DE1263396B

DE1263396B - Magnetventil fuer eine Brennstoffeinspritzanlage fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1263396B
Application number: DE1966P0039226
Authority: DE
Inventors: Dr Johannes Zeyns
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1966-04-20
Filing date: 1966-04-20
Publication date: 1968-03-14

Description

Magnetventil für eine Brennstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetventil für eine Brennstoffeinspritzanlage bei gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen mit einer mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden, die Brennstoffmenge steuernden, einen Magnetanker tragenden Ventilnadel, einer die Ventilnadel in Schließstellung haltenden Feder, einem unmittelbar mit dem stromauf des Ventilsitzes liegenden Brennstoffraum zusammenwirkenden, von einem Gehäuse aus elastischem Werkstoff und einem darin eingeschlossenen Luftvolumen gebildeten Akkumulator.
Es sind Magnetventile bekannt, mit denen eine Kraftstoffleitung vor einer Einspritzdüse nach Maßgabe einer Steuervorrichtung geöffnet und geschlossen wird. Derartige Magnetventile sind mit einer Magnetnadel versehen, die an einem Ende mit einem Anker ausgerüstet ist und an einem anderen Ende eine Spitze aufweist. Eine an der Ventilnadel angreifende Feder drückt die Nadelspitze im Ruhestand in einen Ventilsitz, während sich der Anker vor oder teilweise innerhalb einer Magnetspule des Ventils befindet.
Erst wenn die Wicklung des Magnetventils erregt wird, hebt sich die Nadel entgegen der Federwirkung von ihrem Sitz ab. Für die Dauer der Erregung ist damit die Durchflußöffnung des Magnetventils geöffnet.
Diese bekannten Magnetventile haben jedoch den Nachteil, daß zwischen der Ventilnadel und dem Ventilgehäuse Reibungsflächen, beispielsweise in Form von Gleitlagern, vorhanden sind, die eine reproduzierbare Gleichheit von Anhebe- und Abfallzeitintervallen unmöglich machen. Bereits die geringsten Unreinheiten im Kraftstoff führen nämlich zu völlig unkontrollierbar veränderten Arbeitsbedingungen des Ventils.
Es ist auch bekannt, ein Ventilstück an einer am Rand eingespannten Membran anzuordnen, womit dann Reibungsflächen entfallen. Auch ein solches Ventil arbeitet aber nicht einwandfrei, da sich das Ventilstück dem von der Membran ausgeübten Zwang nicht willig beugt und seinerseits die Membran verspannt, was wieder zu einer unregelmäßigen Arbeitsweise führt.
Je kürzer die Arbeitsintervalle des Magnetventils aufeinanderfolgen und je kürzer die öffnungszeiten selbst sind, desto mehr Beachtung muß der eindeutigen Reproduzierbarkeit gleicher Abhebe- und Abf allzeitintervalle geschenkt werden.
Damit ständig gleiche Kraftstoffmengen während der öffnungszeiten durch das Ventil fließen können, ist es außerdem erforderlich, daß der Kraftstoff im Ventilarbeitsraum vor der Ausströmdüse geglättet bereitgehalten wird. Es ist bekannt, zum Erzielender Glättung des Kraftstofflusses in die Zuleitung zum Magnetventil oder im Zuflußkanal des Magnetventils selbst in Form eines dünnwandigen, blasenartigen Näpfchens einen Ausgleichsbehälter anzuordnen.
Es ist auch bereits eine Kraftstoffeinspritzanlage vorgeschlagen worden, die einen Druckausgleichsbehälter aufweist, der derart ausgebildet und angeordnet ist, daß er infolge einer kurzen Verbindungsleitung zwischen ihm und dem Magnetventil und infolge eines großen Verbindungsleitungsquerschnittes glättend bis in das Magnetventil hineinwirkt. Der Kraftstoff kann damit tatsächlich geglättet am Magnetventilsitz bereitgehalten werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Magnetventil zu schaffen, bei dem gleichfalls sichergestellt ist, daß der Kraftstoff während der vollen öffnungszeiten mit praktisch konstantem Druck und damit in vorgegebener Menge aus dem Magnetventil in die Einspritzdüse strömt, bei der aber zusätzlich die Ventilanhebe- und Abfallzeitintervalle genau reproduzierbar gleich sind.
Die gestellte Aufgabe ist bei einem Magnetventil für eine Brennstoffeinspritzanlage bei gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen mit einer mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden, die Brennstoffmenge steuernden, einen Magnetanker tragenden Ventilnadel, einer die Ventilnadel in Schließstellung haltenden Feder, einem unmittelbar mit dem stromauf des Ventilsitzes liegenden Brennstoffraum zusammenwirkenden, von einem Gehäuse aus elastischem Werkstoff und einem darin eingeschlossenen Luftvolumen gebildeten Akkumulator dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung die Lagerung der Ventilnadel im Ventilgehäuse über eine auf der Ventilnadel befestigte, zur Gehäusebohrung radiales und axiales Spiel aufweisende,dünnwandige Platte erfolgt.
Durch den Einsatz einer dünnwandigen Lagerplatte, die mit allseitigein Spiel und damit freischwimmend im Gehäuse gelagert ist, sind die Ventilöffnungszeiten reproduzierbar gleich, natürlich unter der Voraussetzung einer exakten Ventilsteuerung.
Die Wandstärke und die Elastizität des aus einer Blase bestehenden Akkumulators sind so gewählt, daß die Druckschwankungen im Ventilarbeitsraum vom Akkumulator durch eine Vergrößerung oder Verkleinerune, ihres Volumens pulsierend und mit möglichst geringem Widerstand ausgleichbar sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Mac,netventils nach der Erfindung ist der äußere Rand der dünnwandigen, als Zentriermembran dienenden Platte in eine Ringnut eingeführt, deren Breite geringfügig größer ist als die Plattendicke und deren Tiefe so gewählt ist, daß der Plattenrand den Nutgrund im Betriebszustand eher berührt als der Anker den ihn umschließenden Magneten.
