wenn durch Anregung der Wicklung der stationäre Kern den beweglichen Kern anzieht.
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Ein solches elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil ist aus der
JP 2008-31853 A bekannt.
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Die
4 bis
6 der
JP 2008-31853 A zeigen ein solches elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil, worin ein Schaft eines Ventilkörpers an einer Innenumfangsfläche eines stationären Kerns verschiebbar gelagert ist, um die Öffnungs- und Schließstellung des Ventilkörpers zu stabilisieren. Da jedoch der stationäre Kern aus magnetischem Material gebildet ist, das eine relativ geringe Härte hat, kommt es zu einem raschen Verschleiß des Führungsabschnitts, wenn man die Innenumfangsfläche eines stationären Kerns als Führungsabschnitt für den Schaft des Ventilkörpers verwendet, der eine hohe Härte hat, was es schwierig macht, die Öffnungs- und Schließstellung des Ventilkörpers für eine lange Zeitdauer stabil zu halten. Ferner ist in dem herkömmlichen elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventil ein beweglicher Kern einstückig mit dem Ventilkörper verbunden. Aus diesem Grund üben, wenn der Ventilkörper geöffnet und geschlossen wird, der Ventilkörper und der bewegliche Kern gemeinsam eine starke Aufprallkraft auf den stationären Kern und den Ventilsitz aus. Dies werden Faktoren, die einen Verschleiß des Aufprallabschnitts hervorrufen, ein Geräusch des Aufprallabschnitts und bewirkt, dass der Ventilkörper von dem Ventilsitz zurückschlägt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil anzugeben, das in der Lage ist, über eine lange Zeitdauer eine stabile Öffnungs- und Schließstellung eines Ventilkörpers einzuhalten, sowie einen Aufprall zu verringern, der beim Öffnen und Schließen des Ventilkörpers einwirkt, und Verschleiß und Geräusch des Aufprallabschnitts und das Zurückschlagen des Ventilkörpers vom Ventilsitz zu reduzieren.
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Zur Lösung der Aufgabe wird gemäß einem ersten Merkmal der Erfindung ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil angegeben, welches umfasst: ein Ventilgehäuse, das an seinem einen Ende einen Ventilsitz aufweist; einen hohlen stationären Kern, der mit dem anderen Ende des Ventilgehäuses verbunden ist; einen beweglichen Kern, der so angeordnet ist, dass er zu einer Anziehungsoberfläche des stationären Kerns weist; eine Wicklung, die um einen Außenumfang des stationären Kerns herum vorgesehen ist; einen Ventilkörper, der konfiguriert ist, um mit dem Ventilsitz zusammenzuwirken; und eine Ventilfeder, die konfiguriert ist, um den Ventilkörper in Ventilschließrichtung vorzuspannen, wobei der Ventilkörper geöffnet wird, wenn durch Anregung der Wicklung der stationäre Kern den beweglichen Kern anzieht; worin eine Führungsbuchse, die eine höhere Härte als jene des stationären Kerns hat, am Innenumfang des stationären Kerns befestigt ist; der Ventilkörper einen Ventilabschnitt, der mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, sowie einen Schaft, der anschließend an den Ventilabschnitt ausgebildet ist und der sich zu der Führungsbuchse hin erstreckt, enthält; ein Gleitelement, das an einer Innenumfangsoberfläche der Führungsbuchse verschiebbar sitzt, und ein Anschlagelement, das zwischen dem stationären Kern und dem Ventilabschnitt angeordnet ist, an dem Schaft befestigt sind; der bewegliche Kern an dem Schaft verschiebbar sitzt, derart, dass der bewegliche Kern für einen begrenzten Hub zwischen dem Gleitelement und dem Anschlagelement beweglich ist, wobei, wenn die Wicklung angeregt wird, der zum stationären Kern hin angezogene bewegliche Kern den Ventilkörper über das Gleitelement öffnet, und wenn die Wicklung nicht angeregt wird, der Ventilkörper durch eine Vorspannkraft der Ventilfeder geschlossen wird, und der bewegliche Kern mit dem Anschlagelement in Kontakt ist.
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Hier entspricht die Führungsbuchse einer zweiten Führungsbuchse einer später beschriebenen Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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Da gemäß dem ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung die Führungsbuchse, die am Innenumfang des stationären Kerns befestigt ist, eine höhere Härte als jene des stationären Kerns hat, ist die Verschleißbeständigkeit der Führungsbuchse hoch. Da das Gleitelement, das an dem Schaft des Ventilkörpers befestigt ist, an der Führungsbuchse verschiebbar gelagert ist, kann die Öffnungs- und Schließstellung des Ventilkörpers für eine lange Zeitdauer hinweg stabilisiert werden, und kann die Charakteristik der Kraftstoffeinspritzströmungsrate des Kraftstoffeinspritzventils stabilisiert werden.
