DE19605277A1

DE19605277A1 - Magnetbetätigtes hydraulisches Steuerventil zur Verwendung im Kraftstoffeinspritzsystem eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE19605277A1
Application number: DE19605277A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Tsuzuki; Kazuhide Watanabe
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1995-02-15
Filing date: 1996-02-13
Publication date: 1996-08-22
Anticipated expiration: 2016-02-14
Also published as: DE19605277B4; US5803429A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein magnetbe tätigte hydraulische Steuerventile und insbesondere ein ma gnetbetätigtes hydraulisches Steuerventil, welches in einem Kraftstoffeinspritzsystem eines Verbrennungsmotors zur An wendung gelangen kann.

Fig. 10 zeigt ein bekanntes, magnetbetätigtes hydrauli sches Steuerventil 100 zur Verwendung im Kraftstoffein spritzsystem eines Verbrennungsmotors, wie es in der Japa nischen Patentveröffentlichung Nr. 5-332220 beschrieben ist.

Das Steuerventil 100 umfaßt im wesentlichen einen Hal ter 101 und eine Düse 102. Die Düse 102 ist mittels eines Halteteiles 103 an dem Halter 100 befestigt. Ein Nadelven til 105 ist gleitbeweglich innerhalb der Düse 102 angeord net und mittels einer Druckfeder 107, die sich an einem Fe derhalter 106 abstützt, sowie eines Hydraulikdruckes, der auf das obere Ende eines Steuerkolbens 108 drückt, so vor gespannt, daß eine Sprühöffnung 126 geschlossen ist. Der Steuerkolben 108 weist einen größeren Durchmesser als das Nadelventil 105 auf und ist in dem Halter 101 mit einem Freiraum oder Spiel von 2 bis 3 µm gleitbeweglich gelagert.

Ein äußeres Ventil 111 ist in einer Führungsbohrung 110 in dem Halter 101 mit einem Spiel von 2 bis 3 µm gelagert, um in der Zeichnung gesehen in Längsrichtung beweglich zu sein und ist durch eine Feder 112 in der Zeichnung nach rechts in konstanter Anlage mit einem äußeren Ventilsitz 113 vorgespannt. Das äußere Ventil 111 weist in seinem lin ken Abschnitt eine mittige Bohrung 115 auf, in der ein in neres Ventil 117 mit einem Spiel von 2 bis 3 µm eingesetzt ist. Das innere Ventil 117 weist einen inneren Ventilsitz 116 auf, auf welchen ein Hydraulikdruck einwirkt, um das innere Ventil 117 nach links vorzuspannen. Das äußere Ven til 111 weist in seinem rechten Abschnitt eine mittige Boh rung auf, in welcher ein Ausbalancierstab 118 mit einem Spiel von 2 bis 3 µm eingesetzt ist. Der Ausbalancierstab 118 hat den gleichen Durchmesser wie der innere Ventilsitz 116 des inneren Ventiles 117 und wird durch den Hydraulik druck nach rechts gespannt.

Ein Hochdruckeinlaß 120 ist in dem Halter 101 angeord net und steht mit der Sprühöffnung 126 über eine ringför mige Ausnehmung 121, einen Kraftstoffdurchlaß 122 in dem Halter 101, eine Kraftstoffdurchlaß 123 in der Düse 102 und ein Kraftstoffreservoir 125 in Verbindung. Die ringförmige Ausnehmung 121 steht auch mit einem Kraftstoffdurchlaß 127 in Verbindung, der sich in Radialrichtung des äußeren Ven tiles 111 erstreckt, sowie einem Kraftstoffdurchlaß 128, der sich in Axialrichtung des äußeren Ventiles 111 er streckt. Wenn somit das äußere Ventil 111 nach rechts be wegt wird, so daß der innere Ventilsitz 116 den Kraftstoff durchlaß 128 verläßt, steht die Ausnehmung 121 mit einer Staudruckkammer 130 in Verbindung, welche dem oberen Ende des Steuerkolbens 108 benachbart ist.

Eine Federkammer 131, in der die Druckfeder 107 gehal ten ist, ist in dem Halter 101 ausgebildet und steht über einen Fluiddurchlaß 132 mit einer Federkammer 133 in Ver bindung, in der die Feder 112 angeordnet ist. Die Federkam mer 131 steht auch über einen Fluiddurchlaß 135 mit einem Ablaß 136 in Verbindung. Eine ringförmige Niederdruckaus nehmung 137 in dem äußeren Ventil 111 steht ebenfalls über einen Durchlaß 138, der sich in radialer Richtung des äuße ren Ventiles 111 erstreckt und einer ringförmigen Nieder druckausnehmung 140 in dem Halter 101 mit dem Ablaß 136 in Verbindung.

Wenn im Betrieb ein Elektromagnet 141 erregt wird, be wirkt dies, daß das äußere Ventil 111 in der Figur nach links gezogen wird, um eine Fluidverbindung zwischen dem Fluiddurchlaß 128 und der Staudruckkammer 130 zu ermögli chen. Die Staudruckkammer 130 steht dann mit dem Ablaß 136 in Verbindung, so daß der Druck in der Staudruckkammer ab sinkt. Das Nadelventil 105 wird somit mit Hydraulikdruck in dem Reservoir 125, das mit dem Hockdruckeinlaß 120 in Ver bindung steht, nach oben bewegt, um die Sprühöffnung 126 zu öffnen.

Das obige bekannte Steuerventil zeigt jedoch den nach folgenden Nachteil, der zum Tragen kommt, wenn das Magnet ventil 141 verwendet wird, und hier insbesondere unmittel bar nach dem Abschalten des Elektromagneten 141. Insbeson dere dann, wenn der Elektromagnet 141 abgeschaltet wird, wird der auf das äußere Ventil 111 wirkenden Hydraulikdruck durch den auf den Ausbalancierstab 118 wirkenden Hydraulik druck vollständig aufgehoben, da der innere Ventilsitz 116 den gleichen Durchmesser wie der Ausbalancierstab 118 hat. Somit wirkt nur die Federkraft der Feder 112 auf das äußere Ventil 111, um das Ventil zu schließen. Da jedoch ein Rest magnetismus in dem Elektromagneten 141 nach dessen Abschal tung verbleibt, wird das äußere Ventil 111 in Richtung des Elektromagneten 141 gezogen, bis sich der Restmagnetismus abgebaut hat, was zu einer Verzögerung in der Ventilöffnung führt. Dies macht es schwierig, die von der Sprühöffnung 126 abgegebene Kraftstoffmenge fein einzujustieren. Dieses Problem tritt auch bei einem hydraulischen Steuerventil mit Doppelanschluß, sowie bei einem hydraulischen Steuerventil mit Dreifachanschluß auf.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den geschilderten Nachteil im Stand der Technik zu beseiti gen. Genauer gesagt ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin dung, ein magnetbetätigtes hydraulisches Steuerventil zur Verwendung im Kraftstoffeinspritzsystem eines Verbrennungs motors zu schaffen, bei dem keine Verzögerungen im An sprechverhalten der Ventilbetätigung auftreten, die durch Restmagnetismus im Elektromagneten unmittelbar nach dessen Abschaltung verursacht werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 bzw. 4 bzw. 7 bzw. 13 angegebenen Merkma le.

