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1. Technisches
Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein magnetbetätigtes Kraftstoffeinspritzventil
nach dem Anspruch 1.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Aus
der
DE 100 04 960
A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil und ein Verfahren
zu dessen Betätigung
bekannt. Das bekannte Brennstoffeinspritzventil umfaßt eine
erste Magnetspule, die mit einem ersten Anker zusammenwirkt, eine
mit dem ersten Anker kraftschlüssig
in Verbindung stehendes Nadelventil zur Betätigung eines Ventilschließkörpers, der
zusammen mit einer Ventilsitzfläche
einen Dichtsitz bildet, und eine zweite Magnetspule, wobei der erste Anker
in einer Schließrichtung
von einer ersten Rückstellfeder
beaufschlagt wird. Das Wesentliche dieses bekannten Brennstoffeinspritzventils
besteht darin, daß ein
zweiter Anker mit der zweiten Magnetspule so zusammenwirkt, daß bei Bestromung
der ersten Magnetspule und der zweiten Magnetspule ein mit der Ventilnadel
verbundener Anschlagkörper
an dem zweiten Anker anschlägt.
Zwischen dem ersten Anker und dem zweiten Anker ist eine zweite
Rückstellfeder
zwischengefügt,
die den zweiten Anker in die Schließrichtung beaufschlagt.
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Aus
der
DE 101 55 271
A1 ist ein magnetbetätigtes
Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei dem ein Öffnungsquerschnitt eines Kraftstoffstromkanals,
der als Raum zwischen einer Innenfläche eines Behälters, in
den Kraftstoff eingeführt
wird, und einer Außenfläche eines
in dem Behälter
angeordneten Nadelelementes begrenzt ist, geändert wird, indem das Nadelelement
durch von einer elektromagnetischen Einrichtung erzeugte Magnetkräfte in Längsrichtung verschoben
wird. Die elektromagnetische Einrichtung umfaßt einen ersten Magnetkreis,
um das Nadelelement um einen ersten begrenzten Hub in der Öffnungsrichtung
anzuziehen, und einen zweiten Magnetkreis, um das Nadelelement um
einen zweiten begrenzten Hub, der länger ist als der erste begrenzte
Hub, anzuziehen. Bei dieser bekannten Konstruktion ist der erste
Magnetkreis, dessen begrenzter Hub kürzer als der zweite begrenzte
Hub ist, weiter von der Düsenöffnung des
Kraftstoffeinspritzventils angeordnet als der zweite Magnetkreis.
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Die
JP-Offenlegungsschrift Nr. 8-210217 beschreibt ein magnetbetätigtes Kraftstoffeinspritzventil gemäß dem einschlägigen Stand
der Technik. Bei dem in diesem Dokument beschriebenen magnetbetätigten Kraftstoffeinspritzventil
wird ein Nadelelement, das in einem Behälter angeordnet ist, in den Kraftstoff
eingeführt
wird, durch von einer elektromagnetischen Einrichtung erzeugte Anzugs-
bzw. Magnetkräfte
in seiner Längsrichtung
verschoben, wodurch sich der Öffnungsquerschnitt
eines als Raum zwischen einer Innenfläche des Behälters und einer Außenfläche des
Nadelelementes begrenzten Kraftstoffstromkanals ändert. Nach dem Durchströmen des
Kraftstoffstromkanals wird der Kraftstoff aus einer Düsenöffnung eingespritzt.
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Das
magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil gemäß dem einschlägigen Stand
der Technik weist jedoch insofern Probleme auf, als die Magnetkräfte unzulänglich sind,
und die Betätigung
zum Öffnen und
Schließen
des Ventils nicht zuverlässig
durchgeführt
werden kann.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung entstand im Hinblick auf die oben genannten
Probleme. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein magnetbetätigtes Kraftstoffeinspritzventil
zur Verfügung
zu stellen, bei dem eine erweitere Steuerung der Kraftstoffeinspritzung
mit verbesserter Präzision
realisiert wird.
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Die
genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
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Besonders
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
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Aufgrund
der Tatsache, daß das
vorliegende magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil den ersten und den zweiten Magnetkreis
verwendet, durch welche die Magnetkräfte unabhängig voneinander gesteuert
werden können,
können die
Magnetkräfte
auf geeignete Weise eingestellt werden, und der Betrieb zum Öffnen und
Schließen
des Ventils kann zuverlässig
durchgeführt
werden. Insbesondere wenn der erste und der zweite Magnetkreis so
konzipiert sind, daß sie
während
eines vorgegebenen Zeitraums gleichzeitig Magnetkräfte erzeugen,
können
die Magnetkräfte
verstärkt
werden, und der Betrieb zum Öffnen
und Schließen
des Ventils kann zuverlässiger durchgeführt werden.
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Wenn
der erste und der zweite Magnetkreis in einer Längsrichtung des Nadelelementes
angeordnet sind, können
die Magnetkräfte
verstärkt
werden, ohne die Baugröße in der
zur Längsrichtung
senkrechten Richtung (d.h. die Abmessung in der Radialrichtung)
zu vergrößern.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist es bevorzugt, wenn der erste Magnetkreis ein
Paar Magnetkörper
aufweist, die über
einen ersten Zwischenraum hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind
und aufeinander hin angezogen werden; der zweite Magnetkreis ein
Paar Magnetkörper
aufweist, die über
einen zweiten Zwischenraum hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind
und aufeinander hin angezogen werden; ein Elektromagnet aus mindestens
einem der Magnetkörperpaare
besteht; und die Magnetkörper
jeweils zwischen dem Behälter
und dem Nadelelement so angeordnet sind, daß sie das Nadelelement durch Magnetkräfte der
Magnetkörper
in Längsrichtung verschieben.
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Bei
einem solchen Aufbau des magnetbetätigten Kraftstoffeinspritzventils
können
die Magnetkörper
kompakt angeordnet werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist es auch bevorzugt, wenn ein erster
Maximalhub des Nadelelementes bei Verschiebung durch den ersten
Magnetkreis kürzer
als ein zweiter Maximalhub des Nadelelementes bei Verschiebung durch den
zweiten Magnetkreis ist.
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Da
das auf diese Weise aufgebaute magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventil
voneinander verschiedene Hubhöhen
aufweist, kann der Öffnungsquerschnitt
des Kraftstoffstromkanals gemäß den Hubhöhen geändert werden,
und es ist möglich,
eine Steuerung der Kraftstoffeinspritzung präzise durchzuführen.
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In
einem solchen Fall ist es bevorzugt, wenn der erste Zwischenraum
des ersten Magnetkreises kleiner als der zweite Zwischenraum des
zweiten Magnetkreises bemessen ist, wenn keine Magnetkräfte erzeugt
wurden. Die Magnetkräfte
werden proportional zu einer Verringerung der Zwischenräume verstärkt. Zu
dem Zeitpunkt, an dem der Öffnungsquerschnitt
des Kraftstoffstromkanals von Null vergrößert wird, sind Magnetkräfte erforderlich,
die größer als die
nach diesem Zeitpunkt aufzubringenden sind. Es ist bevorzugt, wenn
zu dem Zeitpunkt, an dem der Öffnungsquerschnitt
des Kraftstoffstromkanals von Null vergrößert wird, zumindest in dem
ersten Magnetkreis eine Magnetkraft mit dem kürzeren Hub des Nadelelementes
erzeugt wird.