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Darüber hinaus ist bei Öffnungsvorgängen des Ventilkörpers, die Aufprallkraft, mit der der bewegliche Kern auf den stationären Kern einwirkt, aufgeteilt in: eine Aufprallkraft, die nur dann einwirkt, wenn der bewegliche Kern zuerst mit dem stationären Kern kollidiert; und eine Aufprallkraft, die einwirkt, wenn das Anschlagelement danach mit dem beweglichen Kern kollidiert. Dementsprechend ist jede der Kollisionsenergien relativ gering. Dies verhindert Verschleiß eines Kontaktabschnitts zwischen dem stationären Kern und dem beweglichen Kern und drückt das Geräusch bei Kollision auf einen geringen Wert. Wenn ferner das Anschlagelement mit dem beweglichen Kern kollidiert, wird die Ventilfeder stärker verformt als der Betrag, um den bei regulärer Ventilöffnung die Ventilfeder komprimiert und verformt wird. Dementsprechend absorbiert die Ventilfeder die Energie, die ausgeübt wird, wenn das Anschlagelement mit dem beweglichen Kern kollidiert, und verringert hierdurch die Aufprallkraft.
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Bei dem Öffnungsprozess des Ventilkörpers wird zunächst, durch Verschieben auf dem Schaft des Ventilkörpers, nur der bewegliche Kern zu dem stationären Kern hin angezogen und nach Beschleunigung drückt er das Gleitelement gegen die Stelllast der Ventilfeder hoch. Hierdurch kann der Ventilkörper rasch geöffnet werden. Somit kann das Ansprechverhalten beim Öffnen des Ventilkörpers verbessert werden.
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Da andererseits beim Schließprozess des Ventilkörpers die Aufprallkraft, die der Ventilkörper auf den Ventilsitz ausübt, unterteilt ist in: eine Aufprallkraft, die nur dann einwirkt, wenn der Ventilkörper zuerst auf dem Ventilsitz aufsitzt; und eine Aufprallkraft, die einwirkt, wenn der bewegliche Kern anschließend mit dem Anschlagelement kollidiert, ist jede der Kollisionsenergien relativ klein. Dies verhindert einen Verschleiß des Kontaktabschnitts zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitz und unterdrückt das Geräusch beim Aufsetzen auf einen geringen Wert.
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Wenn der Ventilkörper zuerst auf den Ventilsitz aufsitzt, schlägt der Ventilkörper aufgrund des Aufstoßes beim Aufsitzen zurück. Da jedoch die vordere Endoberfläche des beweglichen Kerns mit dem Anschlagelement in Kontakt kommt, das an dem Ventilkörper befestigt ist, kann der Rückschlagbetrag auf ein Minimum reduziert werden.
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Gemäß einem bevorzugten zweiten Merkmal der Erfindung ist die Führungsbuchse aus nichtmagnetischem oder schwach magnetischem Material gebildet, wobei ein Vorderende der Führungsbuchse weiter vorsteht als die Anziehungsoberfläche des stationären Kerns, und wenn die Wicklung angeregt ist, eine Öffnungsgrenze des Ventilkörpers begrenzt wird, indem der bewegliche Kern mit dem Vorderende der Führungsbuchse in Kontakt gebracht wird.
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Wenn gemäß dem zweiten Merkmal der Erfindung die Wicklung angeregt wird, nimmt das Vorderende der nichtmagnetischen oder schwach magnetischen Führungsbuchse, die weiter vorsteht als die Anziehungsoberfläche des stationären Kerns, den beweglichen Kern auf und begrenzt somit die Öffnungsgrenze des Ventilkörpers und erzeugt auch einen Luftspalt zwischen dem stationären Kern und dem beweglichen Kern. Wenn hierbei die Anregung der Wicklung gestoppt wird, wird es möglich, den Restmagnetismus zwischen dem stationären Kern und dem beweglichen Kern rasch verschwinden zu lassen und das Ansprechverhalten beim Schließen des Ventilkörpers zu verbessern.
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Gemäß einem bevorzugten dritten Merkmal der Erfindung ist die Ventilfeder, die konfiguriert ist, um den Ventilkörper über das Gleitelement in der Ventilschließrichtung vorzuspannen, innerhalb des stationären Kerns vorgesehen, wobei eine Hilfsfeder zwischen dem Gleitelement und dem beweglichen Kern vorgesehen ist, wobei die Hilfsfeder konfiguriert ist, um das Gleitelement und den beweglichen Kern in Richtung zur Bewegung voneinander weg vorzuspannen, mit einer Stelllast, die kleiner ist als eine Stelllast der Ventilfeder.
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Wenn gemäß dem dritten Merkmal der Erfindung der Ventilkörper geschlossen wird, hält die Stelllast der Hilfsfeder den beweglichen Kern zu einer Position hin gedrückt, wo der bewegliche Kern mit dem Anschlagelement in Kontakt ist, wodurch verhindert werden kann, dass der bewegliche Kern wackelt. Darüber hinaus ist die Stelllast der Hilfsfeder kleiner eingestellt als jene der Ventilfeder, die dem Ventilkörper in der Ventilschließrichtung vorspannt. Wenn daher die Wicklung angeregt wird, stört die Hilfsfeder weder das Anziehen des beweglichen Kerns zu dem stationären Kern hin, noch den Kontakt des Gleitelements mit dem beweglichen Kern durch die Ventilfeder. Daher hindert die Hilfsfeder den Ventilkörper nicht daran, sich zu einer vorbestimmten Stellung hin zu öffnen.