Gemäß eines ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird demnach eine magnetbetätigte Fluidsteuerventilvorrich tung geschaffen mit: (1) einem Ventilgehäuse mit einem Fluideinlaß, einem Fluidauslaß und einem Fluiddurchlaß, der sich von dem Fluideinlaß zu dem Fluidauslaß erstreckt, und durch welchen ein Fluid unter einem gegebenen Druck fließt; (2) einem ersten Ventilteil, das beweglich entlang eines vorgegebenen Bewegungspfades angeordnet ist, der innerhalb des Ventilgehäuses definiert ist, wobei das erste Ventil teil eine Fluidkammer in dem gegebenen Bewegungspfad hat, wobei die Fluidkammer einen Kammereinlaß hat, der mit dem Fluideinlaß verbunden ist und einen Kammerauslaß hat, der mit dem Fluidauslaß verbindbar ist; (3) einem Elektromagne ten, der eine Anziehungskraft erzeugt, die auf das erste Ventilteil wirkt, um das erste Ventilteil entlang des gege benen Bewegungspfades zu bewegen; (4) einem zweiten Ventil teil, das innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet ist und eine mit Druck beaufschlagbare Oberfläche hat, welche durch den Kammerauslaß mit der Fluidkammer in dem ersten Ventil teil entlang des gegebenen Bewegungspfades ausgesetzt ist, um selektiv den Kammerauslaß der Fluidkammer abhängig von einer Bewegung des ersten Ventilteiles durch die Anzie hungskraft des Elektromagneten zu öffnen und zu schließen; und (5) einem Ausbalancierstab innerhalb des Ventilgehäu ses, wobei der Ausbalancierstab eine mit Druck beaufschlag bare Oberfläche hat, welche der Fluidkammer in dem ersten Ventilteil ausgesetzt ist, um der mit Druck beaufschlagba ren Oberfläche des zweiten Ventilteiles entlang des vorge gebenen Bewegungspfades gegenüber zu liegen, wobei die mit Druck beaufschlagbare Oberfläche des Ausbalancierstabes ei ne größere Fläche hat als die mit Druck beaufschlagbare Oberfläche des zweiten Ventilteiles, so daß der Fluiddruck in der Fluidkammer einen Schub auf das erste Ventilteil ausübt, um das erste Ventilteil entlang des gegebenen Bewe gungspfades in einer Richtung entgegengesetzt zur Anzie hungskraft des Elektromagneten zu bewegen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das magnetbetätigte hydraulische Steuerven til ein hydraulisches Steuerventil mit Dreifachanschluß oder vom Dreifachanschluß-Typ sein.

Bevorzugt ist weiterhin eine Feder innerhalb des Ven tilgehäuses angeordnet, um eine Federkraft aufzubauen, die das erste Ventilteil in einer Richtung entgegengesetzt zur von dem Elektromagneten erzeugten Anziehungskraft spannt.

Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfin dung wird eine magnetbetätigte Fluidsteuerventilvorrichtung geschaffen mit: (1) einem Ventilgehäuse mit einem Fluidein laß, einem Fluidauslaß und einem Fluiddurchlaß, der sich von dem Fluideinlaß zu dem Fluidauslaß erstreckt, und durch welchen ein Fluid unter einem gegebenen Druck fließt; (2) einem Ventilteil, das innerhalb des Ventilgehäuses entlang eines gegebenen Bewegungspfades beweglich angeordnet ist, wobei das Ventilteil eine Kammer und einen Ventilkopf hat, wobei der Ventilkopf selektiv eine Fluidverbindung zwischen dem Fluideinlaß und dem Fluidauslaß abhängig von einer Be wegung des Ventilteiles entlang des gegebenen Bewegungspfa des ermöglicht und unterbricht, wobei die Kammer eine mit Druck beaufschlagbare Oberfläche hat, in der ein Fluid anschluß ausgebildet ist, der mit dem Fluideinlaß in Ver bindung steht; (3) einem Elektromagneten, der eine Anzie hungskraft erzeugt, die auf das Ventilteil wirkt, um das Ventilteil entlang des gegebenen Bewegungspfades zu bewe gen; (4) einem Ausbalancierstab, der innerhalb der Kammer des Ventilteiles angeordnet ist und eine mit Druck beauf schlagbare Oberfläche hat; und (5) einer Fluidkammer, die durch die mit Druck beaufschlagbare Oberfläche der Kammer des Ventilteiles und der mit Druck beaufschlagbaren Ober fläche des Ausbalancierstabes definiert ist, so daß ein der Fluidkammer von dem Fluidanschluß zugeführter Fluiddruck das Ventilteil entlang des gegebenen Bewegungspfades in ei ne Richtung entgegengesetzt zur Anziehungskraft des Elek tromagneten bewegt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er findung ist eine geschlossene Sammelkammer innerhalb der Fluidkammer definiert, wenn die durch Druck erregte oder betätigte Oberfläche des Ausbalancierstabes den Fluidan schluß der Fluidkammer abhängig von der Bewegung des Ven tilteiles durch die Anziehungskraft des Elektromagneten schließt. Die geschlossene Sammelkammer ist so ausgelegt, daß der in der geschlossenen Sammelkammer gehaltene Fluid druck auf das Ventilteil so einwirkt, daß das Ventilteil entlang eines gegebenen Bewegungspfades in einer Richtung entgegengesetzt zur Anziehungskraft des Elektromagneten vorgespannt wird.

Das magnetbetätigte hydraulische Steuerventil ist be vorzugt ein hydraulisches Steuerventil des Zweifachan schluß-Typs.

Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfin dung wird eine magnetbetätigte Fluidsteuerventilvorrichtung geschaffen mit: (1) einem Ventilgehäuse mit einer Kammer, einem Fluideinlaß, einem Fluidauslaß und einem Fluiddurch laß, der sich von dem Fluideinlaß zu dem Fluidauslaß er streckt, und durch welchen ein Fluid unter einem gegebenen Druck fließt, wobei die Kammer mit dem Fluideinlaß in Ver bindung steht; (2) einem Ventilteil, das beweglich entlang eines gegebenen Bewegungspfades innerhalb des Ventilgehäu ses in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung beweglich ist, um eine Fluidverbindung zwischen dem Fluideinlaß und dem Fluidaus laß zu ermöglichen und zu unterbrechen, wobei das Ventil teil einen Anker hat, der innerhalb der Kammer in dem Ven tilgehäuse angeordnet ist und eine mit Druck beaufschlagba re Oberfläche hat, auf welche ein Fluiddruck in der Kammer wirkt, um das Ventilteil in die erste Richtung zu bewegen; (3) einer Feder innerhalb des Ventilgehäuses, um das Ven tilteil in die erste Richtung zu bewegen; (4) einem Elek tromagneten zur Erzeugung einer Anziehungskraft, die auf den Anker des Ventilteiles wirkt, um das Ventilteil in die zweite Richtung zu bewegen; und (5) einer Druckreguliervor richtung zum Regulieren des Fluiddruckes in der Kammer, die in dem Ventilteil gebildet ist, um den Fluiddruck auf einem gegebenen Wert zu halten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die in dem Ventilgehäuse gebildete Kammer einen Ablaß auf, wobei die Druckreguliervorrichtung den Druck des durch diesen Ablasses abgegebenen Fluides reguliert.

Weiterhin ist das magnetbetätigte hydraulische Steuer ventil bevorzugt ein hydraulisches Steuerventil des Zwei fachanschluß-Typs.

Die Druckreguliervorrichtung ist bevorzugt ein Teller ventil oder einfach eine (Drossel-)Öffnung.

Weiterhin sind bevorzugt ein zweites Ventilteil und ein Ausbalancierstab vorgesehen. Das Ventilteil weist in sich eine Kammer auf, die mit dem Fluideinlaß in Verbindung steht. Das zweite Ventilteil und der Ausbalancierstab sind einander entgegengesetzt über die Kammer entlang des gege benen Bewegungspfades angeordnet.

Schließlich wird gemäß eines weiteren Aspektes der vor liegenden Erfindung eine magnetbetätigte Fluidsteuerventil vorrichtung geschaffen mit: (1) einem Ventilgehäuse mit ei nem Fluideinlaß, einem Fluidauslaß und einem Fluiddurchlaß, der sich von dem Fluideinlaß zu dem Fluidauslaß erstreckt und durch welchen ein Fluid unter einen gegebenen Druck fließt; (2) einem Ventilteil, das innerhalb des Ventilge häuses entlang eines gegebenen Bewegungspfades in einer er sten Richtung und einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung beweglich angeordnet ist, wobei das Ventilteil einen Ventilkopf, eine Bohrung und eine mit Druck beaufschlagbare Oberfläche hat, welche der Bohrung ausgesetzt ist, wobei der Ventilkopf selektiv eine Fluid verbindung zwischen dem Fluideinlaß und dem Fluidauslaß er möglicht und unterbricht, wobei die mit Druck beaufschlag bare Oberfläche einen Fluidanschluß aufweist, der mit dem Fluideinlaß in Verbindung steht; (3) einem Elektromagneten, der eine Anziehungskraft erzeugt, die auf das Ventilteil wirkt, um das erste Ventilteil entlang des gegebenen Bewe gungspfades in die erste Richtung zu bewegen; (4) einem Ausbalancierstab mit einer mit Druck beaufschlagbaren Ober fläche, wobei der Ausbalancierstab innerhalb der Bohrung des Ventilteiles so angeordnet ist, daß die mit Druck be aufschlagbare Oberfläche des Ausbalancierstabes der mit Druck beaufschlagbaren Oberfläche des Ventilteiles gegen überliegt, um eine Fluidkammer zu bilden, wobei die mit Druck beaufschlagbare Oberfläche des Ausbalancierstabes ei ne größere Querschnittsfläche als die mit Druck beauf schlagbare Oberfläche des Ventilteiles hat, so daß ein Fluiddruck in der Fluidkammer einen Schub erzeugt, der auf das Ventilteil wirkt, um das Ventilteil entlang des gegebe nen Bewegungspfades in einer zweiten Richtung entgegenge setzt zur ersten Richtung zu bewegen; und (5) einer Feder innerhalb des Ventilgehäuses außerhalb des Elektromagneten, um das Ventilteil in die zweite Richtung entlang des gege benen Bewegungspfades zu bewegen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er findung ist hierbei das magnetbetätigte hydraulische Steu erventil ein hydraulisches Steuerventil des Zweifachan schluß-Typs.