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Wenn
daher die Magnetkraft auf der Seite des ersten Magnetkreises durch
eine Verringerung der Abmessung des ersten Zwischenraums verstärkt wird,
ist es möglich,
den Öffnungsquerschnitt
des Kraftstoffstromkanals problemlos zu vergrößern. Sobald der Kraftstoffstromkanal
einmal ausgebildet ist, kann das Nadelelement durch eine verhältnismäßig geringe
Kraft bewegt werden. Somit kann der zweite Maximalhub länger als
der erste Maximalhub eingestellt werden, und die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung
kann mit hoher Präzision
durchgeführt
werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist es bevorzugt, wenn das magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventil
des weiteren ein erstes und ein zweites elastisches Mittel aufweist,
welche entgegen einer Angriffsrichtung der Magnetkräfte auf
das Nadelelement einwirken, wenn sich das Nadelelement in der Angriffsrichtung
der Magnetkräfte
um den ersten Maximalhub verschoben hat, und wenn das erste elastische
Mittel so angeordnet ist, daß es
eine Kraft in der gleichen Richtung wie die Magnetkräfte auf
das Nadelelement aufbringt, falls sich das Nadelelement nicht um
den ersten Maximalhub in der Angriffsrichtung der Magnetkräfte bewegt
hat.
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Gemäß dem auf
diese Weise aufgebauten magnetbetätigten Kraftstoffeinspritzventil
kann das Nadelelement durch die resultierenden Kräfte des ersten
und des zweiten elastischen Mittels bewegt werden, wenn sich das
Nadelelement zurückbewegt (wenn
das Nadelelement durch die Druckkräfte der elastischen Mittel
in bezug auf die Magnetkräfte
in umgekehrter Richtung verschoben wird), und das erste elastische
Mittel den Magnetkräften
während der
Aufbringung der Magnetkräfte
nicht entgegenwirkt. Somit kann das Nadelelement mit einer hohen Geschwindigkeit
verschoben werden.
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Bei
einer zu schnellen Rückkehrbewegung prallt
das Nadelelement beim Anschlagen an der Innenfläche des Behälters zurück, infolgedessen sich eine
sogenannte Sekundäreinspritzung
ereignet. Diese Sekundäreinspritzung
ist unter dem Gesichtspunkt der Steuerbarkeit des Öffnens und
Schließens und
des Kraftstoffverbrauchs unerwünscht.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist es auch vorteilhaft, wenn das
magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil des weiteren ein elastisches Mittel aufweist,
welches auf das Nadelelement entgegen einer Angriffsrichtung der
Magnetkräfte einwirkt,
wenn sich das Nadelelement in der Angriffsrichtung der Magnetkräfte verschoben
hat, sowie ein Anschlagelement, das so am Nadelelement angebracht
ist, daß es
in einer vorgegebenen Position zwischen einer Position, die einem
Verschluß durch
das Nadelelement entspricht, und einer Position, die dem ersten
Hub entspricht, auf ein bestimmtes Element trifft, wenn das Nadelelement
durch eine Druckkraft des elastischen Mittels umgekehrt zur Richtung
der Magnetkräfte
verschoben wird.
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Gemäß dem auf
diese Weise aufgebauten magnetbetätigten Kraftstoffeinspritzventil
trifft das Anschlagelement während
einer Rückkehrbewegung des
Nadelelementes auf ein bestimmtes Element. Somit wird die Geschwindigkeit
des Anschlagelementes verringert, bevor es an der Innenfläche des Behälters anschlägt, infolgedessen
eine Sekundäreinspritzung
unterdrückt
wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist es bevorzugt, wenn einer der Magnetkörper des
ersten Magnetkreises am Behälter
befestigt ist, und der weitere der Magnetkörper des ersten Magnetkreises
relativ zum Nadelelement beweglich ist und eine indirekte Übertragung
der Magnetkräfte
auf das Nadelelement gestattet. In diesem Fall ist es bevorzugt,
wenn ein elastisches Mittel zwischen dem weiteren der Magnetkörper des
ersten Magnetkreises und dem Nadelelement angeordnet ist, um die Magnetkräfte indirekt
auf das Nadelelement zu übertragen.
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Gemäß dem auf
diese Weise aufgebauten magnetbetätigten Kraftstoffeinspritzventil überträgt der weitere
der Magnetkörper
indirekt eine Magnetkraft, obleich sich das Nadelelement in Bezug
auf den Behälter
bewegt. Hierdurch kann das Auftreten einer unerwünschten Resonanz während einer
Rückkehrbewegung
des Nadelelementes verhindert werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Die
oben genannten und noch weitere Aufgaben, Merkmale, Vorteile, sowie
die technische und gewerbliche Bedeutung der vorliegenden Erfindung erschließen sich
noch besser durch die Lektüre
der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung
in Verbindung mit der beigefügten
Zeichnung.
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Es
zeigt:
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1 eine Ansicht zur Erläuterung
der Beziehung zwischen mechanisch untereinander verbundenen Innenteilen
eines magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine Ansicht zur Erläuterung
der Beziehung zwischen mechanisch untereinander verbundenen Innenteilen
eines magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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3 eine Ansicht zur Erläuterung
der Beziehung zwischen mechanisch untereinander verbundenen Innenteilen
eines magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer
dritten Ausführngsform
der Erfindung;
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4 eine Ansicht zur Erläuterung
der Beziehung zwischen mechanisch untereinander verbundenen Innenteilen
eines magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung;
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5 eine Längsschnittansicht des magnetbetätigten Kraftstoffeinspritzventils
gemäß der vierten
Ausführungsform;
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6a eine Längsschnittansicht
des magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils gemäß der vierten
Ausführungsform
im geschlossenen Zustand;
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6b eine Längsschnittansicht
des magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils gemäß der vierten
Ausführungsform
im offenen Zustand mit einer kleinen Kraftstoffeinspritzmenge;
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6c eine Längsschnittansicht
des magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils gemäß der vierten
Ausführungsform
im offenen Zustand mit einer großen Kraftstoffeinspritzmenge;
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7 eine Ansicht zur Erläuterung
einer Funktion zum Unterdrücken
einer Sekundärkraftstoffeinspritzung
in dem magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vierten
Ausführungsform;
und
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8 Ablaufdiagramme von Strömen (Ansteuerimpulsen)
I1, I2, die der ersten bzw. zweiten Spule M1c, M2c zugeführt werden,
Magnetkräften
FL, FS, Federkräften F1,
F2, einer aus einem Differenzdruck resultierenden Ventilschließkraft FD, und einer Nadelventilposition.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In
der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung
anhand von beispielhaften Ausführungsformen
ausführlicher beschrieben.