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Gemäß einem bevorzugten vierten Merkmal der Erfindung enthält das Gleitelement einen Flanschabschnitt, der konfiguriert ist, um verschiebbar auf einer Innenumfangsoberfläche der Führungsbuchse zu sitzen, sowie einen Schaftabschnitt, der von einer vorderen Endoberfläche des Flanschabschnitts vorsteht, wobei die Hilfsfeder zwischen der vorderen Endoberfläche des Flanschabschnitts und den beweglichen Kern eingesetzt ist, und der Schaftabschnitt innerhalb der Hilfsfeder angeordnet ist.
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Gemäß dem vierten Merkmal der Erfindung sitzt der Schaftabschnitt des Gleitelements an der Innenumfangsfläche der Hilfsfeder und übernimmt somit eine Funktion, die Hilfsfeder zu positionieren. Die Hilfsfeder reduziert auch den Abstand zwischen der Ventilfeder und der Hilfsfeder und kann eine Verringerung der axialen Dimension des elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils erreichen, und im Ergebnis eine Größenverringerung des elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils.
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Die obigen und andere Ziele, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden aus der detallierten Beschreibung der bevorzugten Ausführung näher ersichtlich, welche nachfolgend im Bezug auf die beigefügten Zeichnungen angegeben wird.
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1 ist eine Längsschnittansicht eines elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils für einen Motor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils, das in 1 mit Pfeil 2 angegeben ist;
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3 ist eine Schnittansicht entlang Linie 3-3 in 2; und
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4A bis 4H sind Ansichten zur Erläuterung des Betriebs dieses elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung basierend auf den beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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In den 1 und 2 ist ein Zylinderkopf 1 eines Motors mit einem Befestigungsloch 1b versehen, das sich zu einer Brennkammer 1a öffnet, und ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil I ist in diesem Befestigungsloch 1b angebracht. Das Kraftstoffeinspritzventil I ist in der Lage, Kraftstoff zur Brennkammer 1a hin einzuspritzen.
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Ein Ventilgehäuse 2 des Kraftstoffeinspritzventils I umfasst: ein Ventilsitzelement 3; einen magnetischen Zylinderkörper 4, der koaxial mit einem hinteren Endabschnitt des Ventilsitzelements 3 verbunden ist; sowie einen nichtmagnetischen Zylinderkörper 5, der koaxial mit einem Hinterende des magnetischen Zylinderkörpers 4 verbunden ist. Ein stationärer Kern 6 ist koaxial mit einem Hinterende des nichtmagnetischen Zylinderkörpers 5 verbunden, und ein Kraftstoffeinlassrohr 7 ist koaxial und anschließend mit einem Hinterende des stationären Kerns 6 ausgebildet. Der stationäre Kern 6 hat einen hohlen Abschnitt 6b, der mit der Innenseite des Kraftstoffeinlassrohrs 7 in Verbindung steht. Ein Kraftstofffilter 14 ist am Einlass des Kraftstoffeinlassrohrs 7 angebracht.
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Das Ventilsitzelement 3 umfasst: einen im Durchmesser kleinen Zylinderabschnitt 3a mit einer vorderen Endwand; und einen im Durchmesser großen Zylinderabschnitt 3b, der am Hinterende des im Durchmesser kleinen Zylinderabschnitts 3a ausgebildet ist. Ein konischer Ventilsitz 8, ein Ventilloch 9, das sich an ein Vorderende des Ventilsitzes 8 anschließt, und ein Kraftstoffeinspritzloch 10, das sich an das Ventilloch 7 anschließt und sich zu einer vorderen Endfläche des im Durchmesser kleinen Zylinderabschnitts 3a öffnet, sind in der vorderen Endwand des im Durchmesser kleinen Zylinderabschnitts 3a ausgebildet.
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Der magnetische Zylinderkörper 4 hat einen dünnen Zylinderabschnitt 4a und einen dicken Zylinderabschnitt 4b, der anschließend an ein Hinterende des dünnen Zylinderabschnitts 4a ausgebildet ist. Der dicke Zylinderabschnitt 4b hat einen Innendurchmesser, der kleiner ist als jener des dünnen Zylinderabschnitts 4a, und hat einen Außendurchmesser, der größer ist als jener des dünnen Zylinderabschnitts 4a. Eine Scheibe 11 und der im Durchmesser große Zylinderabschnitt 3b des Ventilsitzelements 3 sind aufeinerfolgend auf eine Innenumfangsfläche des dünnen Zylinderabschnitts 4a gesetzt, und der im Durchmesser große Zylinderabschnitt 3b ist an einen dünnen Zylinderabschnitt 4a flüssigkeitsdicht geschweißt.
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Der dicke Zylinderabschnitt 4b hat einen ringförmigen Vorsprung 12, der von einer hinteren Endoberfläche an seiner Innenumfangsseite vorsteht. Der nichtmagnetische Zylinderkörper 5 wird mit einem Außenende des ringförmigen Vorsprungs 12 in Kontakt gebracht und daran flüssigkeitsdicht geschweißt. Der dicke Zylinderabschnitt 4b und der nichtmagnetische Zylinderkörper 5 sind so ausgebildet, dass sich ihre Innenumfangsoberflächen aneinander anschließen.
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Der stationäre Kern 6 hat Außenumfang seines vorderen Endabschnitts einen ringförmigen vertieften Abschnitt 13. Ein hinterer Endabschnitt des nichtmagnetischen Zylinderkörpers 5 ist in diesen ringförmigen vertieften Abschnitt 13 eingesetzt und damit flüssigkeitsdicht verschweißt. Der stationäre Kern 6 und der nichtmagnetische Zylinderkörper 5 sind so ausgebildet, dass sich ihre Außenumfangsoberfläche aneinander anschließen.