Bevorzugt ist ein Nadelventil vorgesehen, das entlang eines vorgebenen Nadelventil-Bewegungspfades bewegbar ist, um selektiv eine Ventilbohrung zu öffnen und zu schließen, sowie ein Steuerkolben mit einer Oberfläche, die einer Staudruckkammer ausgesetzt ist, um das Nadelventil entlang des gegebenen Bewegungspfades abhängig von einer Änderung im Fluiddruck der Staudruckkammer zu bewegen. Der Ventil kopf des Ventilteiles stellt selektiv die Fluidverbindung zwischen dem Fluideinlaß und dem Fluidauslaß her bzw. un terbricht diese, um die Änderungen im Fluiddruck in der Staudruckkammer zu bewirken.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorlie genden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden exem plarischen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung durch ein magnetbe tätigtes hydraulisches Steuerventil zur Verwendung im Kraftstoffeinspritzsystem eines Verbrennungsmotors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeits weise des Steuerventils von Fig. 1 bei einem gegebenen Kraftstoffeinspritzschema;

Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung eines magnetbetä tigten hydraulischen Steuerventils gemäß einer zweiten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung eines magnetbetä tigten hydraulischen Steuerventils gemäß einer dritten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung eines magnetbetä tigten hydraulischen Steuerventils gemäß einer vierten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine Querschnittsdarstellung eines magnetbetä tigten hydraulischen Steuerventils gemäß einer fünften Aus führungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine Querschnittsdarstellung durch ein magnetbe tätigtes hydraulisches Steuerventil, welches gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein stückig mit einem Kraftstoffinjektor ausgebildet ist;

Fig. 8 eine vergrößerte teilweise Querschnittsdarstel lung von Fig. 7;

Fig. 9 eine Querschnittsdarstellung einer Abwandlungs form des magnetbetätigten hydraulischen Steuerventiles von Fig. 7 gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 10 eine Querschnittsdarstellung durch ein bekann tes magnetbetätigtes hydraulisches Steuerventil, das in ei nem Kraftstoffinjektor angeordnet ist.

Gemäß der Zeichnung und zunächst gemäß Fig. 1 ist ein hydraulisches Steuerventil 1 mit Dreifachanschluß oder des Dreifachanschluß-Typs gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, das in einer Druckspeicher-Kraftstoffein spritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor angeordnet ist.

Die Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzvorrichtung weist das Dreifachanschluß-Steuerventil 1 und einen Kraftstoffin jektor 2 auf. Von einer Einspritzpumpe 3 komprimierter Kraftstoff wird in einem Reservoir 5 mit einem Druck von 2000 kp/cm² (2000 kgf/cm²) gespeichert und dann dem Injek tor 2 im Motor zugeführt. Das hydraulische Steuerventil 1 weist einen Hochdruckanschluß 7, einen Ablaß 10 und einen Steueranschluß 12 in einem Halter 6, beispielsweise einem Gehäuse auf. Der Hochdruckanschluß 7 steht mit dem Reser voir 5 in Verbindung. Der Ablaß 10 steht mit einem Kraft stofftank 8 in Verbindung. Der Steueranschluß 12 steht mit einer Staudruckkammer 11 des Injektors 2 in Verbindung. In dem Halter 6 ist ein Elektromagnet 13 angeordnet, der über eine Leitung 15 mit einem Treiberschaltkreis 16 in Verbin dung steht.

Innerhalb des Halters 6 ist ein Ventilstopfen 17 (nachfolgend als äußeres Ventil bezeichnet) angeordnet, der Verbindungsanschlüsse 17a und 17b aufweist. Das äußere Ven til 17 ist gleitbeweglich entlang eines Ventilstabes 22 (nachfolgend als inneres Ventil bezeichnet) geführt und wird von einer Schraubenfeder 18 vorgespannt, um einen Ven tilkopf 20 in konstanter Anlage mit einem Ventilsitz 30 des Halters 6 zu bringen, wenn der Elektromagnet 13 abgeschal tet ist. Das innere Ventil 22 ist in eine Bohrung des äuße ren Ventiles 17 eingesetzt und wird in Fig. 1 durch unter hohem Druck stehenden Kraftstoff nach oben vorgespannt, der in eine Kammer 22a im äußeren Ventil 17 durch die An schlüsse 7 und 17a von dem Reservoir 5 eingebracht wird, so daß das innere Ventil 22 in konstanter Anlage mit der Bo denfläche eines Elektromagnetgehäuses 35 ist. Ein Ausbalan cierstab 19 ist in einem Endabschnitt des äußeren Ventiles 17 in Fluchtung mit dem inneren Ventil 22 eingesetzt und wird in Fig. 1 durch unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in der Kammer 22a nach unten vorgespannt.

Es sei noch festzuhalten, daß in der bisherigen und der noch folgenden Beschreibung "vorgespannt" durch "gedrückt" oder "gedrängt" ersetzbar ist und umgekehrt.

Wenn der Elektromagnet 13 erregt wird, um das äußere Ventil 17 nach oben zu ziehen, bewirkt dies, daß ein Fluid auslaß 32 der Kammer 22a von einem Ventilsitz 21 (d. h. ei ner durch Druck betätigten Oberfläche) des inneren Ventils 22 geschlossen wird, um eine Arbeitskammer zu bilden. Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff in der Arbeitskammer 22a wirkt dann auf den Ventilsitz 21 des inneren Ventils 22 und eine Endoberfläche 37 (d. h. eine durch Druck betätigte Oberfläche) des Ausbalancierstabes 19. Der Unterschied in den Querschnittsflächen in einer Ebene senkrecht zum Bewe gungspfad des äußeren Ventiles 17 zwischen den durch Druck betätigten Oberflächen (d. h. Ventilsitz 21 und Endoberflä che 37) des äußeren Ventiles 17 und des inneren Ventiles 22 erzeugen einen Schub, der das äußere Ventil 17 nach unten drückt, wie später noch im Detail beschrieben werden wird.

Der Kraftstoffinjektor 2 weist eine Düse 25 und ein Na delventil 26 auf. Die Düse 25 weist einen Kraftstoffan schluß 23, Sprühbohrungen 24 und ein Kraftstoffreservoir 27 auf. Das Nadelventil 26 ist in der Düse 25 in vertikaler Richtung gleitbeweglich angeordnet. Der Anschluß 23 steht mit dem Reservoir 5 in Verbindung, um den unter hohem Druck stehenden Kraftstoff zu dem Reservoir 27 zu führen. Der un ter hohem Druck stehende Kraftstoff im Reservoir 5 wird auch durch die Anschlüsse 7, 17a, 17b und 12 der Staudruck kammer 11 des Injektors 2 zugeführt und drückt das Nadel ventil 26 nach unten. Wenn der Elektromagnet 13 abgeschal tet wird, sitzt das Nadelventil 26 auf einem Düsensitz 28 auf, um die Sprühbohrungen 24 zu schließen.

Wenn im Betrieb der Elektromagnet zu einer Zeit T1 in dem Zeitdiagramm von Fig. 2 abgeschaltet wird, ist das hy draulische Steuerventil 1 in einem Nichtbetriebszustand, wie in Fig. 1 gezeigt. Der unter einem Druck von 2000 kp/cm² in dem Reservoir 5 gespeicherte Kraftstoff wird über den Hochdruckanschluß 7, die Verbindungsanschlüsse 17a und 17b und den Steueranschluß 12 der Staudruckkammer 11 der Düse 25 und über den Anschluß 23 und das Reservoir 27 um die Sprühbohrungen 24 herum geführt. Der Kraftstoffdruck in der Staudruckkammer 11 wirkt auf das Nadelventil 26, um dieses nach unten in Anlage mit dem Düsensitz 28 zu drücken, wodurch die Sprühbohrungen 24 geschlossen sind.