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Magnetbetätigte Kraftstofeinspritzventile
gemäß den Ausführungsformen
werden im nachstehenden beschrieben. Vorliegend wird angemerkt, daß gleiche
Bauteile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind, und daß eine Wiederholung
der Beschreibung von gleichen Sachverhalten vermieden wird.
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Zuanfangs
wird eine Beschreibung der ersten Ausführungsform der Erfindung gegeben. 1 ist eine Ansicht zur Erläuterung
der Beziehung zwischen mechanisch untereinander verbundenen Innenteilen
eines magnetbetätigten
Kraftstofteinspritzventils gemäß der ersten
Ausführungsform.
Bei diesem magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventil wird ein Nadelelement N, das in einem
Behälter
H angeordnet ist, in den Kraftstoff eingeführt wird, in der Längsrichtung
(Richtung + Z) des Nadelelementes N durch von einer elektromagnetischen
Einrichtung erzeugte Magnetkräfte
FL, FS verschoben,
wodurch sich der Offnungsquerschnitt eines als Raum zwischen einer
Innenfläche
IS des Behälters
und einer Außenfläche des
Nadelelementes N begrenzten Kraftstoffstromkanals PS ändert. Die
elektromagnetische Einrichtung ist mit einem ersten und einem zweiten
Magnetkreis M1, M2 versehen, durch welche die Magnetkräfte FL, FS unabhängig voneinander steuerbar
sind.
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Dieses
magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil nimmt einen "Geschlossen"-Zustand
ein, wenn der Kraftstoffstromkanal durch das Nadelelement N verschlossen
ist, und nimmt einen "Offen"-Zustand ein, wenn
der Kraftstoffstromkanal PS ausgebildet ist. In den Behälter H eingeführter Kraftstoff
wird in Abhängigkeit
vom Öffnungsquerschnitt
eines Kraftstoffstromkanals PS durch eine Kraftstoffeinspritzdüsenöffnung eingespritzt.
Obgleich diese Düse
durch den Kraftstoffstromkanal PS selbst gebildet sein kann, ist
es auch geeignet, wenn die Düsenöffnung auf
der Seite des hinteren Abschnitts des Kraftstoffstromkanals PS ausgebildet
ist.
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Dieses
magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil verwendet den ersten und den zweiten Magnetkreis
M1, M2, durch welche die Magnetkräfte FL,
FS unabhängig
voneinander steuerbar sind. Infolgedessen können die Magnetkräfte (Funktionen
von FL, FS) auf
geeignete Weise eingestellt werden, und das magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventil
kann zuverlässig
geöffnet
und geschlossen werden. Insbesondere wenn der erste und der zweite
Magnetkreis M1, M2 so konzipiert sind, daß sie über einen vorgegebenen Zeitraum
(T1, T2: s. 8) gleichzeitig
Magnetkräfte erzeugen,
können
die Magnetkräfte
erhöht
werden. Infolgedessen kann das magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventil
zuverlässiger
geöffnet
und geschlossen werden.
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Der
erste Magnetkreis M1 weist ein Paar von Magnetkörpern (M1a, M1b) auf, die über einen
Zwischenraum A1 hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind
und aufeinander hin angezogen werden. Der zweite Magnetkreis M2
weist ein Paar von Magnetkörpern
(M2a, M2b) auf, die über
einen Zwischenraum A2 hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind
und aufeinander hin angezogen werden. Einer der Magnetkörper M1a,
M1b (der hier als M1a gewählt
ist) ist als Elektromagnet ausgeführt. Einer der Magnetkörper M2a,
M2b (der hier als M2a gewählt
ist) ist ebenfalls als Elektromagnet ausgeführt. Ein beliebiger der Magnetkörper, welche
die jeweiligen Paare von Magnetkörpern
M1a, M1b bzw. M2a, M2b darstellen, kann als Elektromagnet ausgeführt sein.
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Hier
ist anzumerken, daß ein
Elektromagnet ausgebildet wird, indem einem Magnetkörper eine Spule
hinzugefügt
wird. Zur Vereinfachung der Erläuterung
sind jedoch jeder der Elektromagneten und ein entsprechender der
Magnetkörper
M1a, M2a durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
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Ein
Magnetkörper
ist ein Metall wie Eisen, Kobalt, Nickel oder dergleichen, d.h.
ein Stoff, der durch einen Magnetpol in einem Magnetfeld gebildet wurde.
Ein Elektromagnet kann durch Umwickeln eines solchen Stoffes mit
einer Spule ausgebildet werden. Wenn an die Spule ein Strom angelegt
wird, fließen
durch die Zwischenräume
A1, A2 ein Magnetfluß,
der von dem durch die Spule fließenden Strom erzeugt wird,
sowie ein Magnetfluß,
der von dem Magnetpol des Magnetkörpers erzeugt wird, um den
die Spule gewickelt ist, wodurch in den Zwischenräumen A1,
A2 starke Magnetfelder gebildet werden. Infolgedessen werden die
Magnetkräfte
FL, FS in den Magnetkreisen
M1, M2 erzeugt, welche die Zwischenräume A1 bzw. A2 beinhalten.
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Bei
der ersten Ausführungsform
wird angenommen, daß die
Magnetkraft FL des ersten Magnetkreises
M1 größer als
die Magnetkraft FS des zweiten Magnetkreises
M2 ist (FL > FS), wenn das
magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil geschlossen ist. Die Magnetkraft FL des ersten Magnetkreises M1 ist umgekehrt
proportional zu einer Abmessung (Luftspalt) G1 des Zwischenraums
A1, und die Magnetkraft FS des zweiten Magnetkreises
M2 ist umgekehrt proportional zu einer Abmessung (Luftspalt) G2
des Zwischenraums A2. D.h., wenn das magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventil
geschlossen ist, ist die Abmessung G1 des Zwischenraums A1 kleiner
als die Abmessung G2 des Zwischenraums A2 (G1 < G2), weshalb die Magnetkraft FL größer als
die Magnetkraft FS ist.
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Die
Magnetkörper
M1a, M1b (M2a, M2b) sind zwischen dem Behälter H und dem Nadelelement
N so angeordnet, daß das
Nadelelement N durch die Magnetkräfte FL,
FS der Magnetkörper M1a, M1b (M2a, M2b) in
seiner Längsrichtung
(Richtung + Z) verschoben wird. Der erste und der zweite Magnetkreis
M1, M2 sind kompakt angeordnet.
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Die
Elektromagneten M1a, M2a sind am Behälter H befestigt. Der Magnetkörper M1b
ist über
ein erstes elastisches Mittel (Feder) S1 mit einem Antriebskraft- Ubertragungselement
FX verbunden. Der Magnetkörper
M2b ist am Nadelelement N befestigt.
