DE1526633A1

DE1526633A1 - Elektromagnetisch betaetigtes Kraftstoffeinspritzventil fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1526633A1
Application number: DE19511526633
Authority: DE
Inventors: Eckert Dipl-Ing Dr Konrad
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1951-01-28
Filing date: 1951-01-28
Publication date: 1970-01-29
Also published as: DE1526633B2; DE1526633C3

Description

Elektromagnetisch betätigtes Kraftstoff--

einspritzventil für Brennkraftmaschinen

Di- 2-rfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisch betätigtes

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen.

Es sind elektromagnetisch betätigte KraftstoffainspritzventilP

bekannt (siehe deutsche Patentschrift 1 156 6ü2), bei denen die

Düse durch eine Bewegung der Ventilnadel in den Düsenkörper hinein

öffnet. Bei diesen bekannten Ventilen ist der Anker des Elektro-

magneten fest mit der Ventilnadel verbunden. Dies hat zur Folge,

daß der Hub der Ventilnadel gleich groß wie der Ankerhub ist, daß der Beginn der Öffnung der Düse mit dem Beginn des Anzugs des Ankers zusammenfällt, und daß die Düse so lange geöffnet bleibt, bis der Anker wieder in seiner Ruhestellung ist, Bai Kraftstoffeinspritzventilen dieser Art erfolgt der Einsatz der ".nkertjewegiing aus der Ruhelage des Ankers heraus gegen die ralativ große Kraft einer für die Rückstellung des Ankers und der Ventilnadel vorgesehenen Feder, so daß ein schleichender Anzugsbeginn nicht zu vermeiden ist. hierbei können von Einspritzvorgang zu Einspritzvorgang und von Ventil zu Ventil wechselnd: Verzögerungen des Einspritzbeginns gegenüber dem Schaltimpuls der Steuer- oder Rgelanlagn auftreten. Die Öffnungszeiten des Ventils betragen aber nur einen kleinen Bruchteil einer Sekunde, so d.aß die vorstehend ertvähnten Faktoren Schwierigkeiten bereiten, eine ausreichende Gleiclzmwßig=-keit der Kraftstoffeinspritzwenge 0.9s Venv«.ls über die gesamt,-, Laufzeit der Maschine und von Ventil zu Ventil zu erhalt-en.

Durch die Kombination von Anker und Venti _nadel muß also vom

Elektromagneten eine relativ große fa. ssg aus dem Ruhezustand 1n Be-

wegung versetzt werden. Diese g_noße Masse ergibt oft auch Streuungs-

fehler in der Endplia.se das Ankerr`Ucklaufs durch Abprallen vom Ruhe-

anschlag. Auch hierdurch wird die Gleichmäßigkelt der Öffnungszeiten

und damit der Kraftatoffeinspritxmeng;a bee3.rtrü.:.h't@,gt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch betätigtes Kraftstoffeinspritzventil zu schaffen, mit :-jelchem eine ausreichende Gleichmäßigkeit der Kraftstoffeinspritzmenge unter Verringerung der Schaltzeittoleranzen und damit unter Vernneidlang der vorstehend erwähnten Wngel der bekannten Vorrichtungen dieser I Art erzielt werden kann., Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Anker des Elektromagneten und die Ventilnadel. als gesonderte '.heile ausgebildet und getrennt gelagert sind, dergestalt, daß der Anker beim Betätigen den Elektromagneten -von der- Beeinflusstmg der Ventilnadel eine Vorhubstrecke durchläuft. Durch diese getrennte Ausbildung und Lagerung von AnKer und Ventilnadel kann eine bessere und geringere Reibung aufweisende FUhrung der Ventilnadel. und des Ankers erzielt werden, wodurch eine fUr einen sicheren und definierten Anzugsbeginn wichtige gleichmäßige Verteilung des Magnetflusses im Anker gewährleistet werden kann. Die Magnetspule muß zunächst nur eine Deschleunigtmg des Ankers allein aus seiner Ruhel&ge gegen die relativ kleine Kraft einer Ankerrückstellfeder bewirken, und der bereits beschleunigte ?Anker trifft nach Durchführung seines Vorhubes schlagartig auf die Ventilnadel, so daß das Öffnen der

Düse entsprechend schlagartig erfolgt,und die V Ventil

swRnadel rasch In

ihre Affenstellung bewegt wird.