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Eine zylindrische erste Führungsbuchse 18 wird unter Druck in den im Durchmesser kleinen Zylinderabschnitt 3a eingesetzt und auf einer Innenumfangsfläche eines vorderen Endabschnitts des im Durchmesser kleinen Zylinderabschnitts 3a befestigt. In einer Innenumfangsfläche des stationären Kerns 6 ist ein vertiefter Sitzabschnitt 28 ausgebildet, der sich zu einer Anziehungsoberfläche 6a hin öffnet, die am Vorderende des stationären Kerns 6 vorgesehen ist. Eine zylindrische zweite Führungsbuchse 19 wird durch Druck in diesen vertieften Einsetzabschnitt 28 eingesetzt und daran befestigt. Eine Innenumfangsoberfläche der zweiten Führungsbuchse 19 schließt sich an die Innenumfangsoberfläche des stationären Kerns an.
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Ein Ventilkörper 15 und eine beweglicher Kern 16 sind in einem Teil des Ventilgehäuses 2 aufgenommen, das sich von dem Ventilsitzelement 3 zu dem nichtmagnetischen Zylinderkörper 5 erstreckt. Der Ventilkörper 15 umfasst: einen Ventilabschnitt 15a, der das Ventilloch 19 im Zusammenwirken mit dem Ventilsitz 8 öffnet und schließt; sowie einen Schaft 15b, der einstückig mit dem Ventilabschnitt 15a verbunden ist und sich ins Innere der zweiten Führungsbuchse 19 erstreckt. Der Ventilabschnitt 15a ist kugelförmig ausgebildet, so dass er im konstanten Linienkontakt mit einer Innenumfangsoberfläche der ersten Führungsbuchse 8 ist. Der Schaft 15b hat einen kleineren Durchmesser als der Ventilabschnitt 15a. Ein rohrförmiger Kraftstoffkanal 21 ist zwischen der ersten Führungsbuchse 18 und dem Schaft 15b definiert, und mehrere flache Abschnitte 25, die Teil des Kraftstoffkanals zwischen dem Ventilabschnitt 15a und der ersten Führungsbuchse 18 darstellen, sind an einer Außenumfangsoberfläche des Ventilabschnitts 15a ausgebildet. Dementsprechend ist die erste Führungsbuchse 18 so konfiguriert, dass sie den Durchtritt von Kraftstoff erlaubt, während sie die Öffnungs- und Schließvorgänge des Ventilkörpers 15 führt.
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Ein Gleitelement 20, das verschiebbar in die Innenumfangsoberfläche der zweiten Führungsbuchse 19 eingesetzt ist, und ein Anschlagelement 22, das zwischen dem stationären Kern 6 und dem Ventilabschnitt 15a angeordnet ist, sind durch Schweißen oder dergleichen an dem Schaft 15b befestigt. Das Gleitelement 20 ist derart aneordnet, dass seine untere Endoberfläche werter vorsteht als eine untere Endoberfläche der zweiten Führungsbuchse 19, wenn sich der Ventilkörper 15 in seiner geschlossenen Stellung befindet. Der bewegliche Kern 16, der gegenüber der Anziehungsoberfläche 6a des stationären Kerns 6 angeordnet ist, ist auf den Schaft 15b verschiebbar aufgesetzt, so dass er für einen begrenzten Hub s zwischen dem Gleitelement 20 und dem Anschlagelement 22 beweglich ist.
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Da der Ventilkörper 15 an zwei Punkten gelagert ist, nämlich den ersten und zweiten Führungsbuchsen 18, 19, entsteht ein rohrförmiger Raum 30 zwischen einer Außenumfangsfläche des beweglichen Kerns 16 und Innenumfangsflächen des magnetischen Zylinderkörpers 4 und des nichtmagnetischen Zylinderkörpers 5, so dass sie einander nicht berühren.
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Die zweite Führungsbuchse 19 und das Gleitelement 20 sind jeweils aus nichtmagnetischem oder schwach magnetischem Material ausgebildet, das eine höhere Härte hat als jene des stationären Kerns 6, z. B. martensitischen rostfreiem Stahl. Somit haben die zweite Führungsbuchse 19 und das Gleitelement 20 im Wesentlichen die gleiche Härte.
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Gleitelement 20 enthält: einen Flanschabschnitt 20a, der verschiebbar in die Innenumfangsoberfläche der zweiten Führungsbuchse 19 eingesetzt ist; und einen Schaftabschnitt 20b, der von einer vorderen Endoberfläche des Flanschabschnitts 20a vorsteht. Andererseits ist ein rohrförmiger Halter 32 in den hohlen Abschnitt 6b des stationären Kerns 6 eingesetzt und ist daran durch Schmieden oder dergleichen befestigt. Eine Ventilfeder 33 zum Vorspannen des Ventilkörpers 15 in eine Richtung, wo der Ventilkörper 15 auf dem Ventilsitz 8 aufsitzt, d. h. in Ventilschließrichtung, ist im zusammengedrückten Zustand zwischen dem Halter 32 und dem Flanschabschnitt 20a vorgesehen. Eine Stelllast der Ventilfeder 33 wird durch Ändern der Tiefe eingestellt, und die der Halter 32 in den stationären Kern 6 eingesetzt ist. Da das Gleitelement 20 eine höhere Härte als der stationäre Kern 6 hat, wie oben beschrieben, hat der Flanschabschnitt 20a, der als Federsitz der Ventilfeder 33 dient, eine hohe Verschleißbeständigkeit.