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Wenn
die aus dem ersten Magnetkreis M1 resultierende Magnetanziehung
wirkt, während
sich das magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil im geschlossenen Zustand befindet, bewegt
sich der Magnetkörper
M1b in der Richtung + Z. Daraufhin bewegt sich das mit dem Magnetkörper M1b
verbundene Antriebskraft-Übertragungselement
aufgrund einer Federkraft des ersten elastischen Mittels S 1 in
der Richtung + Z. Infolge der Befestigung des Antriebskraft-Übertragungselements
FX am Nadelelement N verschiebt sich das Nadelelement N in der Richtung +
Z. Hierdurch wird der Kraftstoffstromkanal PS ausgebildet, und das
magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil wird geöffnet. Der Behälter H und
das Nadelelement N sind durch ein zweites elastisches Mittel (Feder)
S2 verbunden, und die durch den ersten Magnetkreis M1 erzeugte Magnetkraft
FL wirkt einer Federkraft des zweiten elastischen
Mittels S2 entgegen. Das zweite elastische Mittel S2 ist bei Bedarf
vorgesehen.
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Der
Magnetkörper
M1b wird durch die Magnetkraft FL auf den
am Behälter
H befestigten Elektromagneten M1a hin bewegt. Sobald der Magnetkörper M1b
am Elektromagneten M1a anschlägt,
hindert der erste Magnetkreis M1 das Nadelelement N im wesentlichen
an einer Bewegung. Angenommen, das Nadelelement N befindet sich
an einer Bezugsposition in der Z-Richtung, während das magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventil
geschlossen ist, so beträgt
der Abstand zwischen der Bezugsposition und der Anschlagposition
eine Hubhöhe
(erster Hub) des Nadelelementes N, die durch den ersten Magnetkreis M1
bestimmt wird. Bei der ersten Ausführungsform entspricht der erste
Hub der Abmessung G1 des Zwischenraums.
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Wenn
die aus dem zweiten Magnetkreis M2 resultierende Magnetanziehung
wirkt, während
sich das magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil in einem geschlossenen Zustand befindet,
bewegt sich der Magnetkörper
M2b in die Richtung + Z. Hierbei bewegt sich der Magnetkörper M2b
in die Richtung + Z gegen eine durch das zweite elastische Mittel
S2 erzeugte Federkraft. Da der Magnetkörper M2b am Nadelelement N
befestigt ist, bewegt sich das Nadelelement N in die Richtung +
Z. Wenn diese Magnetkraft wirkt, während das magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventil
geschlossen ist, wird der Kraftstoffstromkanal PS ausgebildet. Das
magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil ist dann geöffnet.
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Falls
das Nadelelement N durch den zweiten Magnetkreis M2 weiter in die
Richtung + Z angezogen wird, bewegt sich der Magnetkörper M2b
selbst dann, nachdem sich das Nadelelement N um den ersten Hub in
die Richtung + Z bewegt hat, weiter in der Richtung + Z. Hierbei
bewegt sich der Magnetkörper
M2b entgegen einer Federkraft sowohl des ersten elastischen Mittels
S1 als auch einer Federkraft des zweiten elastischen Mittels S2
in die Richtung + Z. Daher verschiebt sich das am Magnetkörper M2b befestigte
Nadelelement N in die Richtung + Z. Wenn der Magnetkörper M2
am Elektromagneten M2a anschlägt,
hindert der zweite Magnetkreis M2 das Nadelelement N an einer Bewegung.
Nimmt man an, daß sich
das Nadelelement N in einer Bezugsposition in der Z-Richtung befindet,
während
das magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil geschlossen ist, so beträgt der Abstand
zwischen der Bezugsposition und einer Anschlagposition eine Hubhöhe (zweiter
Hub) des Nadelelementes N, die durch den zweiten Magnetkreis M2
bestimmt wird. Bei der ersten Ausführungsform entspricht der zweite
Hub der Abmessung G2 des Zwischenraums. Hier ist anzumerken, daß es Fälle gibt,
in denen der Hub nicht gleich der Abmessung des Zwischenraums ist.
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Der
erste Hub (= G1) des Nadelelementes N, der durch den ersten Magnetkreis
M1 bestimmt wird, ist kürzer
als der zweite Hub (= G2) des Nadelelementes N, der durch den zweiten
Magnetkreis M2 bestimmt wird. Da die Hubhöhen somit voneinander verschieden
sind, ermöglicht
es das magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventil
der ersten Ausführungsform, den Öffnungsquerschnitt
des Kraftstoffstromkanals PS gemäß den Hubhöhen zu ändern und
eine Steuerung der Kraftstoffeinspritzung mit großer Präzision durchzuführen.
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Die
Abmessung G1 des Zwischenraums A1 des ersten Magnetkreises M1 zu
einem Zeitpunkt, an dem keine Magnetkraft erzeugt wird (d.h. wenn
das magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil geschlossen ist), ist kleiner als die
Abmessung G2 des zweiten Magnetkreises M2 zu einem Zeitpunkt, an
dem keine Magnetkraft erzeugt wird (d.h. wenn das magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventil
geschlossen ist). Wie oben beschrieben ist, erhöht sich die Magnetkraft proportional
zu einer Verringerung der Zwischenräume. Zu dem Zeitpunkt, an dem
der Öffnungsquerschnitt
des Kraftstoffstromkanals PS von Null vergrößert wird, verstärkt der
Druckunterschied innerhalb und außerhalb der Kraftstoffeinspritzventilöffnung eine
Ventilschließkraft.
Somit benötigt
das magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil zu diesem Zeitpunkt eine Magnetkraft,
die größer als
die nach dem Beginn des Betriebs zum Öffnen des magnetbetätigten Kraftstoffeinspritzventils
aufzubringende Magnetkraft ist.
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Somit
wird zu dem Zeitpunkt, an dem der Öffnungsquerschnitt des Kraftstoffstromkanals
PS von Null vergrößert wird,
eine Magnetkraft zumindest in dem ersten Magnetkreis M1 erzeugt,
in dem das Nadelelement den kürzeren
Hub besitzt. Wenn die Magnetkraft FL auf
der Seite des ersten Magnetkreises M1 im geschlossenen Zustand des
magnetbetätigten Kraftstoffeinspritzventils
durch Verringern der Abmessung G1 des Zwischenraums A1 erhöht wird, kann
der Öffnungsquerschnitt
des Kraftstoffstromkanals PS problemlos vergrößert werden. Sobald der Kraftstoffstromkanal
PS gebildet ist, kann das Nadelelement N durch eine vergleichsweise
kleine Kraft verschoben werden. Somit kann der zweite Hub als ein
längerer
Hub als der erste Hub eingestellt werden, und eine Steuerung der
Kraftstoffeinspritzung kann mit höherer Präzision durchgeführt werden.
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Des
weiteren ist das magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil mit dem ersten und dem zweiten elastischen
Mittel S1, S2 versehen, welche auf das Nadelelement N entgegen einer
Magnetkraft einwirken, wenn sich das Nadelelement N um den ersten Hub
oder mehr in eine Angriffsrichtung der Magnetkraft verschoben hat.
