DE19602288A1 - Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil - Google Patents
Solenoid-KraftstoffeinspritzventilInfo
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Description
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil und insbesondere
auf ein Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil zum Verhindern einer Sekundäreinspritzung
von Kraftstoff bei einem direkten Kraftstoffeinspritzsystem oder dergleichen.
Unter den Solenoid-Kraftstoffeinspritzventilen nach dem Stand der Technik wird das so
genannte Niederdruck-Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil zum Beispiel auf dem Einlaß-
Verteiler einer Brennkraftmaschine befestigt und dazu verwendet, Benzin oder einen an
deren solchen Kraftstoff in den Einlaß-Verteiler einzuspritzen. Eine Beschreibung eines
solchen Solenoid-Kraftstoffeinspritzventils kann zum Beispiel in der japanischen Patent
veröffentlichung Hei 1-104960 vorgefunden werden. Eine allgemeine Erläuterung dieses
Solenoid-Kraftstoffeinspritzventils wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 gegeben.
Fig. 7 zeigt eine vertikale Schnittansicht eines Solenoid-Kraftstoffeinspritzventils 1 nach
dem Stand der Technik, das einen Verbinder 2, ein Ventilgehäuse 3, eine Düsenabdec
kung 4, ein Kraftstoffzufuhrrohr 5, das aus einem magnetischen Material hergestellt ist,
einen Federsitz 6, einen Ventilsitz 7 und eine Solenoid-Wicklung 8, die durch ein Steu
ersignal, das über den Verbinder 2 empfangen wird, erregt/entregt wird.
Ein zylinderförmiger Anker 9 und ein Nadelventil 10, das integral mit dem Anker 9 be
wegbar ist, sind so vorgesehen, um zu dem Kraftstoffzufuhrrohr 5 von unten, und zwar
aus Sicht der Zeichnung, hin zu weisen.
Eine Düse 11 ist in der Spitze des Ventilsitzes 7 gebildet und das Nadelventil 10 wird
konstant zu einer Düse 11 durch eine Ventilfeder 12 vorgespannt, so daß es auf einem
Sitzbereich 7A des Ventilsitzes 7 aufgesetzt wird.
Benzin oder ein anderer solcher Kraftstoff wird über eine Kraftstoffzufuhranschlußöff
nung 13 an der Oberseite (aus Sicht der Zeichnung) des Kraftstoffzufuhrrohrs 5 zu ei
nem ersten Kraftstoffkanal 14, von dem ersten Kraftstoffkanal 14 zu einem zweiten
Kraftstoffkanal 15 innerhalb des Ankers 9 und dann zu einem dritten Kraftstoffkanal 16
zwischen dem Ventilsitz 7 und dem Nadelventil 10 zugeführt.
Wenn das Solenoid-Betätigungsglied bzw. der -Aktuator 8 erregt wird, werden der Anker
9 und das Nadelventil 10 um einen Betrag einer Anhebung L (die Anhebung des Nadel
ventils 10; definiert durch den Abstand zwischen einem abgestuften Bereich des Nadel
ventils 10 und einem Ventilanschlag 17) angehoben und Kraftstoff wird von der Düse 11
in einen Motoreinlaßverteiler 18 eingespritzt.
Wenn die Solenoidwicklung 8 entregt wird, werden der Anker 9 und das Nadelventil 10
zu deren Ursprungsposition durch die Kraft der Ventilfeder 12 zurückgestellt, um da
durch die Düse 11 zu schließen.
Das Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil 1 dieser Konfiguration wird als ein Solenoid-Kraft
stoffeinspritzventil vom Kolben-Typ bezeichnet. Wenn das Solenoid-Kraftstoffeinspritz
ventil 1 vom Kolben- (Plunger-) Typ dazu verwendet wird, Kraftstoff nicht in den Einlaß-
Verteiler 18 einzuspritzen, sondern direkt in einen Motorzylinder, d. h. wenn es als ein
Hochdruck-Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil für eine sogenannte direkte Kraftstoffein
spritzung verwendet wird, wird der Kraftstoffdruck zum Zuführen von mehr fein zerstäub
tem Kraftstoff direkt in den Zylinder zur Verbrennung erhöht.
Aufgrund des erhöhten Kraftstoffdrucks, der mit dem Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil
vom Direkteinspritzungs-Typ erhalten wird, ist es möglich, ein saubereres Abgas und ei
ne verbesserte Kraftstoffökonomie zu erzielen. Die Unterschiede zwischen diesem Typ
eines Solenoid-Kraftstoffeinspritzventils und dem vorstehend erwähnten Solenoid-Kraft
stoffeinspritzventil 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Einlaß-Verteiler 18 sind in der
Tabelle 1 der Fig. 8 zusammengefaßt.
