DE1156602B - Einspritzventil - Google Patents

Description

• Einspritzventil Die Erfindung bezieht sich auf ein für zeitgesteuerte Niederdruck-Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von solchen mit Saugrohreinspritzung, bestimmtes Einspritzventil mit einer elektromagnetisch betätigten Ventilnadel, insbesondere ein solches Ventil, wie es Gegenstand des Patents 1101859 ist. Bei Einspritzventilen dieser Art wird die einzuspritzende Kraftstoffmenge durch elektrische Impulse gesteuert, deren zeitliche Dauer den jeweiligen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine durch elektronische Regeleinrichtungen angepaßt wird. Im Gegensatz zu den mit Mengenzumessung arbeitenden, durch den jeweiligen Druck des Brennstoffs gesteuerten Hochdruckventilen ergibt sich bei den mit Zeitzumessung arbeitenden elektromagnetischen Einspritzventilen die Schwierigkeit, daß die bei der Zerstäubung des Brennstoffs auftretenden Widerstände keine Rückwirkung auf die Menge des zugemessenen Kraftstoffs haben dürfen. Dies ist besonders deshalb von Bedeutung, weil die Viskosität des Kraftstoffs stark temperaturabhängig ist, während seine Dichte sich nur mit der Wurzel aus der Temperatur ändert.
• Die Erfindung geht von einem Einspritzventil der eingangs genannten Art aus, welches eine Ventilnadel besitzt, deren aus dem Düsenkörper herausragendes Schaftende eine mit der Nadelstirnfläche abschließende, entlang dem Schaftumfang verlaufende, der verbesserten Zerstäubung dienende Rille hat. Die Erfindung besteht darin, daß der Abstand zwischen der ständig außerhalb der Düsenbohrung verbleibenden Rille und der Stirnfläche des Düsenkörpers bei geschlossenem Ventil größer als der betriebsmäßige Nadelhub ist. Das Wesen dieses erfindungsgemäßen Vorschlages ist im Rahmen der weiter unten folgenden Zeichnungsbeschreibung näher erläutert.
• Die Erfindung darf nicht verwechselt werden mit solchen Saugrohr-Einspritzventilen, deren Ventilnadel endseitig mit einem Zerstäuberkegel ausgestattet ist, welcher stets innerhalb des Ventilkörpers verbleibt. Bei einem bekannten Einspritzventil solcher Art wird der Kegel beim Nadelhub der ihn umschließenden konischen Bohrung so stark genähert, daß eine Rückwirkung der jeweiligen Nadelstellung auf die Durchflußmenge unvermeidlich ist. Die Erfindung gilt nicht für kontinuierliche Zerstäubung des Kraftstoffes, da dort die vorliegend interessierenden, nur bei Zeitsteuerung wichtigen Probleme nicht auftreten.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des neuen elektromagnetischen Einspritzventils dargestellt. Es zeigt Fig.1 das Einspritzventil etwa in natürlicher Größe in der Ansicht, Fig.2 einen stark vergrößerten Längsschnitt des Ventils und Fig. 3 den Kopf der Düse des magnetischen Einspritzventils ebenfalls im Längsschnitt und in stark vergrößerter Darstellung.