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Zusätzlich ist eine Hilfsfeder 34, die den Schaftabschnitt 20b umgibt, im zusammengedrückten Zustand zwischen der vorderen Endoberfläche des Flanschabschnitts 20a und dem beweglichen Kern 16 vorgesehen. Die Hilfsfeder 34 hat eine kleinere Stelllast als die Ventilfeder 33 und hat das Gleitelement 20 und den beweglichen Kern 16 voneinander wegzuhalten.
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Ein hinterer Endabschnitt des Schafts 15b steht weiter vor als ein hinterer Endoberfläche des Flanschabschnitts 20a des Gleitelements 20 und ist in eine Innenumfangsfläche eines beweglichen Endabschnitts der Ventilfeder 33 eingesetzt und hat die Funktion, die Ventilfeder 33 zu positionieren. Ferner ist der Schaftabschnitt 20b des Gleitelements 20 in eine Innenumfangsfläche der Hilfsfeder 34 eingesetzt und hat die Funktion, die Hilfsfeder 34 zu positionieren, und trägt auch zur Verringerung der axialen Abmessung des elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils I bei, und im Ergebnis einer Reduktion von dessen Gesamtgröße, in dem ein Zwischenraum zwischen der Ventilfeder 33 und der Hilfsfeder 34 verengt wird.
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Eine Außenumfangsfläche des Flanschabschnitts 20a ist mit mehreren flachen Oberflächen 26 (s. 3) versehen, die Teil des Kraftstoffkanals darstellen, und der bewegliche Kern 16 ist mit mehreren Durchgangslöchern 24 versehen, die Teil des Kraftstoffkanals darstellen.
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Eine Wicklungsanordnung 35 ist auf Außenumfangsoberflächen von dem ringförmigen Vorsprung 12 des magnetischen Zylinderkörpers 4 auf die stationäre Wicklung 6 aufgesetzt. Die Wicklungsanordnung 35 enthält: eine Spule 36, die auf diese Außenumfangsoberflächen aufgesetzt ist; und eine Wicklung 37, die um die Spule 36 gewickelt ist. Ein Vorderende des Wicklungsgehäuses 38, das die Wicklungsanordnung 35 umgibt, ist mit einer hinteren Endoberfläche des magnetischen Zylinderkörpers 4 durch Kontaktschweißung verbunden. Ein ringförmiges Joch 39, das mit einem Hinterende des Wicklungsgehäuses 38 verbunden ist, ist mit einer Außenumfangsoberfläche des stationären Kerns 6 durch Schweißen oder dergleichen verbunden.
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Eine Deckschicht 40, die aus Kunstharz hergestellt ist, ist durch Gießen auf Außenumfangsoberflächen von einem hinteren Endabschnitts des magnetischen Zylinderkörpers 6 zu einem Zwischenabschnitts des Kraftstoffeinlassrohrs 7 ausgebildet. Beim Ausbilden der Deckschicht 40 wird mit der Deckschicht 40 einstückig eine Kupplung 41 ausgebildet, wobei die Kupplung 41 einen Anschluss 42 hält, der zu einer Seite des elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils I vorsteht und sich an die Wicklung 37 anschließt.
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Nachfolgend werden die Betriebsweisen dieser Ausführung in Bezug auf die 2 und 4 beschrieben.
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Wenn die Wicklung 37 nicht angeregt ist, wie in 4A gezeigt, wird der Ventilkörper 15 durch die Stelllast der Ventilfeder 33 nach vorne gedrückt und sitzt hierdurch auf dem Ventilsitz 8 auf, um hierdurch das Ventilloch 9 zu schließen. In anderen Worten, der Ventilkörper 15 ist in seinem geschlossenen Zustand. Der bewegliche Kern 16 wird durch die Stelllast der Hilfsfeder 34 nach vorne gedrückt und wird mit dem Anschlagelement 22 in Kontakt gehalten, um hierdurch einen gewissen Zwischenraum von dem stationären Kern 6 einzuhalten.
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Wenn die Wicklung 37 angeregt wird, entsteht ein Magnetfluss, und dieser läuft aufeinander folgend durch den stationären Kern 6, das Wicklungsgehäuse 38, den magnetischen Zylinderkörper 4 und den beweglichen Kern 16. Durch diese magnetische Kraft wird zu allererst der bewegliche Kern 16 an den stationären Kern 6 angezogen und kommt mit einem Vorderende des Gleitelements 20 in Kontakt, während die Hilfsfeder 34 zusammengedrückt wird, wie in 4B gezeigt. Genauer gesagt, bewegt sich der bewegliche Kern 16, bei seiner Anfangsbewegung, aufwärts gegen die Stelllast der Hilfsfeder 34, die kleiner ist als jene der Ventilfeder 33; daher bewegt sich der bewegliche Kern 16 rasch aufwärts, wenn er eine Anziehungskraft von dem stationären Kern 6 erhält, und wird beschleunigt, so dass er mit dem Gleitelement 20 in Kontakt kommt.