In der Tabelle 1 der Fig. 8 ist der "Staudruck" bzw. "Auspuffdruck" der Druck, den ein
Sitzdurchmesserbereich 10A (Sitzdurchmesser S) des Nadelventils 10 von der Außen
seite des Solenoid-Kraftstoffeinspritzventils (das Innere des Einlaß-Verteilers 18 oder
der Zylinderverbrennungskammer) aufnimmt, und stellt die Kraft dar, mit der Luft
und/oder verbranntes Gas versucht, in das Innere des Solenoid-Kraftstoffeinspritzventils
einzudringen. Ein Staudruck von Null bedeutet Atmosphärendruck.
Ein Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil vom Direkteinspritzungs-Typ, das in der Umgebung
arbeitet, die in Tabelle 1 der Fig. 8 angegeben ist, erfordert Eigenschaften, die das So
lenoid-Kraftstoffeinspritzventil 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Einlaß-Verteiler 18
nicht besitzt.
Dies wird genauer erläutert werden. Die äußeren Kräfte, die auf das Nadelventil 10 ein
wirken, sind die Last (Fsp), die durch die Ventilfeder 12 für eine dynamische Einstellung
der Menge einer Kraftstoffeinspritzung beaufschlagt wird, und der Kraftstoffdruck (Fp).
Für Fsp ist dabei eine Last erforderlich, die ausreichend ist, um eine Öffnung des ge
schlossenen Nadelventils 10 durch den Staudruck zu verhindern.
Fp ist vorhanden, wenn das Nadelventil 10 geschlossen ist, und ist gleich zu (Sitzfläche
des Nadelventils 10) × (Kraftstoffdruck pro Flächeneinheit).
Tabelle 2 der Fig. 9 stellt den Druck dar, der auf das Nadelventil 10 einwirkt, wenn Kraft
stoff in den Einlaß-Verteiler 18 eingespritzt wird und wenn Kraftstoff in einen Zylinder
eingespritzt wird. Die Daten, die dargestellt sind, basieren auf einem Sitzdurchmesser
von 2,5 mm und einem Kraftstoffdruck von 100 kg/cm².
Wie in Tabelle 2 der Fig. 9 dargestellt ist, beträgt die minimale Kraft der Solenoid-Wick
lung 8, die zum Anziehen des Ankers 9 erforderlich ist, wenn Kraftstoff in den Einlaß-
Verteiler 18 eingespritzt wird, (0,46 kgf + Kraft zum Antreiben des Nadelventils 10), wo
bei sie (9,8 kgf + Kraft zum Antreiben des Nadelventils 10) in dem Fall eines Kraftstoff-
Direkteinspritzungssystems erreicht.
Die maximale Kraft der Solenoid-Wicklung 8 eines Solenoid-Kraftstoffeinspritzventils
zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Einlaß-Verteiler 18 beträgt etwa 2 kgf.
Es ist deshalb unmöglich, ein Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil 1 zu verwenden, das
zum Einspritzen in einem Einlaß-Verteiler 18 in einem Kraftstoff-Direkteinspritzungs
system vorgesehen ist, ohne daß es strukturell zur Verwendung in einer Hochdruckbe
triebsumgebung modifiziert wird. Die strukturellen Modifikationen, die erforderlich sind,
umfassen: (1) eine Erhöhung einer anziehenden Kraft für die Solenoid-Wicklung 8, (2)
eine Reduktion des Sitzdurchmessers zum Erniedrigen des Effekts des Kraftstoffdrucks
und des -staudrucks, und (3) eine Erhöhung der Steifigkeit.
Die US-PS 5,244,180 lehrt ein Ventil, das gegenüber dem Solenoid-Kraftstoffeinspritz
ventil 1 vom Kolben-Typ, das in Fig. 7 dargestellt ist, unterschiedlich ist, nämlich das
Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil 20 vom Flächen- bzw. Flansch-Typ, das in Fig. 10 dar
gestellt ist. In der nachfolgenden Erläuterung des Solenoid-Kraftstoffeinspritzventils 20
werden Komponenten, die denjenigen in Fig. 7 entsprechen, mit denselben Bezugssym
bolen wie diejenigen in Fig. 7 bezeichnet und werden nicht erneut erläutert werden.
Fig. 10 zeigt eine vertikale Schnittansicht des Solenoid-Kraftstoffeinspritzventils 20. Im
Gegensatz zu dem Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil 1, das einen Anker 9 vom Kolben-
Typ besitzt, verwendet das Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil 20 einen flachen Anker 21
oder einen Anker vom sogenannten Flächen- bzw. Flansch-Typ.
Der Anker 21 ist in einer Ankerkammer 22 aufgenommen, die mit der Kraftstoffzufuhran
schlußöffnung 13 in Verbindung steht.
Da für dieselbe Raumgröße dieser Konfiguration das Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil
20 eine Vergrößerung des Anziehbereichs des Ankers 21 gegenüber derjenigen ermög
licht, die in dem Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil 1 erzielbar ist, ist es geeignet, eine
größere Anziehkraft zu erzeugen.
