DE1301626B - Magnetventil fuer eine Brennstoffeinspritzanlage fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• 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 und einer die Ventilnadel in Schließstellung haltenden Feder.
• 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 Anhebe- und Abfallzeitintervalle geschenkt werden.
• Es ist bekannt, bei einem Magnetventil einen plattenförmigen Ventilkörper nur mittels einer Feder zwischen dem Ventilsitz und dem Magnetanker abzustützen. Zum Vermeiden von radialen Bewegungen ist der Ventilkörper dabei mit einem Kragen versehen, der radiale Bewegungen unterdrückt. Nachteilig ist bei diesem Aufbau, daß der Ventilkörper nicht ausreichend plan gegenüber dem Ventilsitz geführt ist und deshalb verkanten kann. Mit diesem Aufbau sind keine genau reproduzierbaren Anhebe-und Abfallzeitintervalle zu erhalten.
• 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 und einer die Ventilnadel in Schließstellung haltenden Feder 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, die Ventilnadel lagernden Platte, welche mit allseitigem Spiel frei schwimmend im Gehäuse gelagert ist und ihrerseits die Ventilnadel damit reibungslos lagert, sind die Ventilöffnungszeiten reproduzierbar gleich -natürlich unter der Voraussetzung einer exakten Ventilsteuerung. Die Nadel hebt sich stets mit voller Schließfläche von ihrem Ventilsitz ab und setzt stets wieder voll auf. Ein verkantetes Aufsetzen ist nicht möglich.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Magnetventils 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 Nut,-rund im Betriebszustand eher berührt als der Anker den ihn umschließenden Polschuh des 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 her fließen. Auch der Kraftstoff kann damit keinen störenden Einfluß auf die Plattenlage ausüben.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt auf der gewölbten, dem Magnetkern zugekehrten Stirnfläche des mit der Ventilnadel verbundenen Ankers eine ebene, aus elastischem Material bestehende Scheibe auf, die über eine Lochscheibe bei geöffnetem Ventil am Kern des Magneten zur Anlage kommt. Damit wird ein weiches Anhalten der Ventilnadel aus der Anhebebewegung heraus erreicht. Wenn der Anker sich dem Grund der Bohrung im Magnetkern, der einen Polschuh bildet, nähert, schiebt er die elastische Scheibe mit der an ihr befestigten Lochscheibe gegen den Bohrungsgrund. Der Kraftstoff in der Bohrung will bei sich nähernder Scheibe vom Bohrungsgrund entweichen; er kann dies jedoch nur unter einer dämpfenden Wirbelbildung, die zu einer starken Abbremsung der Ankerbewegung führt. Die elastische Scheibe mit der aufgelegten Lochscheibe hat dabei zunächst eine ähnliche Wirkung auf den Kraftstoff wie ein niedersinkender Fallschirm auf die Luft, während sie nach dem Andrücken an den Bohrungsgrund einem elastischen, durchbiegsamen Körper ähnelt. Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Das in der Figur dargestellte Magnetventil ist an eine Kraftstoffzuleitung 16 angeschlossen. Der durch diese Zuleitung zugeführte Kraftstoff strömt über einen Stutzen in den Arbeitsraum 85 des Magnetventils ein. Durch den Arbeitsraum ist eine Ventilnadel 109 hindurchgeführt, die mit ihrem freien, eine Spitze aufweisenden Ende in der Schließlage auf einem Ventilsitz 107 aufsitzt. In der Durchflußrichtung des Kraftstoffes schließt sich an das Magnetventil im Anschluß an den Ventilsitz 107 eine Einspritzdüse 108 an.
• Zwecks reibungsloser Lagerung ist die Ventilnadel 109 des Magnetventils in der Mitte einer scheibenförmigen Membran 113 befestigt. Die Membran besteht vorzugsweise aus Federbronze und ist mit öffnungen 112 zum Durchlaß von Brennstoff versehen. Der Rand der Membran greift in eine Ringnut 115 ein, die während des Betriebes mit Kraftstoff gefüllt ist. Die Breite der Nut ist etwas größer als die Dicke der Membran 113. Die Nuttiefe bzw. der größte Durchmesser der Nut 115 ist darüber hinaus geringfügig größer als der größte Durchmesser der Membran 113, jedoch ist das Außenspiel kleiner als das des Ankers 125 im Polschuh 121, um sicherzustellen, daß der Anker 125 niemals am Polschuh des Magneten reiben kann. Befindet sich das Magnetventil nicht im Betriebszustand, dann wird sich der Rand der Membran 113 an einen Wandungsteil der Nut 115 anlegen. Ist das Magnetventil aber in Betrieb, dann wird der Rand der Membran 113 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 Bewegungen des Membranrandes nicht so schnell folgen, wie es notwendig wäre. Infolgedessen wird sich die Membran 113 in der Nut 115 in eine bestimmte schwebende Mittelstellung einpendeln und in dieser während des Betriebes so verharren, als ob sie in der Nut 115 eingespannt wäre. Die Membranmitte wird sich während dieser scheinbar festen Einspannung entsprechend den Bewegungen dieser Ventilnadel auf und ab bewegen.