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Wenn der aufwärts beschleunigte bewegliche Kern 16 mit dem Gleitelement 20 in Kontakt kommt, drückt daher der bewegliche Kern 16 das Gleitelement 20 rasch nach hinten gegen die Stelllast der Ventilfeder 33, und kollidiert dann mit einem Vorderende der zweiten Führungsbuchse 19 und stoppt, wie in 4C gezeigt. Da hier das Gleitelement 20 zusammen mit dem Schaft 15b, der damit einstückig ausgebildet ist, nach hinten gedrückt wird, bewegt sich der Ventilabschnitt 15a von dem Ventilsitz 8 weg, so dass er in seinem offenen Zustand ist. Auf diese Weise erfolgt das Öffnen des Ventilkörpers 15 mit verbessertem Ansprechverhalten.
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Wenn der bewegliche Kern 16 mit einem Aufprall kollidiert und in Kontakt mit dem Vorderende der zweiten Führungsbuchse 19 kommt, während er auf das Gleitelement 20 drückt, überschießt der Ventilkörper 15, der den Ventilabschnitt 15a und den Schaft 15b hat, aufgrund seiner Trägheit, wie in 4D gezeigt. Jedoch stoppt das Überschießen, wenn das Anschlagelement 22, das mit dem Schaft 15b einstückig ist, mit einem Vorderende des beweglichen Kerns 6 kollidiert. Hier bewegt sich das Gleitelement 20 nach hinten und von dem beweglichen Kern 16 weg und erhöht die Kompressionsverformung der Ventilfeder 33 um den Betrag des Überschießens des Ventilkörpers 15. Dementsprechend kann auch die Rückstoßkraft der Ventilfeder 33 das Überschießen des Ventilkörpers 15 unterdrücken.
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Wen das Überschießen stoppt, wie in 4E gezeigt, bewirkt die Rückstoßkraft der Ventilfeder 33, dass das Gleitelement 20 zu einer Position zurückkehrt, wo das Gleitelement 20 mit einer hinteren Endoberfläche des beweglichen Kerns 16 in Kontakt kommt, die mit der zweiten Führungsbuchse 19 in Kontakt ist. Hierdurch wird der Ventilkörper 15 in seiner vorbestimmten Ventilöffnungsstellung gehalten. Da hier die Stelllast der Hilfsfeder 34 kleiner eingestellt ist als jene der Ventilfeder 33, die den Ventilkörper 15 in der Ventilschließrichtung vorspannt, stört sich, wenn die Wicklung 37 angeregt ist, die Hilfsfeder 34 mit weder der Anziehung des beweglichen Kerns 16 zu dem stationären Kern 6, noch dem Kontakt des Gleitelements 20 mit dem beweglichen Kern 16 durch die Ventilfeder 33. Somit hindert das Hilfsventil 34 den Ventilkörper 15 nicht daran, sich zu der vorbestimmten Stellung hin zu öffnen.
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Auf diese Weise ist in dem Öffnungsprozess des Ventilkörpers 15, die Aufprallkraft, die der bewegliche Kern 16 auf die zweite Führungsbuchse 19 ausübt, aufgeteilt in: eine Aufprallkraft, die nur dann einwirkt, wenn der bewegliche Kern 16 zuerst mit der zweiten Führungsbuchse 19 kollidiert, und eine Aufprallkraft, die einwirkt, wenn das Anschlagelement 22 danach mit dem beweglichen Kern 16 kollidiert. Daher ist jede dieser Aufprallenergien relativ klein, und dies verhindert Verschleiß eines Kontaktabschnitts zwischen der zweiten Führungsbuchse 19 und dem beweglichen Kern 16 und drückt das Geräusch, das durch die Kollision erzeugt wird, auf einen geringen Wert. Darüber hinaus wird, wenn das Anschlagelement 22 mit dem beweglichen Kern 16 kollidiert, die Ventilfeder 33 weiter verformt als sie beim regulären Ventilöffnungszustand komprimiert und verformt wird. Dementsprechend absorbiert die Ventilfeder 33 die Energie des Anschlagelements 22, das mit dem beweglichen Kern 16 kollidiert, um hierdurch die Kollisionskraft zu verringern.
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Wenn übrigens das Gleitelement 20 aus schwach magnetischem Material gebildet ist, wird eine schwache magnetische Kraft zwischen dem Gleitelement 20 und dem beweglichen Kern 16 erzeugt, die eine Reduktion des Überschießbetrags des Ventilkörpers 15 erlaubt. Aus diesem Grund wird, wenn der Ventilkörper 15 geöffnet wird, die Aufprallkraft, die erzeugt wird, wenn das Anschlagelement 22 mit dem beweglichen Kern 16 kollidiert, reduziert oder eliminiert, was die oben beschriebenen Effekte noch deutlicher macht und erlaubt, dass eine Variation der Kraftstoffeinspritzung unterdrückt wird.