Ähnlich dem Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil 1 verwenden die meisten Solenoid-Kraft
stoffeinspritzventile, die nicht eine solche starke anziehende Kraft erfordern, Anker vom
Kolben-Typ ähnlich dem Anker 9.
Ein Kraftstoff-Direkteinspritzungssystem wird bei Maschinen derselben Größe wie frühe
re Systeme angewandt und da das Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil 20 deshalb sehr na
he zu dem Zylinder angeordnet werden muß, mußte es an einer Stelle installiert werden,
wo es nicht mit dem Auslaß-Ventil und der Zündkerze in Wechselwirkung tritt. Deshalb
ist die Praxis diejenige, dem Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil 20 einen dünneren Durch
messer als derjenige des Solenoid-Kraftstoffeinspritzventils 1 insgesamt zu geben und
die betriebsmäßige Festigkeit des Nadelventils 10 und sein Ansprechen zu erhöhen, um
Impulse zu steuern, die es ansteuern, und zwar durch Ausstatten des Ankers 21 mit viel
fachen, in axialer Richtung verlaufenden Öffnungen 23, die dessen Gewicht reduzieren,
während gleichzeitig ausreichender Flächenbereich für den Durchgang des erforderli
chen, magnetischen Flusses sichergestellt wird.
Allerdings führt die Aufnahme dieses Ankers 21 vom Flansch-Typ zu dem nachfolgen
den Problem.
Der Betrieb des Nadelventils 10 produziert Kraftstoffdruckfluktuationen in dem Solenoid-
Kraftstoffeinspritzventil 20, insbesondere in der Ankerkammer 22, und diese Kraftstoff
druckfluktuationen wiederum induzieren ein Springen des Nadelventils 10, nachdem es
sich in seine Sitzfläche gesetzt hat. Als Folge tritt eine große Menge einer sekundären
Einspritzung auf.
Dies wird besser aus der graphischen Darstellung der Fig. 11 verstanden werden, die
die Drücke darstellt, die durch die oberseitige und die bodenseitige, Druck aufnehmen
de Oberfläche des Ankers 21 aufgenommen werden. Gerade nach einem Anlegen an
den Sitz des Nadelventil 11 ist der Druck auf dem Boden des Ankers 21 größer als der
jenige auf der Oberseite davon. Da der Unterschied zwischen den zwei Drücken als ei
ne Kraft wirkt, die dazu tendiert, das Nadelventil 10 in die Öffnungsrichtung anzuheben,
trägt sie zu einem Springen des Nadelventils 10 bei und erhöht die Menge einer sekun
dären Einspritzung.
Da die Menge eines Kraftstoffs, der eingespritzt wird, während der sekundären Einsprit
zung nicht gesteuert werden kann, und der Kraftstoff in groben Tröpfchen eingespritzt
wird, erhöht die vergrößerte Menge der sekundären Einspritzung Kohlenwasserstoff-
und Rauch- bzw. Abgas-Emissionen.
Weiterhin wird, wie anhand der graphischen Darstellung der Fig. 12 gesehen werden
kann, die die Zeitverlaufänderung in dem Schalldruck während der Einspritzung
darstellt, ein Geräusch während der Öffnung des Nadelventils 10 erzeugt und wird auch
als eine Mischung unterschiedlicher Frequenzen während einer Ventilschließung er
zeugt. Anders ausgedrückt entsteht ein Geräuschproblem während des Motorbetriebs.
Diese Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehenden Probleme gemacht. Eine ihrer
Aufgaben ist es, ein Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil zu schaffen, das einen Anker vom
Flansch- bzw. Flächen-Typ verwendet, wobei ein Springen des Nadelventils verhindert
wird, um eine sekundäre Einspritzung zu unterdrücken.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil zu
schaffen, dessen Kraftstoffkanal für ein Unterdrücken eines Springens des Nadelventils
aufgebaut ist, wenn es an seinen Sitz angelegt ist.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil zu
schaffen, das ein Geräusch reduziert, das durch das Nadelventil, insbesondere während
einer Ventilöffnung, erzeugt wird.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil zu
schaffen, das einen stabilen Betrieb während einer Nadelventilschließung ermöglicht,
insbesondere in einer Einspritzeinrichtung, die in einem Kraftstoff-Direkteinspritzungs
system verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung löst die vorstehenden Aufgaben durch Verbesserung der
Stelle, an der der Kraftstoffkanal in dem Ankerbereich gebildet ist. Insbesondere schafft
die Erfindung ein Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil, das aufweist: ein Ventilgehäuse, ei
ne Solenoid-Wicklung, die in dem Gehäuse vorgesehen ist, einen Anker, der auf eine
Erregung der Solenoid-Wicklung anspricht, einen Ventilsitz, der mit einer Düse ausge
bildet ist, die mit einer Kraftstoffzufuhranschlußöffnung über einen Kraftstoffkanal in Ver
bindung bringbar ist, und ein Nadelventil, das ermöglicht, daß Kraftstoff von der Düse in
einen Zylinder eines Motors eingespritzt wird, wenn es zusammen mit dem Anker in Ab
hängigkeit einer Erregung der Solenoid-Wicklung angehoben wird, damit ein Sitzbereich
des Ventilsitzes abgehoben wird, aufweist, wobei der Anker aus einem Kopplungsab
schnitt, der mit dem Nadelventil gekoppelt ist, und einem flachen Abschnitt integral mit
dem Kopplungsabschnitt gebildet ist, wobei der flache Abschnitt eine Ankerkammer, die
den Anker aufnimmt, in eine obere Ankerkammer und eine untere Ankerkammer unter
teilt und wobei ein Bereich des Kraftstoffkanals, der mit der oberen Ankerkammer in Ver
bindung steht, und die untere Ankerkammer an einer Stelle vorgesehen sind, die nicht
der flache Abschnitt des Ankers ist.