Das erste elastische Mittel S1 ist so angeordnet, daß es eine
Kraft auf das Nadelelement N in der gleichen Richtung wie eine Magnetkraft
aufbringt, wenn sich das Nadelelement N in einer Angriffsrichtung
der Magnetkraft um eine Hubhöhe
verschiebt, die kürzer
als der erste Hub ist. Wenn das Nadelelement N einen Rückkehrhub
zwischen dem ersten und dem zweiten Hub durchführt (d.h. wenn das Nadelelement
N durch Druckkräfte
der elastischen Mittel S1, S2 entgegen der Angriffsichtung der Magnetkraft
verschoben wird), kann das Nadelelement N durch eine resultierende
Kraft des ersten und des zweiten elastischen Mittels S1, S2 verschoben
werden. Des weiteren wirkt das erste elastische Mittel S1 nicht
gegen die Magnetkraft, wenn während
der Durchführung
eines Hubs, der kürzer als
der erste Hub ist, eine Magnetkraft auf das Nadelelement N aufgebracht
wird. Das Nadelelement N kann daher mit hoher Geschwindigkeit verschoben werden.
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Einer
der Magnetkörper
(M1a) des ersten Magnetkreises M1 ist am Behälter H befestigt, während der
weitere (M1b) bezüglich
des Nadelelementes N verschiebbar ist und dazu konzipiert ist, die
indirekte Übertragung
einer Magnetkraft auf das Nadelelement N zu ermöglichen. Da der weitere Magnetkörper (M1b)
die Magnetkraft FL indirekt überträgt, kann
eine unerwünschte
Resonanz des Nadelelementes während
eines Rückkehrhubes
unterdrückt werden.
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Das
oben erwähnte
magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil ist verschiedenen Modifikationen zugänglich.
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2 ist eine Ansicht zur Erläuterung
der Beziehung zwischen mechanisch untereinander verbundenen Innenteilen
eines magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils gemäß der zweiten
Ausführungsform.
Wie auch im Fall des oben erwähnten
magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils wird das Nadelelement N, das im Behälter H angeordnet
ist, in den Kraftstoff eingeführt
wird, in der Längsrichtung
(Richtung + Z) des Nadelelementes N durch die von der elektromagnetischen
Einrichtung erzeugten Magnetkräfte
FL, FS verschoben,
wodurch sich der Öffnungsquerschnitt
des Kraftstoffstromkanals PS, der als Raum zwischen der Innenfläche IS des
Behälters
H und der Außenfläche des
Nadelelementes N begrenzt ist, ändert.
Diese elektromagnetische Einrichtung ist mit dem ersten und dem
zweiten Magnetkreis M1, M2 versehen, durch welche die Magnetkräfte FL, FS unabhängig voneinander
steuerbar sind. Das magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich
von dem in 1 gezeigten
dadurch, daß das
erste elastische Mittel S1 nicht vorgesehen ist, daß der Magnetkörper M1b
an einem am Nadelelement N befestigten Anschlagelement NS anschlagen
kann, wenn eine Magnetanziehung vorliegt, und daß der Magnetkörper M1b
mit dem Behälter
H über
ein drittes elastisches Mittel (Feder) S3 verbunden ist. Die magnetbetätigten Kraftstoffeinspritzventile
der ersten und zweiten Ausführungsform
sind in weiteren baulichen Einzelheiten identisch.
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Wenn
eine Magnetkraft des ersten Magnetkreises M1 auf den Magnetkörper M1b
einwirkt, bewegt sich das Anschlagelement NS, das am Magnetkörper M1b
anliegt, in die Richtung + Z, und das Nadelelement bewegt sich in
die Richtung + Z. Falls ein zusätzlicher
Hub erforderlich ist, wenn eine durch den zweiten Magnetkreis M2
erzeugte Magnetkraft aufgebracht wird, verschiebt sich das Nadelelement N
um mehr als den ersten Hub, wodurch der Magnetkörper M1b und das Anschlagelement
NS voneinander getrennt werden. Die magnetbetätigten Kraftstoffeinspritzventile
der ersten und der zweiten Ausführungsform
sind in weiteren betrieblichen Einzelheiten identisch.
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3 ist eine Ansicht zur Erläuterung
der Beziehung zwischen mechanisch untereinander verbundenen Innenteilen
des magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils gemäß der dritten
Ausführungsform.
Wie im Fall der vorstehend erwähnten
Kraftstoffstoffeinspritzventile wird auch bei diesem magnetbetätigten Kraftstoffeinspritzventil
das Nadelelement N, das in dem Behälter H angeordnet ist, in den Kraftstoff
eingeführt
wird, durch die von der elektromagnetischen Einrichtung erzeugten
Magnetkräfte FL, FS in der Längsrichtung
(Richtung + Z) des Nadelelementes N verschoben, wodurch sich der Öffnungsquerschnitt
des Kraftstoffstromkanals PS, der als Raum zwischen der Innenfläche IS des
Behälters H
und der Außenfläche des
Nadelelementes N begrenzt ist, ändert.
Diese elektromagnetische Einrichtung ist mit dem ersten und dem
zweiten Magnetkreis M1, M2 versehen, durch welche die Magnetkräfte FL, FS unabhängig voneinander
steuerbar sind.
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Das
magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil der dritten Ausführungsform unterscheidet sich
von dem in 1 gezeigten
dadurch, daß das
erste elastische Mittel S1 nicht vorgesehen ist, daß der Magnetkörper M1b
an dem am Nadelelement N befestigten Anschlagelement NS anschlagen
kann, wenn eine Magnetanziehung vorliegt, und daß der Magnetkörper M1b
gegen das zweite elastische Mittel S2 angezogen wird. Der Magnetkörper M1b
ist in bezug auf ein geeignetes Element gleitend verschiebbar ausgeführt. Die
magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventile der ersten und dritten Ausführungsform
sind in weiteren baulichen Einzelheiten identisch. Wie aus der vorstehenden
Beschreibung ersichtlich ist, gibt es eine Fülle von Variationen bei der
Konstruktion der elastischen Mittel und der Art der mechanischen
Verbindung.
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4 ist eine Ansicht zur Erläuterung
der Beziehung zwischen mechanisch untereinander verbundenen Innenteilen
eines magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils gemäß der vierten
Ausführungsform.
Das magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil der vierten Ausführungsform ist grundlegend
auf die gleiche Weise wie das in 1 gezeigte
magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil der ersten Ausführungsform aufgebaut, jedoch
darüber
hinaus derart ausgeführt,
daß der
Magnetkörper
M1b an dem am Nadelelement N befestigten Anschlagelement NS anschlagen
kann, wenn eine Magnetanziehung vorliegt. Wenn sich der Magnetkörper M1b
nicht um den ersten Hub verschoben hat, wird er gegen das zweite elastische
Mittel S2 angezogen. Wenn sich der Magnetkörper M1b um den ersten Hub
oder mehr verschoben hat, wird er gegen das erste und das zweite elastische
Mittel S1, S2 angezogen.