Damit ist zunächst sichergestellt, daß der Anker niemals am Magneten reiben kann. Darüber hinaus wird der Rand der dünnwandigen Platte während des Betriebes in der Nut frei schweben, da der Plattenrand den Ventilnadelbewegungen, die in der Plattenmitte auf die Platte übertragen werden, nicht schnell genug folgen kann. Der Plattenrand wird sich deshalb während des Betriebes in eine bestimmte schwebende Mittelstellung einpendeln und in dieser verharren. Seitliche Verspannungen sind wegen des Fehlens einer mechanischen Verbindung zwischen dem Plattenrand und der Nut nicht störend. Sie werden höchstens zu einer etwas anderen Lage des Plattenrandes gegenüber der Nut führen.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung besteht die Platte aus Federbronze, die mehrfach gelocht ist. Durch die Löcher in der Platte kann der Kraftstoff frei zwischen der Plattenober- und -unterseite hin- und herfließen. Auch der Kraftstoff kann damit keinen störenden Einfluß auf die Plattenlage ausüben.
Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Das in der Figur dargestellte Magnetventil ist an eine Kraftstoffzuleitung 1 angeschlossen. Der durch diese Zuleitung zugeführte Kraftstoff strömt über einen Stutzen 3 in den Arbeitsraum 4 des Magnetventils ein. In dem Arbeitsraum ist eine Aussparung 5 vorgesehen, in die ein Luftpolster 6 eingesetzt ist, das toroidförmig ausgebildet ist und sich an die Wand der Aussparung 5 anlegt. Das Luftpolster 6 besteht aus einer kraftstoffesten elastischen Folie, die ein Luft-oder Gasvolumen 7 fest einschließt. Durch den Arbeitsraum und damit auch durch das Luftpolster 6 hindurch ist eine Ventilnadel 8 geführt, die mit ihrem freien, eine Spitze aufweisende Ende in der Schließlage auf einem Ventilsitz 9 aufsitzt. In der Durchflußrichtung des Kraftstoffes schließt sich an das Magnetventil im Anschluß an den Ventilsitz 9 eine Einspritzdüse 20 an.
Bei einer besonders anpassungsfähigen Ausbildung des Magnetventils ist das Luftpolster 6 mit einem durch die Wandung des Ventilarbeitsraumes 4 herausgeführten Stutzen 11 versehen, der mittels eines Verschlußstückes 12, beispielsweise eines fest einsetzbaren Stopfens 12 oder eines Ventils, verschließbar ist. Durch den Stutzen 11 hindurch läßt sich der Gasdruck im Polster entsprechend den gewünschten Bedingungen einstellen.
Zwecks reibungsloser Lagerung ist die Ventilnadel 8 des Magnetventils in der Mitte einer scheibenförmigen Membran 13 befestigt. Die Meinbran besteht vorzugsweise aus Federbronze und ist mit öffnungen 14 zum Durchlaß von Brennstoff versehen. Der Rand der Membran greift in eine Ringnut 15 ein, die während des Betriebes mit Kraftstoff aefüllt ist. Die Breite der Nut ist etwas arößer als die Dicke der Membran 13. Die Nuttiefe bzw. der größte Durchmesser der Nut 15 ist darüber hinaus geringfügig größer als der größte Durchmesser der Membran 13, jedoch ist das Außenspiel kleiner als das des Ankers 16 im Magneten 17, um sicherzustellen, daß der Anker 16 niemals am Magneten reiben kann. Befindet sich das Magnetventil nicht im Betriebszustand, dann wird sich der Rand der Membran 13 an einen Wandungsteil der Nut 15 anlegen. Ist das Magnetventil aber in Betrieb, dann wird der Rand der Membran 13 im Kraftstoff und damit in der Nut frei schweben. Dies ergibt sich aus der Trägheit des Kraftstoffs in der Nut. Der Kraftstoff kann nämlich den Ventilnadelbewegungen und damit den B.ewegungen des Membranrandes nicht so schnell folgen, wie es notwendig wäre. Infolgedessen wird sich die Membran 13 in der Nut 15 in eine bestimmte schwebende Mittelstellung einpendelnd und in dieser während des Betriebes so verharren, als ob sie in der Nut 15 eingespannt wäre. Die Membranmitte wird sich während dieser scheinbar festen Einspannung entsprechend den Bewegungen dieser Ventilnadel auf- und abbewegen.
Die Ventilnadel 8 wird mittels einer kegelförmigen Wendelfeder 18 im Ruhezustand gegen den Sitz 9 gepreßt. Das Ventil ist damit geschlossen. Für die Dauer des Öffnens ist die Spule des Magneten 17 nach Maßgabe eines Impulsgebers von Strom durchflossen. In dem geschichteten Eisen 19 des Magnetventils wird sich daraufhin ein magnetischer Fluß ausbilden, der sich über die Polschuhe 21, 23 schließt. Zum Schließen wird der an der Ventilnadel 8 befestigte Anker 16 in eine Bohrung 27 des Feldeisens hineingezogen, da der Anker 16 bestrebt ist, den Luftspalt zwischen seinem Kopf 29 und dem Pol 23 zu verringern. Da keine mechanische Reibung vorhanden ist, wird das Anziehen des Ankers 16 ganz kurzfristig erfolgen. Dies hat zur Folge, daß der Anker sehr scharf gegen den Pol 23 schlagen wird, wenn dagegen keine Abwehrmaßnahmen getroffen -werden. Dieses scharfe Anschlagen hätte Longitudinalschwingungen des Nadelsystems zur Folge sowie Verschleiß. Um dies zu vermeiden und um außerdem die Lebensdauer des hoch beanspruchten Ventils zu erhöhen, ist der Kopf 29 des Ankers 16 zunächst ballig ausgebildet. Darüber hinaus ist auf den Kopf eine Scheibe 31 aufgelegt, auf der sich wiederum eine Ringscheibe 33 befindet. Allerdings kann die Scheibe 31 auch mit einer entsprechenden Ausdehnung versehen sein.
Beim Annähern des Ankerkopfes 29 an den Pol 23 wird die Bewegung des Ankers vom Kraftstoff, der aus der Vertiefung 35 heraus will, stark gedämpft. Außerdem wird der Anker beim Andrücken der Ringscheibe 33 an den Bohrungsgrund (den Pol 23) die Ringscheibe etwas durchbiegen und damit weich anhalten. Durch diesen Aufbau des Magnetventils werden in Zusammenhang mit dem Luftpolster 6 Longitudinalschwingungen praktisch vollständig unterdrückt, womit die Ventilnadel 8 genau den vom Strom in dem Magneten vorgegebenen Bewegungen folgt und selbst die Anhebe- und Abfallzeitintervalle für alle Arbeitstakte einheitlich gleichbleibend sind, womit für die gesamte Betriebszeit die gewünschten Einspritzbedingungen erfüllbar sind.