Die Ankerkammer kann als ein Kraftstoff-Reservoir an einem Zwischenbereich des
Kraftstoffkanals zwischen der Kraftstoffzufuhröffnung und der Düse verwendet werden.
Das Innere des Kopplungsabschnitts kann mit einem axialen Kraftstoffkanal gebildet
sein, der mit der Kraftstoffzufuhröffnung und der Düse in Verbindung steht, und wobei
der axiale Kraftstoffkanal so angeordnet werden kann, um in die Ankerkammer hinein zu
weisen.
Der Bereich des Kraftstoffkanals, der mit der oberen Ankerkammer und der unteren An
kerkammer in Verbindung steht, kann nach außen zu dem flachen Abschnitt vorgesehen
sein.
Das Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil gemäß dieser Erfindung verwendet einen Anker,
der, und zwar unterschiedlich zu herkömmlichen Ankern, keine Durchgangsöffnungen
besitzt, die seine Oberseiten- und Boden-Oberflächen, die zwischen seiner äußeren
Umfangsfläche und einem inneren, axialen Bereich angeordnet sind, verbindet, sondern
mit einem Kraftstoffkanal an einer Stelle nach außen zu seiner äußeren Umfangsober
fläche und/oder an seinem inneren axialen Bereich ausgebildet ist. Als Folge wirken die
Drücke, die durch den Anker von dem umgebenden Kraftstoff während einer Ventilöff
nung und -schließung aufgenommen werden, auf den flachen Abschnitt des Ankers und
steuern dessen Arbeitsgeschwindigkeit. Genauer gesagt wird ein schnelles Ansteigen
eines Kraftstoffdrucks in dem Raum oberhalb der oberen Oberfläche des Ankers (obere
Ankerkammer) unterdrückt, insbesondere während einer Ventilöffnung, so daß wenig
Geräusch aufgrund der Kollision zwischen dem Anker und dem Ventilgehäuse produ
ziert wird.
Zusätzlich wird die Kollisionsgeschwindigkeit zwischen dem Nadelventil und dem Ventil
sitz durch den Kraftstoffdruck in der unteren Ankerkammer, insbesondere während einer
Ventilschließung, reduziert, so daß ein Springen oder Schwanken bzw. Tanzen des Na
delventils verhindert und eine sekundäre Einspritzung unterdrückt wird.
Der Kraftstoffeinspritzvorgang kann deshalb in dem Bereich steuerbarer Faktoren gehal
ten werden, was eine Optimierung des Durchmessers der Kraftstofftröpfchen und eine
Unterdrückung einer Erzeugung von Kohlenwasserstoff und Rauch bzw. Abgas
ermöglicht.
Anders ausgedrückt reduziert die Vorsehung des Kraftstoffkanals an einem Bereich, der
anders ist als die den Druck aufnehmenden Oberflächen des Ankers, wo er herkömmlich
vorgesehen worden ist, stark eine plötzliche Ankerbewegung (ein Ansteigen und Abfal
len) aufgrund einer Druckfluktuation in der Ankerkammer bei einem Ankerbetrieb, und
ermöglicht, als Folge, eine Stabilisierung des Nadelventilbetriebs.
Durch geeignete Auswahl der Querschnittsfläche des Kraftstoffkanals ist es weiterhin
möglich, erwünschte Niveaus eines hohen Ankeransprechverhaltens, einer Betriebssta
bilität und einer Gewichtsreduktion zu erreichen.
Fig. 1 zeigt eine vertikale Schnittansicht eines Solenoid-Kraftstoffeinspritzventils 30, das
eine Ausführungsform dieser Erfindung darstellt.
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts, der einen peripheren Kraftstoffka
nal 41 in dem Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil 30 definiert, und eine graphische Dar
stellung, die zeigt, wie die Schwankungs- bzw. Springgröße eines Nadelventils 10 mit
dem Seitenspielraum C des peripheren Kraftstoffkanals 41 variiert.
Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung, die darstellt, wie die Drücke, die auf die den
Druck aufnehmenden Oberseiten- und Bodenoberflächen eines Ankers 21 des
Solenoid-Kraftstoffeinspritzventils 30 einwirken, über die Zeit, einem Anlegen in den Sitz
des Nadelventils 10 folgend, variieren.
Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung, die zeigt, wie die Anhebung L des Nadelventils
10 über die Zeit variiert, nachdem ein Impuls zur Erregung einer Solenoid-Wicklung 8
auf EIN geschaltet ist.
Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung, die zeigt, wie ein Durchschnittsgeräuschpegel
mit der Schallfrequenz während einer Ventilöffnung von Solenoid-Kraftstoffeinspritz
ventilen nach dem Stand der Technik und der Erfindung variiert.
Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung, die zeigt, wie ein Schalldruck über die Zeit
während einer Einspritzung in dem Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil 30 variiert.
Fig. 7 zeigt eine vertikale Schnittansicht eines Niederdruck-Solenoid-Kraftstoffeinspritz
ventils 1 nach dem Stand der Technik des Kolben-Typs.
Fig. 8 stellt eine Tabelle 1 dar, die Besonderheiten von Solenoid-Kraftstoffeinspritz
ventilen zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Einlaß-Verteiler 18 und zum Einspritzen
von Kraftstoff in einen Zylinder nach dem Stand der Technik darstellt.
Fig. 9 stellt eine Tabelle 2 dar, die die Drücke anzeigt, die auf ein Nadelventil 10 in dem
Fall eines Einspritzens von Kraftstoff in einen Einlaß-Verteiler 18 und dem Fall eines
Einspritzens von Kraftstoff in einen Zylinder wirken.
Fig. 10 zeigt eine vertikale Schnittansicht eines Solenoid-Kraftstoffeinspritzventils 20
vom Flansch-Typ nach dem Stand der Technik.
Fig. 11 zeigt eine graphische Darstellung, die zeigt, wie die Drücke, die auf die obersei
tigen und die bodenseitigen Druckaufnahmeoberflächen eines Ankers 21 des Solenoid-
Kraftstoffeinspritzventils 20 einwirken, über die Zeit, gefolgt einem Anlegen eines Nadel
ventils 10 an den Sitz, variieren.
Fig. 12 zeigt eine graphische Darstellung, die zeigt, wie ein Schalldruck mit der Zeit
während einer Ventilöffnung in dem Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil 20 variiert.
Ein Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil 30, das eine Ausführungsform dieser Erfindung
darstellt, wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6 beschrieben werden, wobei
Bereiche ähnlich zu denjenigen der Fig. 7 bis 12 mit denselben Bezugssymbolen wie
diejenigen in den Fig. 7 bis 12 bezeichnet sind und nicht erneut erläutert werden.
Fig. 1 zeigt eine vertikale Schnittansicht des Solenoid-Kraftstoffeinspritzventils 30, das
einen Düsenhalter 31 anstelle der Düsenabdeckung 4, die früher erwähnt ist, aufweist,
und wobei der Ventilsitz 7 an dem Düsenhalter 31 fixiert ist.
Zusätzlich ist der Anker 9 der Konfiguration, die vorstehend erläutert ist, durch einen fla
chen Anker 32 ersetzt. Das Nadelventil 10 bewegt sich integral mit dem Anker 32.
Das Nadelventil 10 besitzt einen axialen Kraftstoffkanal 33 entsprechend dem zweiten
Kraftstoffkanal 15, der früher erwähnt ist, und eine Verbindungsöffnung 34, die den axia
len Kraftstoffkanal 33 mit dem dritten Kraftstoffkanal 16 in Verbindung setzt.
Die Anhebung L des Nadelventils 10 ist durch den Abstand zwischen dem Anker 32 und
dem Kraftstoffzufuhrrohr 5 definiert.
Eine Anti-Eindring- bzw. -Invasions-Abdeckung 35 ist vorgesehen, um ein Eindringen
von Kraftstoff in der Richtung der Solenoid-Wicklung 8 zu verhindern.
Der flache Anker 32 besitzt einen flachen Abschnitt 36 und an dem axialen Mittenbe
reich des flachen Abschnitts 36 einen Kopplungsabschnitt 37, der mittels Laser an dem
Nadelventil 10 angeschweißt ist.
Der Anker 32 ist in einer Ankerkammer 38 aufgenommen, die durch den Düsenhalter 31,
das Ventilgehäuse 3 und das Kraftstoffzufuhrrohr 5 definiert ist, und steht mit dem drit
ten Kraftstoffkanal 16 in Verbindung.
Der flache Abschnitt 36 des Ankers 32 unterteilt die Ankerkammer 38 in eine obere An
kerkammer 39 gegenüberliegend der Anti-Invasions-Abdeckung 35 und eine untere
Ankerkammer 40 angrenzend an den dritten Kraftstoffkanal 16. Die Ankerkammer 38
und der dritte Kraftstoffkanal 16 zusammen bilden ein Kraftstoffreservoir.