Die hierbei wirkende nach unten gerichtete Kraft F₀, die auf das äußere Ventil 17 wirkt, läßt sich durch die folgende Beziehung ausdrücken:
F₀ = (Kraft der Feder 18) + (Druck des Kraftstoffes 11) × {(Durchmesser do des inneren Ventilteiles 22)² - (Durchmesser dr des Ausbalancierstabes 19)² - (Durchmesser dt des Ventilkopfes 20)² + (Führungsdurchmesser du des äu ßeren Ventiles 17)²} × π/4.

Beispielsweise beträgt F₀ = 5 + 2000 × {(0,4)²- (0.295)²-(0,843)² + (0,8)²} × π/4 ≈ 8,65 kp.

Wenn ein Strom von beispielsweise 3A über die Leitung 15 vom Treiberschaltkreis 16 dem Elektromagneten 13 zu ei ner Zeit T2 im Zeitdiagramm von Fig. 2 zugeführt wird, um den Kraftstoff einzuspritzen, bewirkt dies, daß das äußere Ventil 17 um 50 µm entgegen der Kraft der Feder 18 nach oben gezogen wird, so daß der Fluidauslaß 32 von dem Ven tilsitz 21 des inneren Ventils 22 geschlossen wird, wodurch die Fluidverbindung zwischen dem Steueranschluß 12 und dem Hochdruckanschluß 7 unterbrochen wird, wohingegen der Steu eranschluß 12 mit dem Ablaß 10 in Verbindung gebracht wird. Somit sinkt der Druck in der Staudruckkammer 11 ab, so daß der Kraftstoffdruck in dem Reservoir 27 das Nadelventil 26 nach oben um 0,35 mm bewegt und somit außer Anlage mit dem Düsensitz 28. Dies bewirkt, daß die Sprühöffnungen 24 ge öffnet werden und unter hohem Druck stehender Kraftstoff aus dem Reservoir 27 nach außen über die Sprühbohrungen 24 abgegeben wird.

Während des Abgebens des Kraftstoffes wird die Kammer 22a durch den Ventilsitz 21 des inneren Ventils 22 ge schlossen, wie bereits weiter oben angeführt, um als Ar beitskammer zu wirken, so daß der Unterschied in der Quer schnittsfläche zwischen den druckbetätigten Oberflächen (d. h. Ventilsitz 21 und Endfläche 37) des äußeren Ventiles 17 und des inneren Ventiles 22 einen Hydraulikdruck er zeugt, der das äußere Ventil 17 nach unten bewegt. Dieser Hydraulikdruck oder Hydraulikschub ist jedoch kleiner als eine Anziehungskraft des Elektromagneten 13 und somit ver bleibt der Fluidauslaß 32 des äußeren Ventiles 17 durch den Ventilsitz 21 des inneren Ventiles 22 geschlossen.

Wenn zu einer Zeit T3 der Elektromagnet 13 abgeschaltet wird, um die Abgabe des Kraftstoffes durch die Sprühbohrun gen 24 zu unterbrechen, bewirkt dies, daß für eine kurze Zeit ein Restmagnetismus erzeugt wird, so daß eine Anzie hungskraft F_r auf das äußere Ventil 17 wirkt.

Die nun nach unten wirkende Kraft F₁ an dem äußeren Ventil 17 läßt sich durch die folgende Beziehung ausdrüc ken:
F₁ = (Kraft der Feder 18) + (Druck des Kraftstoffes) × {(Durchmesser ds des Abschnittes des Ventilsitzes 21, der der Kammer 22a ausgesetzt ist)² - (Durchmesser dr des Aus balancierstabes 19)²} × π/4 - (Anziehungskraft F_r aufgrund des Restmagnetismus).

Beispielsweise beträgt F₁ = 5 + 2000 × {(0,3)² - (0,295)²} × π/4-F_r ≈ (5 + 4,6 kp)-Fr.

Das Merkmal dieser Ausführungsform ist, wie oben be schrieben, daß der Durchmesser dr des Ausbalancierstabes 19 kleiner als der Durchmesser ds des Abschnittes des Ventil sitzes 21 ist, der zu der Kammer 22a weist; mit anderen Worten, die durch Druck betätigte oder beaufschlagbare Oberfläche des inneren Ventils 22 wird größer gemacht als die durch Druck betätigte oder beaufschlagbare Oberfläche des Ausbalancierstabes 19, so daß der Hydraulikdruck in der Kammer 22a bei deren Schließung einen Schub oder Druck er zeugen kann, der das äußere Ventil 17 in einer Richtung entgegengesetzt zur Anziehungskraft des Elektromagneten 13 bewegt. Bei einem herkömmlichen hydraulischen Steuerventil wird gemäß Fig. 10, wenn das Nadelventil 105 in einer Ven tilschließposition ist, eine Kraft, die das äußere Ventil teil 111 nach rechts bewegt, nur die Kraft der Feder 112 sein. Wenn somit eine Anziehungskraft durch den Restmagne tismus im Elektromagneten 141 erzeugt wird und auf das äu ßere Ventilteil 111 wirkt und hierbei größer ist als die Federkraft der Feder 112, wird das ,äußere Ventilteil 111 von dieser Anziehungskraft gehalten, bis sich der Restma gnetismus abgebaut hat. Dies führt in nachteiliger weise zu einer großen Ansprechverzögerung des Ventilschließvorganges bei dem bekannten hydraulischen Steuerventil.

In der soeben beschriebenen Ausführungsform der vorlie genden Erfindung ist der Durchmesser ds (z. B. 3 mm) des Ventilsitzes 21 des inneren Ventils 22 größer als der Durchmesser (z. B. 2,95 mm) des Ausbalancierstabes 19, so daß der Unterschied in den Querschnittsflächen zwischen den durch Druck bewegten oder mit Druck beaufschlagbaren Ober flächen des inneren Ventils 22 und des Ausbalancierstabes 19 einen Schub von beispielsweise 4,6 kgp erzeugen kann, der auf das äußere Ventil 17 wirkt. Beim Abschalten des Elektromagneten 13 wirkt dieser Schub oder Druck auf das äußere Ventil 17 unter Zuhilfenahme der Federkraft der Fe der 18 nach unten, so daß der Fluidauslaß 32 des äußeren Ventiles 17 außer Anlage mit dem Ventilsitz 21 gerät. Wenn daher das Nadelventil 26 nach unten bewegt wird, um die Sprühbohrungen 24 zu schließen, ist die nach unten gerich tete Kraft F₁, die auf das äußere Ventil 17 wirkt 9,6 kp, was die Summe der Federkraft 5 kg der Feder 18 und der Druckkraft 4,6 kp ist. Selbst wenn die von Restmagnetismus des Elektromagneten 13 erzeugte Kraft Fr das äußere Ventil 17 nach oben zieht, übersteigt die nach unten gerichtete Kraft F₁ die Kraft F_r, so daß das äußere Ventil 17 schnell nach unten bewegt wird und die Ansprechverzögerung aufgrund des Restmagnetismus des Elektromagneten 13 verringert wird. Dies erlaubt, daß die Abnahme der Menge des Kraftstoffes, die von den Sprühbohrungen 24 ausgegeben wird, mit hoher Genauigkeit eingestellt werden kann. Wenn das äußere Ventil 17 außer Anlage mit dem Ventilsitz 21 des inneren Ventils 22 bewegt wird, verschwinden die in der Arbeitskammer 22a erzeugte nach unten gerichtete Kraft und die Kraft F_r des Restmagnetismus im Elektromagneten 13, die auf das äußere Ventil 17 wirkt, so daß nur die Federkraft der Feder 18 auf das äußere Ventil 17 wirkt, um dieses weich nach unten zu bewegen. Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff im Re servoir 5 fließt durch den Hochdruckanschluß 7 in den Ver bindungsanschluß 17a und 17b und den Steueranschluß 12 in die Staudruckkammer 11, um das Nadelventil 26 nach unten zu drücken, so daß die Sprühbohrungen 24 verschlossen werden.