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Wenn
sich das Nadelelement N beim Durchführen eines Rückkehrhubes
zu schnell bewegt, prallt es beim Anschlagen an der Innenfläche IS des Behälters H
zurück,
wodurch sich eine sogenannte Sekundäreinspritzung ereignet. Eine Sekundäreinspritzung
ist unter dem Gesichtspunkt der Steuerbarkeit des Öffnens und
Schließens
und des Kraftstoffverbrauchs unerwünscht.
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Das
magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil der vierten Ausführungsform ist mit dem elastischen Mittel
S2 (S1) und dem Anschlagelement NS versehen. Wenn sich das Nadelelement
N in der Angriffsrichtung einer Magnetkraft (d.h. in der Richtung
+ Z) verschoben hat, wirkt das elastische Mittel S2 (S1) entgegen
der Magnetkraft auf das Nadelelement N ein. Das Nadelelement N ist
mit dem Anschlagelement NS versehen, so daß das Nadelelement N in einer
vorgegebenen Position zwischen der Bezugsposition des Nadelelementes
N bei geschlossenem magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventil und einer Position, die dem ersten Hub
entspricht, auf ein bestimmtes Element (in der vorliegenden Ausführungsform
den Magnetkörper
M1b) trifft, wenn das Nadelelement N durch eine Druckkraft des elastischen
Mittels S2 (S1) umgekehrt zur Angriffsrichtung der Magnetkraft (d.h.
in der Richtung – Z)
verschoben wird,.
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Wenn
das Nadelelement bei dieser Konstruktion einen Rückkehrhub ausführt, schlägt das Anschlagelement
NS gegen den Magnetkörper
M1b, der an dem elastischen Mittel S1 befestigt ist, das eine Funktion
zum Aufnehmen des Aufpralls erfüllt. Wenn
das Nadelelement N während
eines Rückkehrhubs
gegen den Magnetkörper
M1b schlägt,
verringert sich somit die Geschwindigkeit des Nadelelementes N,
bevor das Nadelelement N an der Innenfläche IS des Behälters anschlägt. Infolgedessen
ist der Betrag der Sekundäreinspritzung
verringert. Es ist des weiteren vorteilhaft, wenn das Anschlagelement
NS elastisch gelagert ist.
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Im
nachfolgenden werden konkrete Konstruktionsbeispiele für die oben
erwähnten
magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventile beschrieben. Die nachfolgende Beschreibung
bezieht sich auf konkrete Beispiele für das magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventil
gemäß der in 4 gezeigten vierten Ausführungsform.
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5 ist eine detaillierte
Längsschnittansicht
des magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils gemäß der vierten
Ausführungsform.
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Bei
diesem magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventil wird dem Behälter H Kraftstoff aus einem an
einem Ende einer Kraftstoffzufuhrleitung 1 befindlichen
Kraftstoffzufuhranschluß 1a zuführt. Der
Behälter
H besteht aus einem Behälterkörper 100 und einer
Düse 17,
die an einem in Längsrichtung
vorderen Ende des Behälterkörpers 100 angebracht
ist. Das Nadelelement (Nadelventil) N ist im Behälterkörper 100 angeordnet
und erstreckt sich ins Innere der Düse 17. Der erste und
der zweite Magnetkreis M1, M2 sind zwischen dem Behälterkörper 100 und
dem Nadelventil N angeordnet.
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Der
erste Magnetkreis M1 weist einen ersten Elektromagneten (M1a, M1c)
auf, der aus dem zylindrischen Magnetkörper (erster Kern) M1a und
einer im ersten Kern M1a eingebetteten Spule M1c besteht. Der erste
Magnetkörper
M1 ist des weiteren mit dem Ringmagnetkörper (erster Anker) M1b versehen.
Das in bezug auf den ersten Anker M1b gleitend verschiebbare Nadelventil
N ist in einer Öffnung
des ersten Ankers M1b angeordnet. Der erste Anker M1b ist mit dem
Antriebskraft-Übertragungselement
FX über
das erste elastische Mittel (erste Feder) S1 verbunden und mit dem
Nadelventil N elastisch gekoppelt.
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Der
zweite Magnetkreis M2 weist einen zweiten Elektromagneten (M2a,
M2c) auf, der aus dem zylindrischen Magnetkörper (zweiter Kern) M2a und einem
im Magnetkörper
M2a eingebetteten zweiten Kern M2c besteht. Der zweite Magnetkörper M2
ist des weiteren mit dem Ringmagnetkörper (zweiter Anker) M2b versehen.
Das Nadelventil N ist fest in einer Öffnung des zweiten Ankers M2b
angebracht. Der zweite Anker M2b ist mit dem Behälter H über das zweite elastische Mittel
(zweite Feder) S2 verbunden und mit dem Behälter H elastisch gekoppelt.
Bei diesem Konstruktionsbeispiel fungiert eine Hülse 1b in der am Behälter H befestigten Kraftstoffzufuhrleitung 1 als
Anschlag, und die zweite Feder S2 ist zwischen der Hülse 1b und
einem Basisendabschnitt des Nadelventils N angeordnet.
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Eine
Verbindung 2 zum Anlegen von Strömen an die Spulen M1c, M2c
ist am Behälter
H angebracht. Durch das Anlegen von Strömen an die Spulen M1c bzw.
M2c werden die Magnetkräfte
FL, FS unabhängig voneinander
erzeugt.
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Aus
dem Kraftstoffzufuhranschluß 1a eingeführter Kraftstoff
strömt
durch einen Innenbereich des zweiten Kerns M2a, einen im Anker M2b
oder dergleichen ausgebildeten Kraftstoffkanal, einen Innenbereich
des ersten Kerns M1a, und einen im ersten Magnetkörper M1b
oder dergleichen ausgebildeten Kraftstoffkanal, gelangt ins Innere
der Düse 17 und bewegt
sich um soviel weiter, daß er
fast den Kraftstoffstromkanal (Kraftstoffdichtungsabschnitt (PS)
erreicht. Eine Düsenöffnung 19 ist
am vorderen Ende der Düse 17 ausgebildet.
Wenn das magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventil
geöffnet
ist, wird Kraftstoff durch die Düsenöffnung 19 eingespritzt.
Obgleich der Betrieb des magnetbetätigten Kraftstoffeinspritzventils
oben beschrieben ist, wird er im nachfolgenden ausführlicher
beschrieben.
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6 zeigt Längsschnittansichten
des magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils in jeweiligen Zuständen.
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Wenn
das magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil gemäß der Darstellung
in 6a geschlossen ist,
wird von der Verbindung 2 kein Strom geliefert. In diesem
Zustand wird das Nadelventil N von einer durch die zweite Feder
erzeugten zweiten Federkraft (Druckkraft) F2 auf den Kraftstoffdichtungsabschnitt
PS hin gedrückt,
und die Außenfläche des
Nadelventils N verschließt
den Kraftstoffdichtungsabschnitt PS.