Die obere Ankerkammer 39 und die untere Ankerkammer 40 stehen miteinander über ei
nen peripheren Kraftstoffkanal 41 in Verbindung, der als ein kleiner Spalt (Seitenfrei
raum C) zwischen dem Düsenhalter 31 und der äußeren, peripheren Oberfläche des fla
chen Abschnitt 36 gebildet ist.
Aufgrund der vorstehend erwähnten Konfiguration weist die oberseitige Druckaufnahme
oberfläche 36A des flachen Abschnitts 36 zu der Anti-Invasions-Abdeckung 35 über die
obere Ankerkammer 39 hin, während die bodenseitige Druckaufnahmeoberfläche 36B
davon in die untere Ankerkammer 40 weist.
Da der Anker 32 (der flache Abschnitt 36) nicht mit den Öffnungen 23 ausgebildet ist,
die in dem Anker 21, der in Fig. 10 dargestellt ist, vorhanden sind, kann der gesamte fla
che Abschnitt 36 für die Druckaufnahmeoberflächen verwendet werden, während der
periphere Kraftstoffkanal 41, um zu ermöglichen, daß sich der flache Anker 32 vertikal
bewegt (für eine Ventilöffnung und -schließung), an der Peripherie des flachen Ab
schnitts 36 gebildet ist, und zwar an einer Stelle, die weder mit der oberseitigen Druck
aufnahmeoberfläche 36A noch mit der bodenseitigen Druckaufnahmeoberfläche 36B in
Bezug gesetzt ist.
In dem Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil 30 dieser Konfiguration steht die Kraftstoffzu
fuhröffnung 13 mit dem dritten Kraftstoffkanal 16 über den ersten Kraftstoffkanal 14, den
axialen Kraftstoffkanal 33, die Verbindungsöffnung 34 und die Ankerkammer 38 in
Verbindung.
Weiterhin steht der erste Kraftstoffkanal 14 mit dem Spalt, der die Anhebung L definiert
(die obere Ankerkammer 39), die durch den Anker 32 darunter und das Ventilgehäuse 3
und das Kraftstoffzufuhrrohr 5 darüber definiert ist, und weiter über den peripheren
Kraftstoffkanal 41 mit der Ankerkammer 38 und dem dritten Kraftstoffkanal 16 in
Verbindung.
Wenn die Solenoid-Wicklung 8 erregt wird, fließt deshalb Kraftstoff in der oberen Anker
kammer 39 in die untere Ankerkammer 40 über den peripheren Kraftstoffkanal 41 und
den axialen Kraftstoffkanal 33, um eine Anhebung des Ankers 32 zu ermöglichen.
Wenn die Solenoid-Wicklung 8 entregt wird, fließt Kraftstoff in der unteren Ankerkam
mer 40 durch den peripheren Kraftstoffkanal 41 und den axialen Kraftstoffkanal 33 in die
obere Ankerkammer 39 und zu der Seite des ersten Kraftstoffkanals 14 hin, um eine Er
niedrigung des Ankers 32 zu ermöglichen.
Die graphische Darstellung in Fig. 2 stellt dar, wie die Rückprallgröße bzw. Springgröße
des Nadelventils 10 mit dem Seitenfreiraum C des peripheren Kraftstoffkanals 41 vari
iert. Wie dieses Diagramm zeigt, kann die Springgröße des Nadelventils 10 unter einem
erwünschten oberen Grenzwert durch Auswahl des Seitenfreiraums C (der Querschnitts
flächenbereich des peripheren Kraftstoffkanals 41) innerhalb eines bestimmten Bereichs
von Werten beschränkt werden. Um eine Lageschwankung des Nadelventils 10 zu un
terdrücken, wird der Seitenfreiraum C vorzugsweise auf 0,1 mm-1,5 mm, noch bevor
zugter auf 0,2 mm-0,9 mm, eingestellt.
Das Beispiel, das in Fig. 2 dargestellt ist, basiert auf Ergebnissen, die für einen Anker
32 erhalten sind, der einen flachen Abschnitt 36 besitzt, der 16,6 mm im Durchmesser
mißt.
Wie durch die graphische Darstellung der Fig. 3 dargestellt ist, die ähnlich zu derjenigen
der Fig. 11 ist, sind die Drücke, die auf die oberseitige und bodenseitige Oberfläche des
flachen Abschnitts 36 nach einem Einlegen in den Sitz des Nadelventils 10 auf das So
lenoid-KraftstoffeinspritzventiI 30 einwirken, die auf die oberseitige Druckaufnahmeober
fläche 36A (der Druck in der oberen Ankerkammer 39) einwirken, größer als diejenigen,
die auf die bodenseitige Druckaufnahmeoberfläche 36B (der Druck in der unteren An
kerkammer 40) einwirken. Da die Differenz zwischen den zwei Drücken als eine Kraft
wirkt, die das Nadelventil 10 in der Ventilschließrichtung preßt, kann die Größe einer se
kundären Einspritzung reduziert werden.