Die Feder 18 kann weggelassen werden, wenn der Unter schied in den Querschnittsflächen zwischen den durch Druck bewegten Oberflächen des äußeren Ventiles 17 und des inne ren Ventiles 22 weiter erhöht wird. Dies erlaubt, daß die Teilezahl in dem hydraulischen Drucksteuerventil 1 verrin gert werden kann, so daß die Herstellungskosten dieses Ven tils ebenfalls verringert werden können. Weiterhin ist es möglich, daß der Durchmesser des Ausbalancierstabes 19 so gewählt wird, daß die auf das äußere Ventil 17 innerhalb der Arbeitskammer 22a wirkende Hydraulikkraft soweit ver ringert wird, daß sie die von dem Restmagnetismus des Elek tromagneten 13 erzeugte Kraft F_r aufhebt. Dies ermöglicht eine verringerte Größe für das gesamte Steuerventil.

Fig. 3 zeigt ein magnetbetätigtes hydraulisches Steuer ventil 50 mit zwei Anschlüssen gemäß einer zweiten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung, das in einer Druck speicher-Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbren nungsmotor eingebaut ist.

Die Einspritzvorrichtung weist das Steuerventil 50 des Doppel- oder Zweifachanschlußtypes und einen Kraftstoffin jektor 51 ähnlich wie im Stand der Technik gemäß Fig. 10 auf. Der von der Pumpe 3 unter Druck gesetzte Kraftstoff wird im Reservoir 5 gesammelt und dann dem Injektor 51 in dem Motor zugeführt.

Ein Gehäuse 53 des Steuerventiles 50 weist einen Ablauf 56 auf, der mit dem Tank 8 in Verbindung steht, sowie einen Steueranschluß 58, der mit einer Staudruckkammer 57 des In jektors 51 in Verbindung steht. Der von der Pumpe 3 unter hohen Druck gesetzte Kraftstoff, der im Reservoir 5 gespei chert wird, wird über einen Kraftstoffanschluß 122 einem Kraftstoffreservoir 61 zugeführt, das um ein Nadelventil 60 des Injektors 51 herum angeordnet ist, sowie der Staudruck kammer 57 und dem Steueranschluß 58 über eine Drossel 62. Der hohe Druck in der Staudruckkammer 57 drückt das Nadel ventil in Fig. 3 nach unten, um eine Sprühbohrung 126 zu schließen.

Innerhalb des Gehäuses 53 des Steuerventiles 50 ist ein Ventilstößel oder Ventilkolben 62 in vertikaler Richtung entlang eines Ausbalancierstabes 68 gleitbeweglich vorhan den. Der Ausbalancierstab 68 ist innerhalb einer mittigen Bohrung 79 in dem Ventilkolben 63 angeordnet. Eine Schrau benfeder 65 ist zwischen dem Boden eines Elektromagnetge häuses und einer Bohrung oberhalb der mittigen Bohrung 79 des Ventilkolbens 63 angeordnet, um den Ventilkolben 63 nach unten vorzuspannen, wodurch ein Ventilkopf 66 eines Nadelventiles an einem Ende des Ventilkolbens 63 in kon stante Anlage mit dem Steueranschluß 58 gebracht wird.

Der Ventilkolben 63 weist an einem seiner Enden eine Ankerscheibe 64 auf, welche innerhalb einer Ankerkammer 72 angeordnet ist, die in dem Gehäuse 53 ausgebildet ist, wo bei die Ankerscheibe 64 einem Elektromagneten 67 gegenüber liegt, der oberhalb des Gehäuses 53 liegt.

Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff, der dem Steueranschluß 58 zugeführt wird, wird durch einen Verbin dungsanschluß 70 in eine untere Kammer 71 geführt, die in nerhalb einer mittigen Bohrung 79 durch den Ausbalancier stab 68 definiert wird, um den Ausbalancierstab 68 nach oben in konstante Anlage mit der Bodenfläche des Elektroma gnetgehäuses zu bringen.

Der Ausbalancierstab 68 umfaßt einen Führungsabschnitt 80 und eine sich verjüngende Endoberfläche 81 (d. h. einen Ventilsitz), der eine durch Druck betätigte bzw. beauf schlagbare Oberfläche bildet, auf welche ein Fluiddruck in der unteren Kammer 71 wirkt. Das hydraulische Steuerventil 50 kann an dem Injektor 51 koaxial hierzu oder entfernt von dem Injektor 51 unter Verwendung einer Verbindungsleitung angeordnet sein.

Das in Fig. 3 gezeigte Steuerventil 50 ist hier in ei nem Nichtbetriebs-Zustand gezeigt. Wenn eine nach unten ge richtete Richtung in der Zeichnung als positiv definiert wird, ergibt sich die Kraft F₀, die auf den Ventilkolben 63 wirkt, durch die folgende Gleichung (1):

F₀ = π/4(d_RG²-d_s²) × P₀ + F_S (1)

wobei d_S der Durchmesser eines Abschnittes des Ventil kopfes 66 ist, der in Richtung des Steueranschlusses 58 weist, d_RG der Durchmesser des Führungsabschnittes 80 ist (d. h. der Durchmesser der unteren Kammer 71), P₀ der Druck am Steueranschluß 58 ist und F_S die Federkraft der Feder 65 ist.

Wenn im Betrieb der Elektromagnet 67 erregt wird, wird hierdurch der Ventilkolben 63 nach oben gezogen, so daß der Ventilkopf 66 außer Anlage mit dem Steueranschluß 58 gerät. Der Steueranschluß 58 steht dann mit dem Ablaß 56 in Ver bindung, so daß der Druck in der Staudruckkammer 57 ab sinkt. Das Nadelventil 60 wird durch den Kraftstoffdruck im Reservoir 61 nach oben bewegt, um die Sprühöffnung 126 zur Abgabe des Kraftstoffes unter hohem Druck zu öffnen.

Wenn der Ventilkolben 63 entgegen der Kraft der Feder 65 nach oben bewegt wird, blockiert der Ventilsitz 81 den Verbindungsanschluß 70 des Ventilkolbens 63, um eine Druck speicherkammer 200 innerhalb der unteren Kammer 71 zwischen dem Ventilkopf 81 und der Bodenfläche der unteren Kammer 71 zu definieren.

Wenn der Elektromagnet 67 abgeschaltet wird, bewirkt dies die Erzeugung eines Restmagnetismus für kurze Zeit, so daß die entsprechende Anziehungskraft F_r auf den Ventilkol ben 63 wirkt.

Die dann bestehende, nach unten gerichtete Kraft F_C, die auf den Ventilkolben 63 wirkt, ergibt sich durch die nachfolgende Gleichung (2):

F_C = π/4(d_RG²-d_RS²) × P_A + F_S-F_r (2)

wobei d_RG der Durchmesser des Führungsabschnittes 80 des Ausbalancierstabes 68 ist (d. h. der Durchmesser der un teren Kammer 71), d_RS der Durchmesser des Abschnittes des Ventilsitzes 81 ist, der zum Verbindungsanschluß 70 weist (d. h. der Durchmesser des Verbindungsanschlusses 70), P_A der Druckspeicherkammer 200 ist und F_S die Kraft der Feder 65 ist.

Der Druck in der Druckspeicherkammer 200, die von dem Ventilsitz 81 innerhalb der unteren Kammer 71 definiert wird, wird gleich dem Druck am Steueranschluß 58 (gleich dem Druck im Reservoir 5) gehalten, wobei der Druck am Steueranschluß 58 erzeugt wird, wenn der Ventilkopf 66 den Steueranschluß 58 erreicht, nachdem der Ventilkopf 66 außer Anlage mit dem Steueranschluß 58 gebracht worden ist. Somit kann eine Ventilschließkraft, die groß genug ist, die An ziehungskraft F_r aufgrund des Restmagnetismus des Elektro magneten 67 zu überwinden und den Ventilkolben 63 nach un ten zu bewegen, dadurch erzeugt werden, daß eine passende Kombination der Durchmesser d_RG, d_RS und d_S ausgewählt wird.

Wenn d_RG = 3 mm, d_RS = 2,95 mm, F_S = 5 kp und P_A = 2000 kp/cm², beträgt die nach unten gerichtete Kraft F_c, die auf den Ventilkolben 63 wirkt

F_c = π/4 × (0,3²-0,295²) × 2000 + 5-F_r ≈ 4,6 + 5-F_r.