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Um
das magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil in den in 6b gezeigten
offenen Zustand mit einer kleinen Kraftstoffeinspritzmenge zu verschieben,
werden von der Verbindung 2 Ströme an die erste und die zweite
Spule M1c, M2c geliefert, welche den ersten bzw. den zweiten Magnetkreis
M1, M2 bilden. Somit wird über
die erste Feder S1 und das Anschlagelement FX eine Kraft in der
Richtung + Z auf das Nadelventil N aufgebracht, wodurch sich das
Nadelventil N entgegen einer zweiten Federkraft F2 und einer aus
einem Differenzdruck resultierenden Ventilschließkraft FD vom
Kraftstoffdichtungsabschnitt PS wegbewegt. Somit wird das magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventil
geöffnet
und die Kraftstoffeinspritzung begonnen.
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Wenn
sich das Nadelventil N in einer vorgegebenen Position vor dem Erreichen
einer Position befindet, die dem ersten Hub nach dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung
entspricht, wird die Zuführung von
Strom an die zweite Spule M2c beendet. Daraufhin schlägt der erste
Anker M1b am ersten Kern M1a an, und das Nadelventil N beendet im
wesentlichen seine Bewegung. Wenn daraufhin die Zuführung von Strom
an die erste Spule M1c beendet wird, wird das Nadelventil N durch
die Federkräfte
F1, F2 der ersten und der zweiten Feder in die Richtung – Z verschoben.
Daraufhin schlägt
das Nadelventil N an der den Kraftstoffdichtungsabschnitt PS bildenden
Innenfläche
des Behälters
an, und das magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil ist geschlossen.
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Da
bei dieser Kraftstoffeinspritzung die jeweilige Kraftstoffeinspritzmenge
gering ist, ist der Grad der Kraftstoffverteilung hoch. Somit wird
Kraftstoff in einem weit verbreiteten und zerstäubten Zustand eingespritzt.
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Beim
Betrieb zum Schließen
des magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils schlägt
in diesem Fall das am Nadelventil N angebrachte Anschlagelement
NS an der den Kraftstoffdichtungsabschnitt PS bildenden Innenfläche des
Behälters
an, nachdem es durch vorübergehendes
Anschlagen am ersten Anker M1b verlangsamt wurde, bevor es die Position
erreicht, die dem ersten Hub entspricht. Somit wird eine Sekundäreinspritzung
unterdrückt.
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Um
das magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil in einen offenen Zustand mit einer großen Kraftstoffeinspritzmenge
zu verschieben, werden zuerst zu Beginn des Betriebs zum Öffnen des
magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils Ströme
von der Verbindung 2 an die erste und die zweite Spule
M1c, M2c gelegt, die den ersten und den zweiten Magnetkreis M1,
M2 bilden. Hierdurch wird eine Kraft in der Richtung + Z über die
erste Feder S1 und das Anschlagelement FX auf das Nadelventil N
aufgebracht, wodurch sich das Nadelventil N entgegen der zweiten
Federkraft F2 und einer aus einem Differenzdruck resultierenden
Ventilöffnungskraft
FD vom Kraftstoffdichtungsabschnitt PS wegbewegt.
Infolgedessen wird das magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil geöffnet,
und die Kraftstoffeinspritzung wird begonnen.
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Auch
wenn das Nadelventil N nach dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung
die Position erreicht hat, die dem ersten Hub entspricht, wird die
Versorgung der zweiten Spule M2c mit Strom fortgesetzt. Während der
erste Anker M1b am ersten Kern M1a anschlägt, wird der zweite Anker M2b
entgegen der Federkraft F1 der ersten Feder S1 und der Federkraft F2
der zweiten Feder S2 angezogen, und das Nadelventil N bewegt sich
weiter nach oben.
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Zu
diesem Zeitpunkt kann die Stromversorgung der ersten Spule M1c beendet
werden. Wenn der zweite Anker M2b an der zweiten Spule M2c anschlägt, beendet
das Nadelventil N seine Bewegung an einer Position, die dem zweiten
Hub entspricht. Wird die Stromversorgung der zweiten Spule M2c (falls
nötig,
der ersten Spule M1c) daraufhin beendet, wird das Nadelventil N
durch die Federkräfte
F1, F2 der ersten und der zweiten Feder in der Richtung – Z verschoben.
Infolgedessen schlägt
das Nadelventil N an der den Kraftstoffdichtungsabschnitt PS bildenden Innenfläche des
Behälters
an, und das magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil wird geschlossen.
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Da
bei dieser Kraftstoffeinspritzung die jeweilige Kraftstoffeinspritzmenge
groß ist,
ist der Grad der Verteilung des Kraftstoffs niedrig, so daß Kraftstoff
auf stark gerichtete Weise eingespritzt wird.
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Auch
in diesem Fall schlägt
beim Betrieb zum Schließen
des magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils das am Nadelventil N angebrachte Anschlagelement
NS am Kraftstoffdichtungsabschnitt PS an, nachdem es verlangsamt
wurde, indem es vorübergehend
am ersten Anker M1b anschlug, bevor es die dem ersten Hub entsprechende
Position erreichte. Hierdurch wird eine Sekundäreinspritzung unterdrückt.
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7 ist eine Ansicht zur Erläuterung
der Funktion zum Unterdrücken
einer Sekundäreinspritzung.
Falls sich das Nadelventil N aus einer geschlossenen Position (Bezugsposition)
um den zweiten Betrag verschoben hat (Zustand C), entspricht der
zweite Hub der Abmessung G2 des Zwischenraums A2. Falls sich das
Nadelventil N beim Schließen
des magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils nach dem Verstreichen einer bestimmten
Zeit über die
dem ersten Hub (der Abmessung G1) entsprechende Position hinaus
an die geschlossene Position angenähert hat, schlägt das Anschlagelement
NS am ersten Anker M1b an. Ein Aufprall am Anschlagelement NS wird
durch die Feder S1 des ersten Ankers M1b aufgenommen, und das Anschlagelement
NS bewegt sich in eine Position, die dem geschlossenen magnetbetätigten Kraftstoffeinspritzventil
entspricht, während
es zusammen mit dem ersten Anker M1b verlangsamt wird.
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Mit
anderen Worten, der Betrag der Positionsveränderung (Geschwindigkeit) des
Nadelventils N pro Zeiteinheit verlangsamt sich, unmittelbar bevor das
Nadelventil N die geschlossene Position erreicht. Das Nadelventil
N schlägt
an der den Kraftstoffdichtungsabschnitt PS bildenden Innenfläche des
Behälters
mit einer niedrigen Geschwindigkeit an. Demzufolge wird der Rückprall
des Nadelventils N unterdrückt,
und eine Sekundäreinspritzung
wird unterdrückt.