Die graphische Darstellung in Fig. 4 stellt dar, wie die Anhebung L des Nadelventils 10
über die Zeit variiert, nachdem ein Impuls für eine Erregung der Solenoid-Wicklung 8
auf EIN geschaltet ist. Es wird festgestellt werden, daß das Solenoid-Kraftstoffeinspritz
ventil 20 (Fig. 10) nach dem Stand der Technik sowohl eine Lageschwankung zu dem
Zeitpunkt einer Ventilöffnung als auch eine sekundäre und tertiäre Einspritzung zu dem
Zeitpunkt einer Ventilschließung erfährt, wogegen das Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil
gemäß der Erfindung eine betriebsmäßige Instabilität unterdrückt und eine wesentliche
Unterdrückung der Lageschwankung während einer Ventilöffnung und -schließung
erreicht.
Die graphische Darstellung der Fig. 5 stellt dar, wie ein durchschnittlicher Geräuschpe
gel mit der Schallfrequenz während einer Ventilöffnung variiert. Es wird festgestellt wer
den, daß das Geräusch, das durch das Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil 30 produziert
wird (durchgezogene Linien), niedriger als dasjenige des Solenoid-Kraftstoffeinspritz
ventils 20, usw., ist (unterbrochene Linien), insbesondere in dem scharfen bzw. ausge
prägten oder blechern klingenden Geräuschbereich in der Nähe von 8 kHz.
Die graphische Darstellung der Fig. 6, die ähnlich zu derjenigen der Fig. 12 ist, stellt
dar, wie sich der Schalldruck über die Zeit während eines Einspritzens in dem Solenoid-
Kraftstoffeinspritzventil 30 variiert. Es wird festgestellt werden, daß das Geräusch wäh
rend einer Ventilöffnung unterdrückt wird und daß die Anzahl der gemischten Frequen
zen während einer Ventilschließung kleiner ist.
In dieser Erfindung wird die vertikale Bewegung des Nadelventils 10 durch den Fluß von
Kraftstoff zurück und nach vorne zwischen der oberen Ankerkammer 39 und der unteren
Ankerkammer 40 über den peripheren Kraftstoffkanal 41 sichergestellt. Die Erfindung
spezifiziert nicht besonders die Position des peripheren Kraftstoffkanals 41, und andere
Kraftstoffkanäle und deren Stellen können allerdings frei irgendwo von dem flachen Ab
schnitt 36 des flachen Ankers 32 weg ausgewählt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, da die Kraftstoffkanäle, z. B. ein peripherer
Kraftstoffkanal und/oder ein axialer Kraftstoffkanal, von dem flachen Abschnitt des An
kers weg gebildet sind, möglich, verschiedene Verbesserungen in der Funktion bzw.
Leistung des Solenoid-Kraftstoffeinspritzventils zu erreichen, wie beispielsweise solche,
daß das Auftreten eines Geräusch während einer Ventilöffnung und eine Lageschwan
kung bzw. ein Springen während einer Ventilschließung verhindert werden kann, eine
sekundäre Einspritzung reduziert werden kann, eine Abnutzung des Sitzbereiches her
abgesetzt werden kann, ein Betriebsgeräusch erniedrigt werden kann und eine Abnut
zung des Anschlagteils zum Zeitpunkt einer maximalen Nadelventilanhebung reduziert
werden kann.
Claims (14)
1. Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil, das aufweist:
ein Ventilgehäuse,
eine Solenoid-Wicklung, die in dem Gehäuse vorgesehen ist,
einen Anker, der auf eine Erregung der Solenoid-Wicklung anspricht,
einen Ventilsitz, der mit einer Düse ausgebildet ist, die mit einer Kraftstoffzufuhran schlußöffnung über einen Kraftstoffkanal in Verbindung bringbar ist, und
ein Nadelventil, das ermöglicht, daß Kraftstoff von der Düse in einen Zylinder eines Motors eingespritzt wird, wenn es zusammen mit dem Anker in Abhängigkeit einer Erregung der Solenoid-Wicklung angehoben wird, damit ein Sitzbereich des Ventil sitzes abgehoben wird,
wobei der Anker aus einem Kopplungsabschnitt, der mit dem Nadelventil gekoppelt ist, und einem flachen Abschnitt integral mit dem Kopplungsabschnitt gebildet ist,
wobei der flache Abschnitt eine Ankerkammer, die den Anker aufnimmt, in eine obere Ankerkammer und eine untere Ankerkammer unterteilt und
wobei ein Bereich des Kraftstoffkanals, der mit der oberen Ankerkammer in Verbin dung steht, und die untere Ankerkammer an einer Stelle vorgesehen sind, die nicht der flache Abschnitt des Ankers ist.