Die Trennung voWnker und Ventilnadel wirkt sich auch bei der Rückstellung der Ventilnadel in ihre Ruhestellung vorteilhaft aus, da sich ein Abprallen des auf :einen Ruheanschlag auftreffenden

Ankers nicht auf die V xsimnadel übertragen kann, wr_s under-nfal.ls

ein unerwünschtes Nachspritzen der DUsc z@ti= Folge haben könnte. Dis

Erfindung ermöglicht auch eine Verkürzung derr_t@li@r!@z-sit des Vna-

tils nach dem Abschalten der Magnetspule, da durch die Trennung

von Anker und Ventilnadel die die Schnelligkeit der Rückstellung

bestimmende Rüekste'.ifeder für die Dilse,u;3del verstärkt ausgebil-

det werden kann, ohne dadurch r: ine Verzögerung des Beginns der

Einspritzung in Kauf' nehmsn zu

Die getrennte- Ausbildung von Anker und Ventilnadel. erlaubt neben

einer eigenen Führung beider rsi.le ztlf klsf.rEtr@ Durchmesser ni

entsprechend geringer Reibjtng und Unempfindlichkeit gegen I.iaß-

toleranzen auch eine getrsniite @usrß:icirn @=nd Prüfung des die

Ventilnadel enthaltenden

t#nd crs das Elektrowgnet-

system und den Anker enthaltenCen @'enti'!geiiYiises. E-L,findungsgamKß

den aufriebtne nd.:e kcix@ar

kann der7NUseskörgsr @gcts Ventiz°ä;@ koaxial zur Arbeitsrich-

tung des Ankers einstellbar und vorzugsweise lösbar im Ventilge-

häuse angeordnet werden, vorzugsweite ;ait einem i:u3engewinde in

eine mit Innengewinde vL-°se'iene Ö@'f'r:@uzg ü:@@ Z inspritzseitigen Ende

des Vcntilgebäuses verstellbar eingeschraubt sein, wobei die Vor-

hubsi;r-?cIte des Ankers genau eingestelltwerden kann. Der Vorhub

desnke;@s ist also .von außen einsteilbar. Nach erfolgter Einstel-

lunt; auf dem Prüfständ kann der Düsenkörper beispielsweise durch

Einbringen einer Kittmasse in in den Gewindebereich des Ventilge-

häuSe: führende Öffnungen gesichert werden.,

Die Erfi.ylC4l@ng l#7i?t sich mit den vorstehend erwähnten Vorteilen so-

wohl. be--1- i@ra f tstoffe inspritzventilen, deren Düsen durch eine Aus-

wärtsbewegung der Düsennadel, als auch bei Einspritzventile, vieren

Düsen durch eine Einwärtsbewegung der Ventilnadel in den Düsenkörper

hinein öffnen, anwenden. Be-5. Einspritzventilen mit einer vom Düsen-

körper nach außen öffnenden Düse Wird das innere Ende der Ventilnadel

in Ruhestellung des Ventils in einem die Vorhubstrecke der, An?ic:rs

bestimmenden Abstand. vom zugekehrten Ende des koaxial. gnlaggrtenr

Ankers angeordnet.

In der Zeichnung ist als AusfUhrungsbeiupiel des Gegenstandes der

Erfindung ein Kraftetoffeinspritzventil mit einer durch eine Auu-

wärtsbewegur:g der Ventilnadel öffnenden Düse dargestellt.

Im einzelnen zeigen

Fig. 1 einen zentralen Längsschnitt durch das Einspritz-

ventil,,

Fig. 2 eine vergrößerte Tsilscbnittdarstßllung den Düsen-

kUrperr, -.'*:n Düsenbereich einer ersten Ausbildungs-

form des Düsenkörpers und der Ventilnadel,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung mit

einer zweiten Pusführung-,nforr Ces Düsenkörpers

und der 'rent ilnade 1,

Fig. 4 ein Hub/Zeit-Diagramm der bekannten, mit einem

Anker verbundenen Ventilnadel,

Fig, 5 clas Hub/Zeit-Diagramm der getrr.ni-it vom Anker aus-

gebi:Ldrt.n und angeordneten Ventilnadel.