Somit wird eine nach unten gerichtete Kraft von 4,6 kp durch den Druck in der Druckspeicherkammer 200 erzeugt, so daß ein Druck von 9,6 kp (Summe von 4,6 kp und 5 kp der Kraft der Feder 65) gegen die Anziehungskraft F_r aufgrund des Restmagnetismus des Elektromagneten 67 auf den Ventil kolben 63 wirkt.

Der Injektor 51 gemäß Fig. 3 weist einen Steuerkolben 108 auf, wobei jedoch die vorliegende Erfindung nicht auf einen derartigen Aufbau beschränkt ist. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich auch dann erhalten, wenn dieser Steuerkolben nicht vorhanden ist.

Fig. 4 zeigt ein hydraulisches Steuerventil 150 mit zwei Anschlüssen gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei dieses Steuerventil in einer Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Ver brennungsmotor angeordnet ist.

Der von der Einspritzpumpe 3 unter Druck gesetzte Kraftstoff wird im Reservoir 5 gesammelt und dann einem In jektor 151 zugeführt, der koaxial zu dem Drucksteuerventil 150 angeordnet ist.

Ein Gehäuse 153 des Steuerventils 150 weist einen Ab lauf 156 auf, der mit dem Kraftstofftank 8 in Verbindung steht, sowie einen Steueranschluß 158, der mit einer Stau druckkammer 157 in Verbindung steht. Der von der Einspritz pumpe 3 unter hohen Druck gesetzte Kraftstoff, der in dem Reservoir 5 gespeichert wird, wird einem Kraftstoffreser voir 161 zugeführt, das um ein Nadelventil 160 herum ausge bildet ist, sowie der Staudruckkammer 157 und dem Steueran schluß 158 über eine Drossel 162. Der hohe Druck in der Staudruckkammer 157 zwingt das Nadelventil 160 nach unten, um eine Sprühöffnung 226 zu verschließen.

Innerhalb des Gehäuses 153 des Steuerventiles 150 ist ein Ventilstößel oder Ventilkolben 163 gleitbeweglich in vertikaler Richtung entlang eines Führungsabschnittes 180 eines Ausbalancierstabes 168 angeordnet. Der Ausbalancier stab 168 ist gleitbeweglich in eine mittige Bohrung in dem Ventilkolben 163 eingesetzt. Eine Schraubenfeder 165 ist zwischen der Bodenfläche eines Elektromagnetgehäuses und einer Bohrung oberhalb der mittigen Bohrung des Ventilkol bens 163 angeordnet, um den Ventilkolben 163 nach unten zu drücken, wodurch ein Ventilkopf 166 eines Nadelventiles, der an einem Ende des Ventilkolbens 163 ausgebildet ist, in konstanter Anlage mit dem Steueranschluß 158 gebracht wird.

Der Ventilkolben weist an einen seiner Enden eine An kerscheibe 164 auf, die innerhalb einer Ankerkammer 172 an geordnet ist, die in dem Gehäuse 153 ausgebildet ist, wobei die Ankerscheibe 164 einem Elektromagneten 167 in dem Ge häuse 153 gegenüber liegt.

Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff, der in den Steueranschluß 158 eintritt, läuft über einen Verbindungs anschluß 170 in eine untere Kammer 171, die innerhalb der mittigen Bohrung durch eine flache Endoberfläche des Ausba lancierstabes 168 gebildet ist, um den Ausbalancierstab 168 nach oben in konstante Anlage mit der Bodenfläche des Elek tromagnetengehäuses zu bringen.

Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff in der unte ren Kammer 171 fließt in die Ankerkammer 172 durch einen Freiraum von ungefähr 2 bis 3 µm zwischen dem Ausbalancier stab 168 und dem Ventilkolben 163. Die Ankerkammer 172 steht mit dem Kraftstofftank 8 und dem Ablaß 156 über einen Druckregulator 301 in Verbindung.

Das in Fig. 4 gezeigte hydraulische Steuerventil 150 ist dort in einem Außerbetriebszustand. Wenn eine nach un ten verlaufende Richtung in der Zeichnung als positiv ange nommen wird, ist die Kraft F₁, die auf den Ventilkolben 163 wirkt, durch die folgende Gleichung (3) gegeben:

F₁ = π/4(d_RG²-d_VS²) × P_f + π/4(d_VG²-d_RG²) × P_r + F_S (3),

wobei d_RG der Durchmesser des Führungsabschnittes 180 des Ausbalancierstabes 168 ist (d. h. der Durchmesser der unteren Kammer 71), d_VS der Sitzdurchmesser des Ventilkop fes 166 ist (d. h. ein Durchmesser des Abschnittes des Ven tilkopfes 166, der dem Steueranschluß 158 gegenüberliegt), P_f ein Kraftstoffeinspritzdruck ist, d_VG der Durchmesser eines Führungsabschnittes 302 für den Ventilkolben 163 ist, P_r ein Restdruck in der Ankerkammer 172 ist und F_S die Kraft der Feder 165 ist.

Wenn im Betrieb der Elektromagnet 167 erregt wird, wird der Ventilkolben 163 nach oben gezogen, so daß der Ventil kopf 166 außer Anlage mit dem Steueranschluß 158 gerät. Der Steueranschluß steht dann mit dem Ablaß 156 in Verbindung, so daß der Druck in der Staudruckkammer 157 absinkt. Das Nadelventil 160 wird dann durch den Kraftstoffdruck in dem Reservoir 161 nach oben geschoben, um die Sprühöffnung 226 zur Abgabe des Kraftstoffes unter hohem Druck zu öffnen.

Das Abheben des Ventilkopfes 166 von dem Steueranschluß 158 bewirkt, daß der Druck im Steueranschluß 158 auf unge fähr Atmosphärendruck abgesenkt wird. Wenn daher in der Zeichnung eine nach unten verlaufende Richtung als positiv definiert ist, ist eine Ventilschließkraft F₂, die auf den Ventilkolben 163 wirkt, durch die folgende Gleichung (4) gegeben:

F₂ = π/4(d_VG²-d_RG²) × P_r + F_S (4).

Man stellt fest, daß die obige Gleichung (4) der obigen Gleichung (3), von der der erste Term entfernt worden ist, entspricht.

Wenn d_RG = 3 mm, d_VG = 6,5 mm, P_r = 10 kg/cm², F_S = 8 kp und d_VS = 3,14 mm, dann ist F₁ gleich 9,3 kp (wenn P_f = 200 kp/cm²) oder F₁ = 2,7 kp (wenn P_f = 1200 kp/cm²) und F₂ = 10,6 kp.

Selbst wenn daher der Elektromagnet 167 abgeschaltet wird, um das Einspritzen des Kraftstoffes zu beenden und die Anziehungskraft F_r von dem Restmagnetismus auf den Ven tilkolben 163 in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung F₂ (= 10,6 kp) wirkt, wächst die Ventilschließkraft F₂ um 2,6 kp im Vergleich dazu an, wenn nur die Feder kraft F_S (= 8 kp) der Feder 165 auf den Ventilkolben 163 wirkt, wodurch es dem Ventilkolben 163 möglich gemacht wird, den Steueranschluß 158 schnell zu schließen. Somit wird die Ansprechverzögerung im Ventilschließvorgang des hydraulischen Steuerventiles 350 aufgrund von Restmagnetis mus des Elektromagneten 167 stark verringert.

Die dritte Ausführungsform hat weiterhin den Vorteil, daß, wenn die Größe der Kraft, die auf den Ventilkolben 163 wirkt, um den Steueranschluß 158 zu öffnen und die durch den ersten Term der Gleichung (3) gegeben ist, gemäß obiger Beschreibung auf einen geeigneten Wert gesetzt wird, eine optimale Ventilschließkraft für den Ventilkolben 163 unter allen Umständen erzeugt wird und auch eine stärkere Ventil öffnungskraft erzeugt wird. Somit wird das Ansprechverhal ten im Ventilschließvorgang verbessert und der Ventilkolben 163 kann bewegt werden, um den Steueranschluß 158 zu öff nen, wobei diese Bewegung mit weniger Anziehungskraft sei tens des Elektromagneten 167 möglich ist, so daß die Steu erbarkeit des Ventils 150 stark verbessert ist.

In Fig. 4 ist der Druckregulator 301 außerhalb des Steuerventiles 150 dargestellt; alternativ hierzu kann er auch in das Steuerventil 150 eingebaut sein.