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Wenn der Ventilkörper 15 geöffnet wird, passiert Kraftstoff, der unter Druck von einer Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) zum Kraftstoffeinlassrohr gefördert wird, aufeinander folgend die Innenseite des rohrförmigen Halters 32, den hohlen Abschnitt 6b des stationären Kerns, die flachen Vorsprünge 26 des Gleitelements 20, die Durchgangslöcher 24 des beweglichen Kerns 16, die Innenseite des Ventilgehäuses 2, den Kraftstoffkanal 21, der einwärts der ersten Führungsbuchse 18 ausgebildet ist, die flachen Abschnitte 25 des Ventilkörpers 15, den Ventilsitz 8 und das Ventilloch 9, und wird durch das Kraftstoffeinspritzloch 10 direkt in die Brennkammer 1a des Motors eingespritzt.
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Wenn dann die Anregung der Wicklung 37 stoppt, wird zuerst, wie in 4F gezeigt, das Gleitelement 20 durch die Rückstoßkraft der Ventilfeder 33 nach vorne gedrückt, und bewegt sich daher nach unten vorwärts entlang dem beweglichen Kern 16 und dem Ventilkörper 15, so dass der Ventilabschnitt 15a auf dem Ventilsitz 8 aufsitzt. Wegen des Einflusses des Restmagnetismus zwischen dem beweglichen Kern 16 und dem stationären Kern 6 und wegen der relativ kleinen Stelllast der Hilfsfeder 34, die den beweglichen Kern 16 nach vorne abwärts bewegt, bewegt sich hier der bewegliche Kern 16 etwas später nach unten als der Ventilabschnitt 15a auf dem Ventilsitz 8 aufsitzt.
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Wenn der Ventilsitz 8 zuerst aufsitzt, schlägt der Ventilkörper 15 wegen des Aufsetzstoßes nach hinten zurück. Jedoch kann, wie in 4G gezeigt, der Rückschlagbetrag des Ventilkörpers 15 auf ein Minimum reduziert werden, da eine vordere Endoberfläche des stationären Kerns 6, der sich spät nach unten bewegt, mit dem Anschlagelement 22 in Kontakt kommt, das an dem Ventilkörper 15 befestigt ist, der sich nach oben bewegt.
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Wenn der Rückschlag des Ventilkörpers 15 unterdrückt wird, wie in 4H gezeigt, wird der Ventilkörper durch die Rückstoßkraft der Ventilfeder 33 in seiner geschlossenen Stellung gehalten, und wird die Kraftstoffeinspritzung gestoppt. Durch die Rückstoßkraft der Hilfsfeder 34 wird der bewegliche Kern 16 mit dem Anschlagelement 22 in Kontakt gehalten.
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Wie oben beschrieben, ist im Schließprozess des Ventilkörpers 25, Aufprallkraft, die der Ventilkörper 15 auf den Ventilsitz 8 ausübt, aufgeteilt in: eine Aufprallkraft, die nur dann einwirkt, wenn der Ventilkörper 15 zuerst auf den Ventilsitz 8 aufsitzt; und eine Aufprallkraft, die einwirkt, wenn anschließend der bewegliche Kern 16 mit dem Anschlagelement 22 kollidiert. Daher ist jede dieser Aufprallenergien relativ klein. Darüber hinaus schlägt der Ventilkörper 15 aufgrund des Aufsitzaufpralls zurück, wenn er zuerst auf dem Ventilsitz 8 aufsitzt, und prallt danach auf den Ventilsitz 8 auf, indem er sich nach unten bewegt, so dass er wieder auf dem Ventilsitz 8 aufsitzt. Da jedoch der Ventilschließhub des Ventilkörpers nach dem Rückschlagen viel kleiner ist als jener des Ventilkörpers 15, der sich aus seiner regulären Ventilöffnungsstellung bewegt, ist die Aufprallkraft, die das zweite Mal auf den Ventilsitz 8 einwirkt, sehr klein. Deshalb kann Verschleiß des Sitzabschnitts zwischen dem Ventilabschnitt 15a und dem Ventilsitz 8 verhindert werden, und auch kann das durch das Aufsitzen erzeugte Geräusch auf einen geringen Wert gedrückt werden.
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Ferner ist in dem Ventilkörper 15 der kugelförmige Ventilabschnitt 15a an der ersten Führungsbuchse 18 des Ventilsitzelements 3 verschiebbar gelagert, und das am Schaft 15b befestigte Gleitelement 20 ist an der zweiten Führungsbuchse 19 in dem stationären Kern 6 verschiebbar gelagert. Dementsprechend kann die Spanne, wo der Ventilkörper 15 gelagert wird, länger eingestellt werden als ein Abstand zwischen dem Ventilsitz 8 und dem stationären Kern 6. Somit kann die Haltung des Ventilkörpers 15 beim Öffnen und Schließen stabilisiert werden, und es kann verhindert werden, dass die Charakteristiken der Kraftstoffeinspritzströmungsrate inkorrekt werden. Weil darüber hinaus die zweite Führungsbuchse 19 aus nichtmagnetischem oder schwach magetischem Material gebildet ist, das eine höhere Härte als der stationäre Kern 6 hat, hat die zweite Führungsbuchse 19 eine hohe Verschleißbeständigkeit. Dementsprechend kann die Öffnungs- und Schließstellung des Ventilkörpers 15 für eine lange Zeitdauer hinweg stabilisiert werden, so dass Charakteristiken in der Kraftstoffeinspritzströmungsrate des Kraftstoffeinspritzventils I weiter stabilisiert werden können.