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8 zeigt Ablaufdiagramme
von Strömen I1,
I2 (Solenoid-Ansteuerimpulsen), die den Spulen M1c, M2c zugeführt werden,
den Magnetkräften
FL, FS, den Federkräften F1,
F2, der aus einem Differenzdruck resultierenden Ventilöffnungskraft
FD, und der Position des Nadelventils, (1)
wenn das magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritz ventil geschlossen ist, (2) wenn das magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventil mit
einer kleinen Kraftstoffeinspritzmenge geöffnet ist, und (3) wenn das
magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil mit einer großen Kraftstoffeinspritzmenge geöffnet ist.
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(2)
Wenn das magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil mit einer kleinen Kraftstoffeinspritzmenge geöffnet ist,
werden die Solenoid-Ansteuerimpulse I1, I2 anfänglich gleichzeitig zugeführt. Nach
dem Ablauf der Zeitdauer T1 wird der Ansteuerimpuls I2 beendet (ausgeschaltet).
Nach der Kraftstoffeinspritzung wird der Ansteuerimpuls I1 ebenfalls
beendet (ausgeschaltet). Auf diese Weise wird das magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventil
geschlossen.
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(3)
Wenn das magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil mit einer großen Kraftstoffeinspritzmenge geöffnet ist,
werden die Solenoid-Ansteuerimpulse I1, I2 anfänglich gleichzeitig zugeführt. Nach
dem Ablauf einer Zeitdauer T2 wird der Ansteuerimpuls I1 beendet
(ausgeschaltet), während
der Ansteuerimpuls I2 weiter zugeführt wird. Nach der Kraftstoffeinspritzung
wird der Ansteuerimpuls I2 ebenfalls beendet (ausgeschaltet). Auf
diese Weise wird das magnetbetätigte
Kraftstoffeinspritzventil geschlossen.
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Wie
oben beschrieben ist, kann die Zerstäubung des Kraftstoffs nach
Bedarf in Abhängigkeit
von der Kraftmaschinenlast variabel durchgeführt werden, da der Hub des
Nadelventils N variabel ist, und der Kraftstoffverbrauch kann verbessert
werden. Wenn eine kleine Kraftstoffmenge eingespritzt wird, wird
der zerstäubte
Kraftstoff breit verteilt, was für eine
Verbrennung im Niedriglastbereich geeignet ist. Wenn eine große Kraftstoffmenge
eingespritzt wird, wird der Kraftstoff in hohem Maße geradlinig
eingespritzt, was für
eine Verbrennung im Hochlastbereich geeignet ist.
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Es
ist vorliegend anzumerken, daß die
Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit proportional zu einem Tastverhältnis der
obenstehend erwähnten
Ansteuerimpulse I1 oder I2 ist. Falls eine kleine Kraftstoffmenge
eingespritzt wird, kann die Kraftstoffeinspritzrate selbst dann
verhältnismäßig niedrig
eingestellt werden, wenn das Tastverhältnis nicht variabel ist. Falls
auch das Tastverhältnis
verringert wird, kann eine bemerkenswert kleine Kraftstoffmenge
eingespritzt werden.
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Falls
eine große
Kraftstoffmenge eingespritzt wird, kann die Kraftstoffeinspritzrate
selbst dann im Verhältnis
geändert
werden, wenn das Tastverhältnis nicht
erhöht
wird. Falls auch das Tastverhältnis
erhöht
wird, kann eine bemerkenswert große Kraftstoffmenge eingespritzt
werden. Somit macht es die Anwendung des beschriebenen Aufbaus möglich, einen dynamischen
Bereich der Kraftstoffeinspritzrate zu erweitern.
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Um
das Ventil zu öffnen,
wenn ein hoher Kraftstoffdruck an diesem anliegt, ist eine hohe
Magnetkraft erforderlich. Bei dem oben erwähnten Aufbau kann die Magnetkraft
durch die Verwendung einer resultierenden Kraft der Magnetkräfte FL, FS weiter erhöht werden,
während
die Magnetkraft FL erhöht werden kann, indem die Abmessung
G1 des Zwischenraums A1 vergleichsweise schmal gemacht wird. Somit
ist es möglich,
eine Verstärkung
des Kraftstoffdrucks zu erzielen.
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Aufgrund
der Verwendung der beiden Federn S1, S2 wirkt die Resultierende
aus den Federkräften
F1, F2 auf das Nadelventil N, wenn das magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventil
geschlossen ist. Somit wird das Ansprechverhalten während des
Betriebs zum Schließen
des magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils verbessert. Wenn das magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventil
geöffnet
ist, wirkt nur eine der Federkräfte,
nämlich
die Federkraft F2. Der Grad des Beitrags der Magnetkräfte zum
Betrieb zum Öffnen
des magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils wird verbessert. Infolgedessen ist das
Ansprechverhalten während
des Betriebs zum Öffnen
des magnetbetätigten
Kraftstoffeinspritzventils verbessert.
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Bei
dem oben erwähnten
Aufbau sind der erste und der zweite Magnetkreis M1, M2 entlang
der Längsrichtung
des Nadelventils N angeordnet. Somit können die Magnetkräfte erhöht werden,
ohne die Baugröße in der
Richtung senkrecht zur Längsrichtung
(d.h. die Abmessung in der Radialrichtung) zu verbreitern.
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Beim
Zuführen
von Kraftstoff zu einer Kraftmaschine wurde gefordert, die Menge
von Gas zu verringern, das austreten kann. Als ein Kraftstoffzuführungssystem,
das eine solche Forderung erfüllt, ist
ein rückführungsfreies
System erdacht worden. Bei dem oben erwähnten magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventil
kann dank der direkten Betätigung des
Nadelventils N mit Hilfe einer Magnetspule auch ein rückführungsfreier
Aufbau oder ein integrierter Aufbau mit Verteiler- bzw. Rail-Druck
angewendet werden.
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Das
erfindungsgemäße magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventil
kann zuverlässig
geöffnet und
geschlossen werden.
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Bei
dem vorliegenden magnetbetätigten Kraftstoffeinspritzventil
wird der Öffnungsquerschnitt eines
Kraftstoffstromkanals (PS), der als Raum zwischen einer Innenfläche eines
Behälters
(H), in den Kraftstoff eingeführt
wird, und einer Außenfläche eines
in dem Behälter
(H) angeordneten Nadelelementes (N) begrenzt ist, durch Verschieben
des Nadelelementes (N) in einer Richtung + Z mit Hilfe von durch eine
elektromagnetische Einrichtung erzeugten Magnetkräften (FL, FS) geändert. Die
elektromagnetische Einrichtung ist mit einem ersten und einem zweiten Magnetkreis
(M1, M2) versehen, durch den die Magnetkräfte (FL,
FS) unabhängig voneinander steuerbar sind.
Das auf diese Weise aufgebaute magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventil
gewährleistet
einen zuverlässigen Öffnungs-/Schließbetrieb.