• Die Ventilnadel 109 wird mittels einer kegelförmigen Wendelfeder im Ruhezustand gegen den Sitz 107 gepreßt. Das Ventil ist damit geschlossen. Für die Dauer des öffnens ist die Spule des Magneten 117 nach Maßgabe eines Impulsgebers von Strom durchflossen. In dem geschichteten Eisen 119 des Magneten wird sich daraufhin ein magnetischer Fluß ausbilden, der sich über die Polschuhe 121, 123 schließt. Zum Schließen wird der an der Ventilnadel 109 befestigte Anker 125 in eine Bohrung 127 des Feldeisens hineingezogen, da der Anker 125 bestrebt ist, den Luftspalt zwischen seinem Kopf 129 und dem Pol 123 zu verringern. Da keine mechanische Reibung vorhanden ist, wird das Anziehen des Ankers 125 ganz kurzfristig erfolgen. Dies hat zur Folge, daß der Anker sehr scharf gegen den Pol 123 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 129 des Ankers 125 zunächst ballig ausgebildet. Darüber hinaus ist auf den Kopf eine elastische Scheibe 131 aufgelegt, auf der sich wiederum eine Lochscheibe 133 befindet. Allerdings kann die Scheibe 131 auch mit einer entsprechenden Ausdrehung versehen sein.
• Beim Annähern des Ankerkopfes 129 an den Pol 123 wird die Bewegung des Ankers vom Kraftstoff, der aus der Vertiefung 135 heraus will, stark gedämpft. Außerdem wird der Anker beim Andrücken der Lochscheibe 133 an den Bohrungsgrund (den Pol 123) die Scheibe 131 etwas durchbiegen und damit weich anhalten.
• Zur Vermeidung von Wirbelströmen ist das Eisen des Ankers 125 parallel zum Eisenkern 119 geblättert. Der Luftspalt zwischen den Polen und dem Anker 125 ist gering gehalten. Außerdem wird vermieden, daß der Anker gegen Kanten des Feldeisens 119 stoßen kann.
• Der verschleißfeste, aus gehärtetem Stahl gefertigte Sitz 107 des Magnetventils ist etwa fünfmal größer bemessen als der an sich benötigte Durchflußquerschnitt. Die Hubbewegungen der Ventilnadel 109 können damit kurz sein und vor allem kurzfristig abgeschlossen sein. Dennoch bleibt der Öffnungsquerschnitt aber gegenüber den bekannten Konstruktionen noch sehr klein, da der hohe Betriebsdruck an sich bereits kleine öffnungsquerschnitte zuläßt. Der zeitlich genau dosierte Durchfluß wird erst mittels einer nachgeschalteten Drosselkapillare 137 mengenmäßig bestimmt, die sich in Kraftstoffflußrichtung hinter dem Ventilsitz stoßkantenfrei an eilten Strömungskanal 139 anschließt; die Drosselkapillare 137 befindet sich in einer Scheibe 141, die austauschbar in eine rohrförmige Verlängerung 143 des Ventilgehäuses eingeschraubt ist. Der stoßkantenfreie Anschluß gestattet es, beim Öffnen des Ventils den Kraftstoff durch die Kapillare 137 strömen zu lassen, ohne daß von dem Kapillarenstück Reflexionsdruckwellen in den Ventilarbeitsraum 85 zurückfließen.
• Unmittelbar an die Scheibe 141 schließt sich dann die Einspritzdüse 108 bekannter Bauart an, in der nahezu unvermeidlich Reflexionsdruckwellen entstehen werden, da der Kraftstoff in ihr kurzfristig bis zum Öffnen gestaut wird. Die an bzw. in der Einspritzdüse 109 entstehenden Reflexionsdruckwellen werden für den Einspritzvorgang aber vernachlässigbar, da sie sofort an der Scheibe 141 gebrochen und damit schnell, und zwar im wesentlichen noch im Öffnungsstadium, unschädlich gemacht werden. Das Abklingen der Reflexionsdruckwellen erfolgt damit während eines Bruchteils des Einspritzintervalls. Wichtig ist für das schnelle Abklingen ein kurzer Weg zwischen dem Magnetventilsitz und der Einspritzdüse 108. Bei einem ausgeführten Beispiel beträgt die Weglänge etwa 20 mm.
• Durch diesen Aufbau des Magnetventils werden Longitudinalschwingungen praktisch vollständig unterdrückt, womit die Ventilnadel 109 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 (4)

1. Patentansprüche: 1. Magnetventil für eine Brennstoffeinspritzanlage bei gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen mit einer mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden, die Brennstoffmenge steuernden, einen Magnetanker tragenden Ventilnadel und einer die Ventilnadel in Schließstellung haltenden Feder, dadurch gekennzeichn e t, daß die Lagerung der Ventilnadel (109) im Ventilgehäuse über eine auf der Ventilnadel befestigte, zur Gehäusebohrung radiales und axiales Spiel aufweisende dünnwandige Platte (113) erfolgt.
2. 2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rand der dünnwandigen Platte in eine Ringnut (115) des Ventilgehäuses hineinreicht, 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 (125) den ihn umschließenden Polschuh (125) des Magneten (117).
3. 3. Magnetventil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnwandige, mit einer Öffnung versehene Platte (113) aus Federbronze besteht.
4. 4. Magnetventil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der gewölbten, dem Magnetkern zugekehrten Stirnfläche (129) des mit der Ventilnadel (109) verbundenen Ankers (125) eine ebene, aus elastischem Material bestehende Scheibe (131) aufliegt, die über eine Lochscheibe (133) bei geöffnetem Ventil am Kern des Magneten (117) zur Anlage kommt.