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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Beispielsweise ist aus der
DE 198 55 547 A1 ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches einen Kern, eine Magnetspule und einen durch die Magnetspule in einer Hubrichtung gegen eine Rückstellfeder beaufschlagbaren Anker sowie eine Ventilnadel aufweist. Die Ventilnadel ist sowohl mit dem Anker als auch mit einem Ventilschließkörper, der mit einem festen Dichtsitz zusammenwirkt, fest verbunden und bildet ein bewegbares Ventilglied. Auf der Ventilnadel ist zwischen dem Anker und dem Ventilschließkörper ein Hilfskörper angeordnet, der relativ zu Ventilnadel bewegbar ist. Die Ventilnadel ist derart mit einem Mitnehmermittel ausgeführt, daß bei einer Bewegung des Hilfskörpers in Hubrichtung die Ventilnadel durch Energieübertragung in gleicher Richtung beschleunigbar ist und ein schnelles öffnen des Brennstoffeinspritzventils ermöglicht wird.
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Nachteilig bei dem aus der obengenannten Druckschriften bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere, daß zwar die Öffnungsbewegung des Brennstoffeinspritzventils schnell erfolgen kann, die Schließbewegung jedoch verzögert verläuft. Dies wirkt sich nachteilig auf die Durchflußrate des Brennstoffeinspritzventils und in der Folge auf die Emissionswerte, die Qualität der Verbrennung und den Brennstoffverbrauch aus.
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Ein aus der
DE 199 48 238 A1 bekanntes Brennstoffeinspritzventil ist mit einer Magnetspule, einem durch die Magnetspule in einer Schließrichtung von einer ersten Rückstellfeder beaufschlagten zweiteiligen Anker und einer mit dem größeren Ankerteil kraftschlüssig in Verbindung stehenden Ventilnadel zur Betätigung eines Ventilschließkörpers versehen, der zusammen mit einer Ventilsitzfläche einen Dichtsitz bildet. Das erste Ankerteil ist in der Schließrichtung von der ersten Rückstellfeder und das zweite Ankerteil ist in der Schließrichtung von der zweiten Rückstellfeder beaufschlagt, wobei die Federkonstanten der Rückstellfedern unterschiedlich ist.
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Ein aus der
DE 198 55 547 A1 bekanntes Brennstoffeinspritzventil weist einen Kern, eine Magnetspule und einen durch die Magnetspule in einer Hubrichtung gegen eine Rückstellfeder beaufschlagbaren Anker und eine Ventilnadel auf. Die Ventilnadel ist sowohl mit dem Anker als auch mit einem Ventilschließkörper, der mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkt, fest verbunden und bildet ein bewegbares Ventilglied. Auf der Ventilnadel ist zwischen dem Anker und dem Ventilschließkörper ein Hilfskörper angeordnet, der relativ zur Ventilnadel bewegbar ist. Die Ventilnadel ist derart mit einem Mitnehmermittel ausgeführt, dass bei einer Bewegung des Hilfskörpers in Hubrichtung durch Energieübertragung die Ventilnadel in gleicher Richtung beschleunigbar ist und ein schnelles Öffnen des Ventils realisiert wird.
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Aus der
AT 63 654 B geht ein dymnamischer Energie-Dämpfer hervor.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß in einer Ausnehmung des Ankers des Brennstoffeinspritzventils eine Zusatzmasse angeordnet ist, welche beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils beschleunigt auf den Anker auftrifft und durch die Vorbeschleunigung zu einer schnelleren Schließbewegung des Ankers führt. Dadurch können die Durchflußrate genauer eingestellt und die Emissionswerte bzw. der Brennstoffverbrauch verbessert werden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Vorteilhafterweise ist die Zusatzmasse durch eine Feder beaufschlagt, welche die Zusatzmasse im geschlossenen Zustand des Brennstoffeinspritzventils in Anlage am Anker hält.
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Von Vorteil ist außerdem, daß am Innenpol der Magnetspule eine je eine Anschlagfläche für den Anker und die Zusatzmasse ausgebildet ist, wobei die Anschlagfläche für die Zusatzmasse um einen Zusatzhub h in Zuströmrichtung zurückgesetzt ist. Dies ermöglicht die Vorbeschleunigung der Zusatzmasse beim Schließvorgang.
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Weiterhin ist von Vorteil, daß ein Flansch als Gegenlager sowohl für die Rückstellfeder als auch für die Feder der Zusatzmasse dienen kann. Dieser kann durch eine Einstellhülse in seiner Position im Brennstoffeinspritzventil fixiert werden.
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Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils,
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2A ein Diagramm des simulierten Bewegungsverlaufs eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils, und
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2B ein Vergleichsdiagramm der Bewegungsverläufe eines Brennstoffeinspritzventils gemäß dem Stand der Technik im Vergleich zu einem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von 1 beispielhaft beschrieben.