Der Restdruck P₃ in der Ankerkammer 172 wird in Glei chung (4) als 10 kg/cm² definiert; er kann jedoch abhängig von einer Schwankung im Kraftstoffeinspritzdruck P_f geän dert werden, wenn eine Kraftstoffeinspritzpumpe verwendet wird, die in der Lage ist, diesen Einspritzdruck P_f zu än dern.

Weiterhin ist der Druckregulator 301 als Tellerventil dargestellt; alternativ hierzu kann eine einfache Öffnung verwendet werden, um den Restdruck innerhalb der Ankerkam mer 172 zu erzeugen.

Fig. 5 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegen den Erfindung, welche eine Kombination aus einem Druckregu lator 500 und dem bekannten hydraulischen Steuerventil von Fig. 10 ist. Gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 10 bezeich nen in Fig. 5 gleiche oder einander entsprechende Teile und eine detaillierte Beschreibung erfolgt nicht mehr.

Der Druckregulator 500, der dem Druckregulator 301 aus der dritten Ausführungsform entspricht, ist in einer Fluid passage angeordnet, welche sich von der Ankerkammer 133, in der ein Anker angeordnet ist zu einem Ablaß erstreckt, um einen Restdruck innerhalb der Kammer 133 zu erzeugen, der die Feder 112 beim Anheben des äußeren Ventilteiles 111 un terstützt.

Fig. 6 zeigt eine fünfte Ausführungsform der vorliegen den Erfindung, die sich von der zweiten Ausführungsform ge mäß Fig. 3 dahingehend unterscheidet, daß ein Druckregula tor 600 entsprechend dem Druckregulator 301 der dritten Ausführungsform von Fig. 4 zwischen die Ankerkammer 72 und den Kraftstofftank 8 geschaltet ist. Der Druckregulator 600 umfaßt ein Tellerventil oder eine Drossel, beispielsweise eine Öffnung. Der verbleibende Aufbau und die Arbeitsweise entspricht der zweiten Ausführungsform und eine nochmalige Erläuterung erfolgt nicht.

Die auf den Ventilkolben 63 wirkende Kraft, wenn das Steuerventil 50 geschlossen wird, um das Einspritzen des Kraftstoffes zu unterbrechen, kann durch die obige Glei chung (3) dargestellt werden. Die auf den Ventilkolben 63 wirkende Kraft F₃, wenn das Steuerventil 50 geöffnet wird, um den Kraftstoff einzuspritzen, wird durch eine Gleichung gegeben, welche eine Kombination ist aus

π/4(d_RG²-d_RS²) × P_A + F_S

entsprechend der obigen Gleichung (2), aus der F_r ent fernt wurde und

π/4(d_VG²-d_RG²) × P_r

welche der erste Term aus der Gleichung (4) ist.

Wenn daher d_RG = 3 mm, d_VG = 6,5 mm, d_VS = 3,14 mm, F_S = 8 kp und P_f = 1200 kp/cm², dann ist F₁ gleich 2,78 kp und

F₃ = π/4(d_RG²-d_RS²) × P_A + F_S + π/4(d_VG²-d_RG²) × P_r = 2,76 + 8 + 2,6 ≈ 13,3 kp.

Mann erkennt, daß eine hohe Ventilöffnungskraft F₃ auf den Ventilkolben 63 wirkt, wenn das hydraulische Steuerven til 50 geöffnet wird.

Fig. 7 zeigt ein hydraulisches Steuerventil 700 des Ba lance-Typs mit zwei Anschlüssen, gemäß einer sechsten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung, die in einer Druckspeicher-Brennstoffeinspritzvorrichtung für einen Ver blendungsmotor angeordnet ist und einen Ausbalancierstab 320 verwendet.

Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff wird von ei ner Hochdruckquelle (nicht dargestellt) bestehend aus einer Kraftstoffeinspritzpumpe und einem Reservoir einem Einlaß 401 zugeführt und wird dann durch einen Fluiddurchlaß 303 in einem Gehäuse 302 und ein Distanzstück 305, das in dem Gehäuse 302 durch eine Haltemutter 304 gehalten ist, einem Kraftstoffreservoir einer Düse 306 zugeführt, die einen im Stand der Technik bekannten Aufbau hat. Ein Teil 307 mit einer in Fig. 8 erkennbaren Öffnung 407 und ein Teil 308 mit einer Öffnung 408 sind an dem Gehäuse 302 durch einen Ventilkörper 309 befestigt. Innerhalb des Gehäuses 302 ist eine Federstütze 311 auf einem Stift 406 des Mittelventiles in der Düse 306 angeordnet und wird durch eine Druckfeder 312 nach unten vorgespannt. Ein Steuerkolben 313 ist inner halb des Gehäuses 302 in Fluchtung mit der Federstütze 311 angeordnet und gleitbeweglich entlang einer Mittellinie des Ventils 700 angeordnet. Eine Staudruckkammer 310 ist an dem Steuerkolben 313 innerhalb des Gehäuses 302 ausgebildet und empfängt unter hohem Druck stehenden Kraftstoff von Ein laß 401 über die Öffnung 407.

Der Ventilkörper 309 weist einen Steueranschluß 316 und einen Ablaß 314 auf. Der Steueranschluß 316 steht mit der Staudruckkammer 310 über die Öffnung 408 in Verbindung. Der Ablaß 314 steht mit einem Ablaß 315 in dem Gehäuse 302 in Verbindung. Innerhalb des Ventilkörpers 309 ist ein Ventil stößel oder Ventilkolben 317 gleitbeweglich entlang der Mittellinie des Ventiles 700 angeordnet und wird durch eine Feder 319 nach unten vorgespannt, die in einer Bohrung in einem oberen Bereich 321 des Ventilkörpers 309 in Anlage mit dem Steueranschluß 316 angeordnet ist. Der Ausbalan cierstab 320 ist innerhalb einer mittigen Bohrung in dem Ventilkolben 317 angeordnet und wird durch unter hohem Druck stehenden Kraftstoff von einem Durchlaß 325 her nach oben gedrückt. An dem Ventilkolben 317 ist ein Elektroma gnet 324 befestigt, der an dem Ventilkolben 317 über einen Abstandshalter 322 innerhalb eines Gehäusehalters 323 ge halten ist.

Wenn im Betrieb der Elektromagnet 324 erregt wird, um den Kraftstoff durch eine Sprühöffnung 326 abzugeben, be wirkt dies, daß der Ventilkolben 317 von dem Elektromagne ten 324 entgegen der Kraft der Ventilfeder 319 angezogen wird und seinen Ventilsitz verläßt, wodurch eine Fluidver bindung zwischen dem Steueranschluß 316 und dem Ablaß 314 entsteht. Der Fluiddruck am Steueranschluß 316 wird dann verringert, da die Kraftstoffmenge, die über die Öffnung 407 zugeführt wird, geringer ist als die Kraftstoffmenge, die zu dem Ablaß 314 fließt. Der Hydraulikdruck innerhalb des Fluidreservoirs der Düse 306 wirkt auf eine durch Druck bewegte Oberfläche des Nadelventiles, um den Steuerkolben 313 nach oben zu bewegen, so daß die Sprühöffnung 326 ge öffnet wird.

Das Merkmal des hydraulischen Steuerventiles 700 dieser Ausführungsform ist, daß die Ventilfeder 319, die den Ven tilkolben 317 in die Ventilschließrichtung bewegt, außer halb des Elektromagneten 324 angeordnet ist. Dies erlaubt, daß eine Polfläche (d. h. die magnetische Anziehung) des Ma gneten 324 und eine auf den Ventilkolben 317 wirkende Fe derkraft in Ventilöffnungsrichtung unabhängig voneinander eingestellt werden können, wodurch ein schnelles Ansprech verhalten beim Ventilschließen und eine stabile Arbeits weise des Ventils möglich werden. Weiterhin kann im Ver gleich zu bekannten hydraulischen Steuerventilen das Volu men, das von der Ventilfeder 319 benötigt wird, verringert werden, wenn die Polfläche des Elektromagneten 324 gleich derjenigen in einem herkömmlichen hydraulischen Steuerven til ist, so daß die Gesamtgröße des Ventiles 700 wesentlich verringert werden kann.