• Auf dem aus Nickeleisen hergestellten Ventilgehäuse 224 sitzt ein Anschlußstutzen 225 aus Siliziumeisen. Dieser hat einen abgesetzten zylindrischen Hals 226, der durch Längsschlitze 227 unterteilt ist und in den Innenhohlraum einer aus zahlreichen Windungen emaillierten Kupferdrahtes hergestellten Erregerspule 228 hineinragt, die mit einer Isolierstoffmasse 229 umpreßt ist. Die Spule 228 sitzt im oberen Teil des Ventilgehäuses 224, dessen unterer Abschnitt 223 mit einem Schraubgewinde 222 zum Befestigen des Ventils am Ansaugrohr einer nicht dargestellten, mit Fremdzündung arbeitenden Brennkraftmaschine versehen ist. Der Wicklungsanfang 230 der Erregerspule ist durch eine Bohrung 231 im Anschlußstutzen 225 hindurchgeführt und mit Hilfe einer Lötstelle 232 mit diesem elektrisch leitend verbunden, während das Wicklungsende 233 isoliert durch eine zweite Bohrung 234 durch den Anschlußstutzen hindurchgeführt ist und zum Anschluß der Erregerspule an eine nicht dargestellte elektronische Schalteinrichtung dient, die zum öffnen des Ventils kurze, in ihrer Dauer an die jeweiligen Betriebszustände der Brennkraftmaschine angepaßte Stromimpulse zu liefern vermag. Das Ventilgehäuse 224 und der Anschlußstutzen 225 dienen als Kraftlinienweg für den durch Stromimpulse erzeugten magnetischen Kraftfluß, mit dem die Düsennadel 240 von ihrem Sitz im Düsenkörper 250 abgehoben werden Die auf den größten Teil ihrer Länge ausgehöhlte Düsennadel 240 ist an ihrem dem Anschlußstutzen 225 zugekehrten Schaftende mit Hilfe einer aus elastischem Kunststoff hergestellten Büchse 241 in der Längsbohrung eines aus Siliziumeisen hergestellten Ankers 242 befestigt. Das innere Ende der Düsennadel liegt an einer in der Bohrung des Ankers 242 untergebrachten Druckfeder 245 an, die sich gegen eine Ringschulter 246 der Längsbohrung 247 des Anschlußstutzens 225 abstützt.
• Das Sitzende der Düsennadel 240 geht, wie Fig. 3 deutlich erkennen läßt, mit einem konisch sich verjüngenden Abschnitt in einen schlanken zylindrischen Zapfen 252 über, der auch bei von ihrem Sitz abgehobener Düsennadel aus dem Düsenkörper 250 herausragt und an seinem freien Ende eine eingeschliffene Hohlkehle 253 hat, die mit der zur Düsennadel senkrecht verlaufenden Stirnfläche 254 der Düsennadel abschließt. Die Düsennadel findet mit ihrem kegeligen Sitz einen Gegensitz auf der Verschneidungskante 255, die von der Mantelfläche 256 und der Mantelfläche 257 zweier kegeliger Bohrungen gebildet wird, die sich am Übergang @-om Innenhohlraum 258 im Düsenkörper 250 zur Düsenbohrung 259 befinden. Zwischen der Düsenbohrung 259 und dem Hals 252 der Düsennadel 240 verbleibt ein schmaler Ringraum, dessen Spaltbreite und -länge so bemessen sind, daß der Widerstand, den er dem Durchfluß des bei angehobener Düsennadel ausströmenden Kraftstoffes entgegensetzt, nur verhältnismäßig klein ist, jedoch bewirkt, daß der Kraftstoff infolge seiner Oberflächenspannung an dem Zapfen 252 in Form eines dünnen Mantels entlangströmt und dabei, der Oberfläche der Hohlkehle 253 folgend, an der scharfen Kante 262 zwischen der Hohlkehle und der Stirnfläche 254 zerstäubt wird. Um eine möglichst geringe Rückwirkung des Zerstäubungsvorgangs auf die ausströmende Kraftstoffmenge zu erzielen, ist die Länge des aus dem Düsenkörper 250 herausragenden Nadelschaftes 252 so gewählt, daß die Verschneidungskante 263 der Hohlkehle 253 auch bei von ihrem Sitz abgehobener Düsennadel einen Abstand von der Stirnfläche 264 des Düsenkörpers 250 hat, der größer ist als der Durchmesser des Nadelzapfens 252. In der gleichen Absicht und zur Verringerung des Durchflußwiderstandes im Ringspalt zwischen der Bohrung 259 und dem Nadelzapfen 252 ist der zylindrische Teil der Bohrungswand 259 kürzer als der Durchmesser der Bohrung 259 gewählt.