Claims

Patentansprüche: 1. Magnetventil für eine Brennstoffeinspritzanlage bei gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennnkraftmaschine mit einer mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden, die Brennstoffmenge steuernden, einen Magnetanker tragenden Ventilnadel, einer die Ventilnadel in Schließstellung haltenden Feder und einem unmittelbar mit dem stromauf des Ventilsitzes liegenden Brennstoffraum zusammenwirkenden, von einem Gehäuse aus elastischem Werkstoff und einem darin eingeschlossenen Luftvolumen gebildeten Akkumulator, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung der Ventilnadel (8) irn Ventilgehäuse über eine auf der Ventilnadel befestigte, zur Gehäusebohrung (15) radiales und axiales Spiel aufweisende dünnwandige Platte (13) erfolgt.
2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß der äußere Rand der dünnwandigen Platte in eine Ringnut (15) des Ventilgehäuses hineinreicht, deren Breite geringfügig größer ist als die Plattendicke und deren Tiefe so gewählt ist, daß der Plattenrand den Nutgrund irn Betriebszustand eher berührt als der Anker (16) des ihn umschließenden Magneten (19). 3. Magnetventil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnwandige, mit einer öffnung versehene Platte (13) aus Federbronze besteht.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1101859; französische Patentschrift Nr. 1394 725; britische Patentschrift Nr. 858 966; USA.-Patentschrift Nr. 3 240 192.