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Weil darüber hinaus die Härte der zweiten Führungsbuchse 19 und die Härte des Gleitelements 20 einander im Wesentlichen gleich sind, kann Verschleißbeständigkeit dieser 19, 20 verbessert werden, und die Öffnungs- und Schließstellung des Ventilkörpers 15 können eine lange Zeitdauer weiter stabilisiert werden.
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Wenn die Wicklung 37 angeregt wird, kommt der bewegliche Kern 16 mit einer vorderen Endoberfläche der zweiten Führungsbuchse 19 in Kontakt, die weiter vorsteht als die Anziehungsoberfläche 6a des stationären Kerns 6, und das Gleitelement 20 kommt mit der hinteren Endoberfläche des beweglichen Kerns 16 in Kontakt. Hierdurch wird die Ventilöffnungsstellung des Ventilkörpers 15 begrenzt, und der bewegliche Kern 16 weist zu der Anziehungsoberfläche 6a des stationären Kerns 6 mit einem Luftspalt g dazwischen, so dass der direkte Kontakt des beweglichen Kerns 16 mit dem stationären Kern 6 vermieden werden kann. Darüber hinaus ist die zweite Führungsbuchse 19 nichtmagnetisch oder schwach magnetisch. Dieses trägt dazu bei, dass der Restmagnetismus zwischen den Kernen 6 und 16 rasch verschwindet, wenn die Anregung der Wicklung 37 gestoppt wird, was eine Verbesserung des Ansprechverhaltens beim Schließen des Ventilkörpers 15 ermöglicht.
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Wie oben beschrieben, hat die zweite Führungsbuchse 19 sowohl die Funktion zum Stabilisieren der Öffnungs- und Schließstellung des Ventilkörpers 15 durch verschiebbares Lagern des Gleitelements 20, als auch die Funktion, das Ansprechverhalten beim Ventilschließen verbessern, indem der direkte Kontakt zwischen dem beweglichen Kern 16 und dem stationären Kern 6 vermieden wird, wenn die Wicklung 37 angeregt wird. Hierdurch können sowohl eine Stabilisierung der Kraftstoffeinspritzcharakteristik als auch die Vereinfachung der Struktur gleichzeitig erreicht werden.
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Ferner sind mehrere flache Abschnitte 25, die einen Teil des Kraftstoffkanals zwischen dem Ventilkörper 15 und der ersten Führungsbuchse 18 bilden, an der Außenumfangsoberfläche des Ventilkörpers 15 ausgebildet, und die flachen Abschnitte 26, die einen Teil des Kraftstoffkanals bilden, sind an einer Außenumfangsoberfläche des Gleitelements 20 vorgesehen. Dementsprechend können die Gleitoberflächen zwischen dem Ventilabschnitt 15a und der ersten Führungsbuchse 18 und zwischen dem Gleitelement 20 und der zweiten Führungsbuchse 19 effizient mit dem Kraftstoff geschmiert werden, das die flachen Abschnitte 25 und die flachen Abschnitte 26 passiert. Dies kann zu einer Verbesserung der Verschleißbeständigkeit beitragen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführung beschränkt, und es können zahlreiche konstruktive Modifikationen vorgenommen werden, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Z. B. kann das Kraftstoffeinspritzventil I so konfiguriert sein, dass es Kraftstoff in das Einlasssystem des Motors einspritzt. Darüber hinaus kann das Anschlagelement 22 einstückig mit dem Schaft 15b des Ventilkörpers 15 ausgebildet sein. Darüber hinaus kann, anstelle der ersten Führungsbuchse 18, die den Ventilabschnitt 15a des Ventilkörpers 15 verschiebbar lagert, in dem Ventilsitzelement 3 ein Führungsloch ausgebildet sein.
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In einem elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventil (I) ist eine Führungsbuchse (19), die eine höhere Härte als jene eines stationären Kerns (6) hat, an einem Innenumfang des stationären Kerns (6) befestigt; ein Gleitelement (20), das verschiebbar auf einer Innenumfangsoberfläche der Führungsbuchse (19) sitzt, und ein Anschlagelement (22), das vor dem Gleitelement (20) angeordnet ist, sind an einem Schaft (15b) eines Ventilkörpers (15) befestigt; ein beweglicher Kern (10) ist auf den Schaft (15b) so aufgesetzt, dass er für einen begrenzten Hub zwischen dem Gleitelement (20) und dem Anschlagelement (22) beweglich ist, wenn die Wicklung (37) angeregt wird, öffnet der zum stationären Kern (6) hin angezogene bewegliche Kern (16) den Ventilkörper (15) über das Gleitelement (20), und wenn die Wicklung (37) nicht angeregt ist, wird der Ventilkörper (15) durch die Vorspannkraft der Ventilfeder (33) geschlossen, und der bewegliche Kern (16) ist mit dem Anschlagelement (22) in Kontakt. Dementsprechend lässt sich ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil (I) angeben, das in der Lage ist, für eine lange Zeitdauer eine stabile Öffnungs- und Schließstellung eines Ventilkörpers einzuhalten, einen Aufprall zu verringern, der beim Öffnen und Schließen des Ventilkörpers ausgeübt wird, und Veschleiß und Geräusch des Aufprallabschnitts zu reduzieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2008-31853 A [0002, 0003]