Das Kraftstoffeinspritzventil besteht aus einem Ventilgehäuse 1, das als Hohlzylinder mit einer durchgehenden Bohrung mit. abgestuftem Durchmesser ausgebildet ist. In dieses hohlzylindrische Ventilgehäuse 1 ist ein ringförmiger Blektromagnetkörpar 2 mit einer Erregerspule 3 eingesetzt Der den Elektramagnetkörpar 2 enthaltende Innenraum des Ventilgehäuses 1 ist an seinem anschluB-seitigen Ende mit einem Einsatzteil 4 verschlossen, dessen äußeres Ende zu einem konzentrisch zum zylindrischen Ventilgehäuse verlaufenden Schlauchanschlußstutzen 4a mit gerippter Außenseite ausgebildet Ist. Die den Kraftstoffe.inlaB bildende Durchgangsbohrung 5 des Einsatzteiles 4 ist mit einem Innengewinde versehen, in welches ein hohlzylindrischer Anschlagteil 6 eingeschnaubt ist, der mit seinem Inneren Ende den Ruheanschlag für einen in den Elektromagnetkörper 2 eintauchenden Anker 7 bildet. Der Anker 7 ist fest mit einem Ankerbolzen 8 verbunden, der einerseits in einer Durrchgangsbohrung 6a des Anschlagteiles 6 und andererseits in einem Magnetkern 9 geführt ist. Der in Ruhestellung dargestellte Ankerbolzen 8 des Ankers 7 ragt in den Innenraum des einspritzseitigen Endabsehnittes la des Ventilgehäuses 1 hinein und steht über das einspritzseitige Ende des Magnetkerns 9 vor. Der einspritzseitige Endabschnitt la des Ventilgehäuses 1 ist mit einem Innengewinde versehen, In welches ein Ventilkörper 10 mit einem entsprechenden Außengewinde 11 eingeschraubt ist. Der Vsntilkörper 10 ist ebenfalls als Hohlkörper ausgebildet und weist einen Düsenkörper 12 auf, in dem eine Ventilnadel 13 geführt ist. Am vorderen Ende des Düsenkörpern 12 ist ein Ventilsitz 14-ausgebil-.det, der mit dem kegelförmigen Ende 13a der Ventilnadel 13 zusammenwirkt. Am anderen Ende der Ventilnadel 13 ist ein Federteller 15 für das eine Ende einer Ventilfeder 16 angeordnet, deren anderes Ende sich an einer Schulter des Düsenkörpers 12 abstützt. Der Federteller 15 stützt sich an einem geschlitzten Widerlager 17 ab, das an einer BG:hmlter den Endabschnitts 13b der Ventilnadel

4 #anliegt. In der dargestellten Ruhelage ist das innere Ende der

adel in einem bestimmten Abstand A'von dem vorderen Ende 8a

des Ankerbolzens 8 entfernt. bieser Abstand A läßt sich durch die Stärke des Einschraubens des Ventilkörpers 10 mit seinem Außen. gew;tnde 11 in die vordere Öffnung des--Endabschnitts la des Ventil. gehäuses 1 einstellen. Der Endabschnitt lacbs Ventilgehäuses 1 weist mehrere bis in den Innengewindebereich durchgeführte Querbohrengen 18 auf, .,reiche nach dem Einstellen des die Größe des Vorhubs des Ankers 7 und seines Ankerbolzens $ bestimmenden Abstandes A mit einem Klebemittel ausgefüllt werden, um dadurch den Ventilkörper 10 im Gehäuseendabschnitt la gegen eine unerwünschte Verstellung zu sichern. Der Gesamthub des Ankers 7 des elektromagnetisch betätigten Kraftstoffeinspritzventils ist durch den Abstand B zwischen dem Anker 7 und dem Magnetkern g bestimmt, der größer ist als der Abstand A, und der sich durch eine entsprechende Einstellung des Anschlags teiles 6 im Einsatzteil 4 genau bestimmen läßt. Im Anschlußstutzan 4a sind ebenfalls biss in die Durchgangsbohrung 5 durchgeführte Querbohrungen 19 vorgesehen, _die nach dem Einstellen des Anschlagteiles 6 ebenfalls mit einem Klebemittel gefüllt werden,, wodurch der Anschlagteil 6 in seiner eingestellten Lage gesichert wird. Die Rückstellung des Ankers 7 in seine Ruhelage erfolgt mittf:ls einer Ankerrückstellfeder 20, die zwischen einem auf dem Anker-

bolzen angaor@lniten Widerlagerring 21 und einer Schulter 10a im

Innern des nmmkörpers 30 eingespannt ist"

Der Kraftstoff wird über die Durohgangsbohrung 5 in den hohlzylindri.-sehen Teil des Anschlagteiles 6 eingeführt und gelangt von dort über Querbohrungen 6b und Längsnuten 6c in den Bereich des Ankers @7, der ebenfalls Krattstoffkandle bildende Längsnuten 7a aufweist. Aus den Längsnuten 7a gelangt der Kraftstoff in Längsnuten 22 des Magnetkerns 9 und weiter in den Innenraum 10b des Ventilkörpers 10. Aus dem Innenraum 10b des Ventilkörpers 10 gelangt der Kraftstoff durch