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1 zeigt in einer schematisierten Schnittdarstellung einen Längsschnitt durch den abströmseitigen Teil eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1, welches insbesondere zum Einspritzen von Brennstoff in ein nicht näher dargestelltes Saugrohr einer Brennkraftmaschine geeignet ist.
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Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt eine Magnetspule 2, die auf einen Spulenträger 3 gewickelt ist. Der Spulenträger 3 ist in einem Ventilgehäuse 4 gekapselt.
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Der Spulenträger 3 wird von einer Ventilhülse 5 durchgriffen, die rohrförmig ausgestaltet ist. Ein in der Ventilhülse 5 eingespreiztes oder verschweißtes Stützrohr 6 kann als Innenpol der Magnetspule 2 dienen. Als Außenpol der Magnetspule 2 kann beispielsweise das Ventilgehäuse 4 dienen. Abströmseitig des Innenpols 6 ist ein Anker 7 angeordnet, der z. B. einstückig mit einer Ventilnadel 8 ausgebildet ist. In der Ventilnadel 8 sind Durchströmöffnungen 9 vorgesehen, die den das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmenden Brennstoff zu einem Dichtsitz leiten.
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Die Ventilnadel 8 steht vorzugsweise durch Schweißen in Wirkverbindung mit einem im Ausführungsbeispiel kugelförmigen Ventilschließkörper 10, der mit einer Ventilsitzfläche 11 einen Dichtsitz bildet. Stromabwärts des Dichtsitzes ist in einer Spritzlochscheibe 12 wenigstens eine Abspritzöffnung 13 ausgebildet, aus der der Brennstoff in das nicht weiter dargestellte Saugrohr eingespritzt wird.
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Der Anker 7 ist im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 von einer Rückstellfeder 14 so beaufschlagt, daß das Brennstoffeinspritzventil 1 durch den Andruck des Ventilschließkörpers 10 auf den Ventilsitzkörper 11 geschlossen gehalten wird. Die Rückstellfeder 14 ist in einer Ausnehmung 15 des Ankers 7 bzw. des Innenpols 6 angeordnet und wird über einen später noch näher zu beschreibenden Flansch 21 und durch eine Einstellhülse 16 auf Vorspannung gebracht. Der Brennstoff, der über eine zentrale Brennstoffzufuhr 17 zugeleitet wird, durchströmt das Brennstoffeinspritzventil 1 durch die Ausnehmung 15 und die Durchströmöffnungen 9 zum Dichtsitz und zur Abspritzöffnung 13.
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Wird der Magnetspule 2 über eine nicht weiter dargestellte elektrische Leitung ein elektrischer Strom zugeführt, baut sich ein magnetisches Feld auf, das bei ausreichender Stärke den Anker 7 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 14 entgegen der Strömungsrichtung des Brennstoffs in die Magnetspule 2 hineinzieht. Dadurch wird ein zwischen dem Anker 7 und dem Innenpol 6 ausgebildeter Arbeitsspalt 23 geschlossen. Durch die Bewegung des Ankers 7 wird auch die mit dem Anker 7 einstückig ausgebildete Ventilnadel 8 in Hubrichtung mitgenommen, so daß der Ventilschließkörper 10 vom Ventilsitzkörper 11 abhebt und Brennstoff zur Abspritzöffnung 13 geleitet wird.
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Das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen, sobald der die Magnetspule 2 erregende Strom abgeschaltet und das Magnetfeld soweit abgebaut ist, daß die Rückstellfeder 14 den Anker 7 vom Innenpol 6 abdrückt, wodurch sich die Ventilnadel 8 in Abströmrichtung bewegt und der Ventilschließkörper 10 auf dem Ventilsitzkörper 11 aufsetzt.
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Die Anforderungen an die Brennstoffeinspritzventile 1 für Brennkraftmaschinen werden bezüglich der dynamischen Durchflußrate immer höher. Die Abschaltzeit eines Brennstoffeinspritzventils 1 hat dabei den größten Einfluß auf die Durchflußrate und damit in der Folge auf den Brennstoffverbrauch und die Abgasemission. Sie ist durch die bewegte Masse, die Geschwindigkeit des Magnetkraftabbaus und die Federkraft der Rückstellfeder bestimmt.
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Die bewegte Masse ist bei den meisten Brennstoffeinspritzventilen 1 bereits auf ein Minimum reduziert und kann nicht weiter verkleinert werden, ohne die Stabilität der Bauteile zu beeinträchtigen. Eine weitere Möglichkeit der Reduktion der Abschaltzeit ist die Änderung der Geschwindigkeit des Magnetkraftabbaus. Dies ist mittels gezielter Veränderungen an der Ansteuerung zu realisieren, ist jedoch auch sehr kostenintensiv. Auch die Federkraft der Rückstellfeder hat wesentlichen Einfluß auf die Abschaltzeit; eine Erhöhung der Federkonstante zur Verkürzung der Abschaltzeit ist jedoch durch die Bedingung limitiert, daß das Brennstoffeinspritzventil 1 mittels einer Mindestspannung zu öffnen sein muß.