ein Ventilgehäuse,
eine Solenoid-Wicklung, die in dem Gehäuse vorgesehen ist,
einen Anker, der auf eine Erregung der Solenoid-Wicklung anspricht,
einen Ventilsitz, der mit einer Düse ausgebildet ist, die mit einer Kraftstoffzufuhran schlußöffnung über einen Kraftstoffkanal in Verbindung bringbar ist, und
ein Nadelventil, das ermöglicht, daß Kraftstoff von der Düse in einen Zylinder eines Motors eingespritzt wird, wenn es zusammen mit dem Anker in Abhängigkeit einer Erregung der Solenoid-Wicklung angehoben wird, damit ein Sitzbereich des Ventil sitzes abgehoben wird,
wobei der Anker aus einem Kopplungsabschnitt, der mit dem Nadelventil gekoppelt ist, und einem flachen Abschnitt integral mit dem Kopplungsabschnitt gebildet ist,
wobei der flache Abschnitt eine Ankerkammer, die den Anker aufnimmt, in eine obere Ankerkammer und eine untere Ankerkammer unterteilt und
wobei ein Bereich des Kraftstoffkanals, der mit der oberen Ankerkammer in Verbin dung steht, und die untere Ankerkammer an einer Stelle vorgesehen sind, die nicht der flache Abschnitt des Ankers ist.
2. Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Kraftstoff von der Kraftstoffzufuhröffnung zu einer Einströmseite der oberen Anker
kammer zugeführt wird.
3. Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der flache Abschnitt mit einer oberseitigen, Druck aufnehmenden Oberfläche auf
seiner Seite, die näher zu der Kraftstoffzufuhröffnung liegt, und mit einer bodensei
tigen, Druck aufnehmenden Oberfläche auf seiner Seite, die näher zu der Düse
liegt, ausgebildet ist, und daß die den oberseitigen Druck aufnehmende Oberflä
che zu der oberen Ankerkammer hin weist und die den bodenseitigen Druck auf
nehmende Oberfläche zu der unteren Ankerkammer hin weist.
4. Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ankerkammer als ein Kraftstoffreservoir an einem Zwischenbereich des Kraft
stoffkanals zwischen der Kraftstoffzufuhröffnung und der Düse verwendet wird.
5. Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei die Ankerkammer durch
das Ventilgehäuse, einen Düsenhalter, an dem der Ventilsitz fixiert ist, und ein
Kraftstoffzufuhrrohr, das die Kraftstoffzufuhröffnung bildet, definiert ist.
6. Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Bereich des Kraftstoffkanals, der mit der oberen Ankerkammer und der unteren
Ankerkammer in Verbindung steht, ein axialer Kraftstoffkanal ist, der in dem Kopp
lungsabschnitt des Ankers gebildet ist, um in die Ankerkammer hinein zu weisen.
7. Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein axialer Kraftstoffkanal, der die Kraftstoffzufuhröffnung mit der Düse in Verbin
dung setzt, in dem Inneren des Kopplungsabschnitts des Ankers gebildet ist, und
daß der axiale Kraftstoffkanal in die Ankerkammer hinein weist.
8. Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Bereich des Kraftstoffkanals, der die obere Ankerkammer und die untere An
kerkammer miteinander in Verbindung setzt, nach außen zu dem flachen Abschnitt
vorgesehen ist.
9. Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Bereich des Kraftstoffkanals, der die obere Ankerkammer und die untere
Ankerkammer miteinander in Verbindung setzt, von den den Druck aufnehmenden
Oberflächen des Ankers entfernt vorgesehen ist.
10. Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Bereich des Kraftstoffkanals, der die obere Ankerkammer und die untere An
kerkammer miteinander in Verbindung setzt, ein peripherer Kraftstoffkanal ist, der
als ein schmaler Spalt zwischen einem Düsenhalter, an dem der Ventilsitz fixiert
ist, und einer äußeren, peripheren Oberfläche des flachen Abschnitts gebildet ist.
11. Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der periphere Kraftstoffkanal an einem peripheren Abschnitt der den Druck aufneh
menden Oberfläche des flachen Abschnitts des Ankers gebildet ist, und zwar an
einer Stelle, die nicht mit den den Druck aufnehmenden Oberflächen in Bezug ge
setzt ist.
12. Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der flache Abschnitt des Ankers einen Durchmesser von 16,6 mm besitzt
und daß die Spaltgröße 0,1 mm-1,5 mm, vorzugsweise 0,2 mm-0,9 mm, beträgt.
13. Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Erregung der Solenoid-Wicklung bewirkt, daß Kraftstoff in der oberen Anker
kammer teilweise in die untere Ankerkammer fließt, um eine Anhebung des Nadel
ventils zu ermöglichen, und daß eine Entregung der Solenoid-Wicklung bewirkt,
daß Kraftstoff in der unteren Ankerkammer teilweise in die obere Ankerkammer
fließt, um Druck in der oberen Ankerkammer auf den flachen Abschnitt zu beauf
schlagen und Lageschwankungen des Nadelventils zu unterdrücken.
14. Solenoid-Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Druck in der oberen Ankerkammer größer als ein Druck in der unteren Anker
kammer ist, wenn das Nadelventil auf dem Sitzbereich des Ventilsitzes angelegt
ist.
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