Que,e#rfen 23 iny Düsenkörper 12 in einen Ringraum 24 zwischen

der mnadel 13 und dem Düsenkörper 12. Dieser Ringraum endet am

Ventilsitz 14. Die Zumessung des Kraftstoffs, der zur Düse fließen kann und dort, beim Öffnen der Düse abgespritzt wird, läßt sich gemäß Fig, 2 durch einen Drosselspalt 25 im Ringraum 24 bewirken, der durch

eine Verdickung 13c der ns«nadel 13 kurz vor dem kegelförmigen

finde 13a der ntinadel gebildet ist. Dabei wird der Ringraum 24

nach außen von der Wand einer durchgehend einen gleichen Durchmesser aufweisenden zentralen Längsbohrung 26 des Düsenkörger^ 12 begrenzt. Die Kraftstoffk.ufuhr in den Ringraum 24 erfolgt über die Querbohrungen 23 im Düsenkörper 12.

Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel nach Figa 3 erfolgt die Zumessung der Kraftstoffmenge für die -Düse mittels kalibri.crter Zulaufbohrungen 27, die anstelle der Querbohrungen 23 des Ausführungsbeispiels nach Figo 2 in den Ringkanal 24 des Düsenkörpers 12 münden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Ringkanal 21E nach außen von der Wand einer konzentrischen Durchgangsbohrung .'_ü mit durchgehend gleichem Durchmesser im Düsenkörper gebildet. Dabei können die kalibrierten Zulaufbohrungen 27 tangential in die ro?i-rang 26 mUnden" so daß dem eingeleiteten Kraftstoff eine Drallbewegung erteilt wird, die eine gleichmäßige Strahlbildiing dee abgespritzten Kraftstoffs bei geöffneter Düse bewirbt.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäß ausgebildeten Kraft ntoffein-

spritzventil.s ist folgendes

Bei einer Erregung des im Ventilgehäuse 1 angeordneten Elektro-

magneten 2, 3 wird der getrennt von der Ventilnadel. 13 ausgebildete

und getrennt gelagerte Anker 7 mit seinem Ankerbolzen 8 unter Auf-

hebung des Luftspaltes B in Richtung auf das einspritzseitige Ende

des Ventilgehäuses 1 bewegt. Dabei werden. der Anker 7 und der

Ankerbolzen 8 üungchst allein gegen die Kraft der Ankerrück-,t;ell-

feder 20 beschleunigt, und der Ankerbolzen 8 trifft mit; seinem ein-

spritzseitigen Ende Sa nach Übert-sindung des Abstandes A auf das

innere Ende 13b der Ventilnadel. 13 auf und verschiebt die Vertil-

nadel 13 schlagartig unter Abhebung ihres kegelförmigen Endes I3a

vom Ventilsitz 14 das Düsenkörpers 12, Die VersteIlbewegung des

Ankers 7 und damit der Ventilnadel 1-- wird durch den Magnetkern 0

begrenzt und auf die Luftspaltbreite B beschränkt. Nach dem Abschalten der Erregung des Elektromagneten' 2, 3 werden AnlIcr ? mit Ankerbolzen 8 tixid Ventilnadel 13 durch Einwirkung der Ventilfeder 16 und der Ankerrüekstellfeder 20 in ihre aus Fig. 1 ersichtliche Ruhestellung zurückbewegt, in welcher die Düse gesnhlosser. ist und der Ankerbolzen 8 im Abstand A von der Ventilnadel 13 angeordnet ist.

Die Wirkung der getrennten Ausbildung von Anker und Ventilnadel

geht aus einem Vergleich der Figuren 4 und 5 hervor. Die Dauer der

VPntilöffrAng ist jereils durch den schraffierten Bereich der Kenn-

linien gekennzeichnet: Fig. 4 zeigt den Hubverlauf von Ventilnadel

und Anker bei der eingangs beschriebenen, bekannten Ventilanordnung,

bei welcher Anker und Düsennadel fest miteinander verbunden sind.