• Bei elektromagnetisch betätigten Einspritzventilen der für niedrige Brennstoffdrücke (bis zu etwa 5 at) bestimmten Art kommt es im Gegensatz zu den üblichen Dieselmaschinendüsen darauf an, daß die ausströmende Kraftstoffmenge möglichst proportional zu der Länge der den Ventilen zugeführten Stromimpulse ist. Dies wird um so schwieriger, je kürzer diese Impulse z. B. für den Leerlauf- und Teillastbetrieb gemacht werden müssen, weil bei geringen Impulslängen die während der Öffnungs- und Schließbewegung der Nadel vergehende Zeit einen um so größeren Teil der Impulszeit ausmacht, je kürzer die Impulse werden. Das Bestreben muß deshalb dahin gehen, die bei diesen Bewegungen entstehende Änderung des Durchgangsquerschnittes am Düsensitz möglichst groß im Vergleich zu dem zwischen Nadelschaft und Düsenbohrung bestehenden, den Durchflußwiderstand bestimmenden Ringquerschnitt zu machen. Wenn der Durchflußwiderstand von einer möglichst klein zu haltenden Mindestgröße des Nadelhubes ab konstant bleiben soll, damit die Durchflußmenge bei kurzen Impulsen nicht vom Hub abhängig wird, sondern zeitpropotional bleibt, muß die zur Zerstäubung notwendige Rille 253 nach dem Vorschlag der Erfindung einen solchen Abstand vom Ende der Düsenbohrung 259 haben, daß sie den Durchflußwiderstand im Ringraum zwischen Nadelzapfen 252 und Düsenbohrung 259 nicht beeinflußt. Dies ist dann möglich, wenn ihr Abstand größer als der Nadelhub H ist, so daß die Rille 253 auch bei vollständig angehobener Düsennadel noch außerhalb der Düsenbohrung 259 verbleibt.
• Es hat sich herausgestellt, daß für die Arbeitsweise des Einspritzventils der in Fig. 3 mit a angedeutete Kegelwinkel der konischen Bohrung 257 und der Öffnungswinkel ß der konischen Bohrung 256 von erheblicher Bedeutung sind und an den im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 mit 90' ausgeführten Kegelwinkel des bei 265 angedeuteten konischen übergangsabschnittes der Düsennadel angepaßt werden muß. Zweckmäßigerweise wird der Öffnungswinkel a bei dem angegebenen Wert des Kegelwinkels der Übergangsfläche 265 von 90' zwischen 60 und 90°, vorzugsweise etwa 75° groß gewählt, während der Öffnungswinkel /; zwischen 90 und 120", vorzugsweise 105° groß gewählt wird. Hierdurch läßt sich nämlich erreichen, daß der durch eine Bohrung 266 bei von ihrem Sitz abgehobener Nadel in den Ringraum zwischen dem Abschnitt 265 der Düsennadel und den Wänden der Bohrungen 256 und 257 gelangende Kraftstoff die bei ihrer Rückstellbewegung gegen die Verschneidungskante 255 prallende Düsennadel abfängt und dadurch weitgehend verhindert, daß die Nadel nach ihrem Aufschlag auf den Düsenkörper 250 zurückfedert und sich dadurch ein unerwünschtes Nachspritzen von Kraftstoff ergibt.