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Erfindungsgemäß ist daher in der Ausnehmung 15 des Ankers 7 eine Zusatzmasse 18 angeordnet, welche in der Ausnehmung 15 des Ankers 7 geführt ist und durch eine Feder 19 in Anlage an einer Schulter 20 des Ankers 7 gehalten wird. Die Feder 19 stützt sich zwischen dem oben angesprochenen Flansch 21 und der Zusatzmasse 18 ab. Die Zusatzmasse 18 wird demnach im unbestromten Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 durch die Feder 19 in den Anker 7 gedrückt, welcher seinerseits von der Rückstellfeder 14 beaufschlagt wird. Die Federkonstante der Feder 19 ist dabei etwas geringer als diejenige der Rückstellfeder 14 des Ankers 7. Ebenso ist das Gewicht der Zusatzmasse 18 etwas geringer als das Gesamtgewicht des aus Anker 7, Ventilnadel 8 und Ventilschließkörper 10 gebildeten Gesamtbauteils.
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Bei Bestromung der Magnetspule 2 wird eine Magnetkraft erzeugt, die sowohl auf den Anker 7 als auch auf die Zusatzmasse 18 wirkt. Durch eine entsprechende Gestaltung einer Ankeranschlagfläche 22 am Innenpol 6 und einer Anschlagfläche 23 der Zusatzmasse 18 am Innenpol 6, welche gegenüber der Ankeranschlagfläche 22 in Zuströmrichtung um einen Hub h zurückgesetzt ist, sowie durch eine geeignete Wahl der Materialien zur Beeinflussung der magnetischen Induktion in den Bauteilen kann sichergestellt werden, daß die Magnetkraft auf die Zusatzmasse 18 stets deutlich kleiner als die Magnetkraft auf den Anker 7 ist.
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Durch die geringere Federkraft und das geringere Gewicht löst sich die Zusatzmasse 18 jedoch in axialer Richtung vom Anker 7, d. h. die Zusatzmasse 18 beschleunigt schneller in Richtung auf ihre Anschlagfläche 23 am Innenpol 6 als der Anker 7. Dies führt zu einem dynamisch unveränderten Öffnungsverhalten des Brennstoffeinspritzventils 1, so daß durch die Anbringung der Zusatzmasse 18 keine Nachteile in Bezug auf die Öffnungszeit auftreten.
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Dadurch, daß die Anschlagfläche 23 der Zusatzmasse 18 gegenüber der Ankeranschlagfläche 22 am Innenpol 6 in Zuströmrichtung um den Hub h zurückgesetzt ist, bewegt sich die Zusatzmasse 18 entgegen der Zuströmrichtung weiter als der Anker 7. Dadurch und bedingt durch die geringeren Magnetkräfte, die auf die Zusatzmasse 18 wirken, löst diese sich bei Abschaltung der Erregerspannung schneller vom Innenpol 6 als der Anker 7, wodurch die Zusatzmasse 18 vorbeschleunigt auf den Anker 7 trifft und diesen zusätzlich beschleunigt. Dadurch wird der Anker 7 mit der daran ausgebildeten Ventilnadel 8 und dem Ventilschließkörper 10 schneller in Richtung Dichtsitz bewegt und das Brennstoffeinspritzventil 1 schneller geschlossen. Dieser Sachverhalt entspricht dem umgekehrten Vorhubprinzip, bei welchem der Öffnungsvorgang durch Vorbeschleunigung verkürzt werden soll.
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2A und 2B zeigen zwei Diagramme, welche die erfindungsgemäßen Maßnahmen grafisch veranschaulichen.
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In 2A ist ein beispielhafter Bewegungsablauf eines Ankers 7 mit einer Zusatzmasse 18 dargestellt. Der Anker 7 legt dabei, wie aus dem Diagramm ersichtlich, einen kürzeren Weg bis zum Ankeranschlag 22 zurück als die Zusatzmasse 18, welche sich um den zusätzlichen Hub h in den Innenpol 6 hineinbewegt. In der geöffneten Phase des Brennstoffeinspritzventils 1 zwischen 15 ms und 25 ms bleiben beide Bauteile ortsfest. Nach Abschaltung der Erregerspannung fällt die Zusatzmasse 18 schnell und der Anker 7 langsam vom Innenpol 6 ab, bis die Zusatzmasse 18 auf den Anker 7 auftrifft und diesen mitbeschleunigt.
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2B zeigt den Vergleich eines Ankers 7 ohne Zusatzmasse 18 und eines erfindungsgemäß ausgestalteten Ankers 7 mit Zusatzmasse 18. Die Anzugsbewegung verläuft dabei identisch, während aus dem rechten Teil des Diagramms eine Verkürzung der Abschaltzeit um ca. 1 ms entsprechend etwa 30% der gesamten Abschaltzeit gegenüber einem Brennstoffeinspritzventil 1 gemäß dem Stand der Technik zu beobachten ist.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere sind beliebige Kombinationen der verschiedenen Merkmale möglich.