Demgemäß entspricht die Anzugszeit tA des Ankers genau der Öffnungs-

zeit tv des Ventils, und der Ventilhub hV ist gleich. dem Ankerhub

hA . Anders verhält n s sich dagegen gem p F ig . 5 beim erf Indungsge-

mKß ausgebildeten tr(-!ntil. Dort ist die Anzugszeit tA des Ankers

größer als die Öfx@,iung,zeit tV des Ventils, da zunächst der Anker

einen Vorhub hL über den Zeitabschnitt tL ausführt und erst im

Zeitpunkt `1v das Ventil. im Öffnungssinne beeinflußt. Nach dem Ab-

schalten der Erregung des Elektromagneten wird unter dem EinfluH

der RUckstellfeder zLr,4chst im Zeitpunkt TVE nach Ablauf der Öff-

nungszeit tv das Ventil. geschlossen, während der Anker erst zum

Zeitpunkt TAE nach

weiteren Rücklauf Uber die Vorhubstrecke

hL nach Ablauf der ikrgeren Ankeranzugszeit tA wieder seine Ruhe-

lage einnimmt. Wie aus dem Diagramm der Fig. 5 außerdem hervorgeht,

ist der Ankerhub hA Im den Varhub hL größer als der Ventilhub bv.

Bei sonst gleichen Verhältnissen hinsichtlich der Einspritzmenge, des Zulaufdrucks, de.- Drosselquerschnitts und der Drehzahl der Maschine wird bei eInem erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoff-:

einspritzventil di.n Schaltzeit . tA größer,-

Claims

Ansprüche 1. Elektromagnetisch betätigtes Kraftstoffeinapritzventil für B:tmnnkraftmasehinen, dadurch gekennzeichnet, daB der Anker (7) des Elektromagneten (2, 3) und die Ventilnadel (13) als gesonderte Teile ausgebildet und getrennt gelagert sind, dergestalt, daß der Anker (7) beim Betätigen des Elektromagneten (2, 3) vor der Beeinflussung der Ventilnadel (13) eine Vörhubstrecke (A) durchläuft. 2" Kraftstoffeinapritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (13) 3.n einem Düsenkörper (12) geführt und dieser in einem Ventilkörper (1Q) gelagert ist, der in Arbeitsrichtung der Ventilnadel und koaxial zur Arbeitsrichtung des Ankers (7) einstellbar und vorzugsweise lösbar im Ventilgehäuse (1) angeordnet ist. 3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2 mit einer durch eine Auswärtsbewegung der Ventilnadel öffnenden Düse, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ende (13b) der Ventilnadel (13) und das zugekehrte Ende (8a) des koaxial gelagerten Ankers (7, 8) in Ruhestellung des Ventils in einem die Vorhubstrepke des Ankers (7) (A) voneinander angeordnet sind. Kraftstoffeinapritzventil zach einem der Ansprüche 1 bis 3, da", durch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (10) mit einem Außengewinde (11) In eine mit %epgexinde versehene Öffnung im einspritzseitigen Endabechnitt (la) des Ventilgehäuses (1) zur Einstellung der Vorhubstrecke (A) des Ankers (7, 8) verstellbar eingeschraubt ist, und daB der Ventilgehäuseabschnitt (la) in den Gewindebereich führende Öffnungen (18) zum Einbringen von Befestigungsstoffen oder -organen zwecks Sicherung des Ventilkörpers (10) in seiner eingestellten Lage Im Ventilgehäuse (1) aufweist. 5. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da. durch gekennzeichnet, saß im Ventilgehäuse (1) ein versteUbarer Anschlagteil (6) zur Begrenzung des Ankerhubs (B) angeordnet. ist. 6. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 *ois 5 mit einer durch eine Auswärtsbewegung der Düsennadel öffnenden Dilse, dadurch gekennzeichnet, saß der Düsenkörper (12) eine Führungsbohrung (26) mit einem Uber ihre ganze Länge gleichbleibenden Durchmesser aufweist, die 3.n. an sich bekannter Weise In ihrem Endbereich als Kraftstoffzuleitung zür Düse (13a, 14) dient, und saß die Durehflußmenge an Kraftstoff durch einen Ezngspalt (25). zwischen der Wend der Führungsbohrung ,(26) und einem verstärkten Abschnitt (13a) der Ventilnadel (13) bestimmt Ist (Fig. 2).

7. Kraftstotfeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeieh- net, saß die Krattstoffdurohlaufmenge durch mindestens eine

kalibrierte und in der FUhxungebohrung (26) endende Zulauf- bohrwng (27) in Düsenkörper (12) beatirmt wird, die vorzuge- weiee tangential in die Mrungabohrura (26) mundet (Fig. 3).