• Damit der Anker 254 nicht gegen den als magnetisches Kernstück dienenden Schaft 226 des Anschlußstutzens 225 anschlägt, ist der in Fig. 2 mit D angedeutete Luftspalt größer bemessen als der mit H bezeichnete Hub der Düsennadel 240, der durch einen Flansch 270 begrenzt wird, welcher einer Scheibe 271 gegenübersteht. Diese Scheibe ist auf die Stirnfläche des Bundes 272 aufgelegt, der den zuflußseitigen Abschnitt des Düsenkörpers 250 bildet und in eine Bohrung 273 im Ventilgehäuse 224 eingesteckt ist. Der Hub H wird bei der Herstellung des Ventils durch Abschleifen der Stirnseite des Bundes 272 auf den erforderlichen Wert zingestellt. Damit sich der notwendige Luftspalt D zwischen dem Anker 242 und dem Hals 226 ergibt, wenn der Düsenkörper 250 durch einen Bördelrand 275 in der Bohrung 273 verspannt wird, ist zwischen die Scheibe 271 und der Schulter 276 im Ventilgehäuse 224 eine dünne Stahlscheibe 278 eingelegt. Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, bei einem Hub von 0,15 mm einen magnetischen Luftspalt D von 0,25 mm zu wählen. Hierdurch werden nicht nur sehr kurze Anzugs- und Abfallzeiten erzielt, sondern auch eine über längere Zeit gleichbleibende Genauigkeit des Schließungszeitpunktes des Einspritzventils erreicht. Zur Verbesserung der Arbeitsweise des Einspritzventils ist außerdem im freien Ende des elastischen Zuführungsschlauches 261 ein engmaschiges Sieb 280 vorgesehen, das in Verbindung mit der für alle Einspritzventile, die zum Betrieb eines Verbrenkann und dabei dem über einen mit einem Drahtgeflecht 260 verstärkten Zuführungsschlauch 261 unter einem Druck von etwa 3 at zufließenden Kraftstoff den Austritt am Kopf des Düsenkörpers 250 erlaubt.
• nungsmotors dienen, gleichen Länge des Zuführungsschlauches derart elastisch ausgebildet ist, daß sich keine oder nur sehr geringe Druckwellen in den Kraftstoffleitungen fortpflanzen können, wenn der Kraftstoffdurchfluß beim Abheben der Düsennadel von ihrem Sitz freigegeben oder beim Auftreffen der Düsennadel auf ihren Sitz gesperrt wird. Zu den nachfolgenden Patentansprüchen wird bemerkt, daß für die Gegenstände der Unteransprüche ein vom Hauptgedanken der Erfindung (Anspruch 1) losgelöster Schutz nicht begehrt ist.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Für zeitgesteuerte Niederdruck-Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von solchen mit Saugrohreinspritzung, bestimmtes, elektromagnetisch betätigtes Einspritzventil mit einer Ventilnadel, deren aus dem Düsenkörper herausragendes Schaftende eine mit der Nadelstirnfläche abschließende, entlang dem Schaftumfang verlaufende Rille hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der ständig außerhalb der Düsenbohrung (259) verbleibenden Rille (253) und der Stirnfläche (264) des Düsenkörpers (250) bei geschlossenem Ventil größer als der betriebsmäßige Nadelhub (H) ist.
2. 2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Rille (253) vom Düsenkörper (250) auch bei abgehobener Düsennadel (240) größer als der Durchmesser des aus dem Düsenkörper herausragenden zapfenförmigen Nadelendes (252) ist.
3. 3. Einspritzventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Nadellängsrichtung gemessene Länge des zylindrischen Teils der für den Durchtritt des Nadelzapfens vorgesehenen Düsenbohrung (259) kürzer als der Bohrungsdurchmesser ist.
4. 4. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem die Sitzfläche für die Düsennadel enthaltenden Düsenkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzfläche von der Verschneidungskante zweier sich an die Düsenbohrung anschließender konischer Bohrungswände (256 und 257) gebildet wird, wobei die von den Bohrungswänden eingeschlossenen Kegelwinkel sich um höchstens 45°, vorzugsweise um 15 bis 30°, unterscheiden.
5. 5. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (240) einen den Düsenhub (H) begrenzenden Anschlag (270, 271) hat.
6. 6. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem freien, vom Ventil abgekehrten Ende der an das Ventil angeschlossenen Kraftstoffzuführungsleitung (260, 261) ein Sieb (280) eingesetzt ist, das in Verbindung mit der Länge der vorzugsweise elastisch ausgebildeten Zuführungsleitung (260, 261) als elastisches Dämpfungsglied für die beim Öffnen und Schließen des Ventils angeregten Druckwellen im Kraftstoff dient. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 404 081.