Fig. 9 zeigt ein hydraulisches Steuerventil 800 des Ba lance-Typs mit zwei Anschlüssen, gemäß einer siebten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung, welche sich von der sechsten Ausführungsform dadurch unterscheidet, daß ein Freiraum 290 als Öffnung für eine Fluidverbindung zwischen der Staudruckkammer 310 und dem Fluideinlaß 401 zwischen einer Innenwand des Gehäuses 302 und einer Umfangsoberflä che des Steuerkolbens 313 ausgebildet ist und daß der Ven tilkörper 309 und das Gehäuse 302 einstückig ausgebildet sind, was die Teile 307 und 308 überflüssig macht. Der ver bleibende Aufbau und die Arbeitsweise sind identisch und eine nochmalige Erläuterung erfolgt nicht.

Die obige Anordnung beseitigt die Notwendigkeit für ei nen Abdichtbereich, wie er in der sechsten Ausführungsform zwischen einer oberen Oberfläche des Gehäuses 302 und einer unteren Oberfläche des Teiles 307 angeordnet ist, so daß die Herstellung vereinfacht und die Einzelteile verringert werden. Weiterhin wird ein Fluidaustritt vermieden, der durch Fehler in der Abdichtung zwischen dem Gehäuse 302 und dem Teil 307 verursacht werden kann.

Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung rein exemplarisch unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben worden ist und daß eine Vielzahl von Modifika tionen und Abwandlungen im Rahmen der vorliegenden Erfin dung möglich ist, ohne diesen Rahmen zu verlassen.

Claims

1. Eine magnetbetätigte Fluidsteuerventilvorrichtung mit:
einem Ventilgehäuse mit einem Fluideinlaß, einem Fluidauslaß und einem Fluiddurchlaß, der sich von dem Fluideinlaß zu dem Fluidauslaß erstreckt, und durch welchen ein Fluid unter einem gegebenen Druck fließt;
einem ersten Ventilteil, das beweglich entlang eines vorgegebenen Bewegungspfades angeordnet ist, der innerhalb des Ventilgehäuses definiert ist, wobei das erste Ventil teil eine Fluidkammer in dem gegebenen Bewegungspfad hat, wobei die Fluidkammer einen Kammereinlaß hat, der mit dem Fluideinlaß verbunden ist und einen Kammerauslaß hat, der mit dem Fluidauslaß verbindbar ist;
einem Elektromagneten, der eine Anziehungskraft er zeugt, die auf das erste Ventilteil wirkt, um das erste Ventilteil entlang des gegebenen Bewegungspfades zu bewe gen;
einem zweiten Ventilteil, das innerhalb des Ventilge häuses angeordnet ist und eine mit Druck beaufschlagbare Oberfläche hat, welche durch den Kammerauslaß mit der Fluidkammer in dem ersten Ventilteil entlang des gegebenen Bewegungspfades ausgesetzt ist, um selektiv den Kammeraus laß der Fluidkammer abhängig von einer Bewegung des ersten Ventilteiles durch die Anziehungskraft des Elektromagneten zu öffnen und zu schließen; und
einem Ausbalancierstab innerhalb des Ventilgehäuses, wobei der Ausbalancierstab eine mit Druck beaufschlagbare Oberfläche hat, welche der Fluidkammer in dem ersten Ven tilteil ausgesetzt ist, um der mit Druck beaufschlagbaren Oberfläche des zweiten Ventilteiles entlang des vorgegebe nen Bewegungspfades gegenüber zu liegen, wobei die mit Druck beaufschlagbare Oberfläche des Ausbalancierstabes ei ne größere Fläche hat als die mit Druck beaufschlagbare Oberfläche des zweiten Ventilteiles, so daß der Fluiddruck in der Fluidkammer einen Schub auf das erste Ventilteil ausübt, um das erste Ventilteil entlang des gegebenen Bewe gungspfades in einer Richtung entgegengesetzt zur Anzie hungskraft des Elektromagneten zu bewegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die magnetbetä tigte Fluidsteuerventilvorrichtung ein hydraulisches Steu erventil des Dreifachanschluß-Typs ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Feder zwischen dem Ventilgehäuse, die eine Federkraft er zeugt, die das erste Ventilteil in einer Richtung entgegen gesetzt zur Anziehungskraft des Elektromagneten vorspannt.

4. Eine magnetbetätigte Fluidsteuerventilvorrichtung mit:
einem Ventilgehäuse mit einem Fluideinlaß, einem Fluidauslaß und einem Fluiddurchlaß, der sich von dem Fluideinlaß zu dem Fluidauslaß erstreckt, und durch welchen ein Fluid unter einem gegebenen Druck fließt; einem Ventil teil, das innerhalb des Ventilgehäuses entlang eines gege benen Bewegungspfades beweglich angeordnet ist, wobei das Ventilteil eine Kammer und einen Ventilkopf hat, wobei der Ventilkopf selektiv eine Fluidverbindung zwischen dem Fluideinlaß und dem Fluidauslaß abhängig von einer Bewegung des Ventilteiles entlang des gegebenen Bewegungspfades er möglicht und unterbricht, wobei die Kammer eine mit Druck beaufschlagbare Oberfläche hat, in der ein Fluidanschluß ausgebildet ist, der mit dem Fluideinlaß in Verbindung steht;
einem Elektromagneten, der eine Anziehungskraft er zeugt, die auf das Ventilteil wirkt, um das Ventilteil ent lang des gegebenen Bewegungspfades zu bewegen;
einem Ausbalancierstab, der innerhalb der Kammer des Ventilteiles angeordnet ist und eine mit Druck beaufschlag bare Oberfläche hat; und
einer Fluidkammer, die durch die mit Druck beauf schlagbare Oberfläche der Kammer des Ventilteiles und der mit Druck beaufschlagbaren Oberfläche des Ausbalanciersta bes definiert ist, so daß ein der Fluidkammer von dem Fluidanschluß zugeführter Fluiddruck das Ventilteil entlang des gegebenen Bewegungspfades in eine Richtung entgegenge setzt zur Anziehungskraft des Elektromagneten bewegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, weiterhin mit einer geschlossenen Druckspeicherkammer, die innerhalb der Fluid kammer definiert ist, wenn die mit Druck beaufschlagbare Oberfläche des Ausbalancierstabes den Fluidanschluß der Fluidkammer abhängig von einer Bewegung des Ventilteiles durch die Anziehungskraft des Elektromagneten verschließt, wobei die geschlossene Druckspeicherkammer so ausgelegt ist, daß ein in der geschlossenen Druckspeicherkammer ge haltener Fluiddruck auf das Ventilteil wirkt, um das Ven tilteil entlang des gegebenen Bewegungspfades in Richtung entgegengesetzt zur Anziehungskraft des Elektromagneten zu bewegen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die magnetbetä tigte Fluidsteuerventilvorrichtung ein hydraulisches Steu erventil des Zweifachanschluß-Typs ist.

7. Eine magnetbetätigte Fluidsteuerventilvorrichtung mit:
einem Ventilgehäuse mit einer Kammer, einem Fluidein laß, einem Fluidauslaß und einem Fluiddurchlaß, der sich von dem Fluideinlaß zu dem Fluidauslaß erstreckt, und durch welchen ein Fluid unter einem gegebenen Druck fließt, wobei die Kammer mit dem Fluideinlaß in Verbindung steht;
einem Ventilteil, das beweglich entlang eines gegebe nen Bewegungspfades innerhalb des Ventilgehäuses in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung beweglich ist, um eine Fluidverbindung zwischen dem Fluideinlaß und dem Fluidauslaß zu ermöglichen und zu unterbrechen, wobei das Ventilteil einen Anker hat, der innerhalb der Kammer in dem Ventilgehäuse angeordnet ist und eine mit Druck beaufschlagbare Oberfläche hat, auf welche ein Fluiddruck in der Kammer wirkt, um das Ventil teil in die erste Richtung zu bewegen;
einer Feder innerhalb des Ventilgehäuses, um das Ven tilteil in die erste Richtung zu bewegen;
einem Elektromagneten zur Erzeugung einer Anziehungs kraft, die auf den Anker des Ventilteiles wirkt, um das Ventilteil in die zweite Richtung zu bewegen; und
eine Druckreguliervorrichtung zum Regulieren des Flui ddruckes in der Kammer, die in dem Ventilteil gebildet ist, um den Fluiddruck auf einem gegebenen Wert zu halten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die in dem Ven tilgehäuse gebildete Kammer einen Ablaß hat, und wobei die Druckreguliervorrichtung den Fluiddruck reguliert, der über den Ablaß abgegeben wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die magnetbetä tigte Fluidsteuerventilvorrichtung ein hydraulisches Steu erventil des Zweifachanschluß-Typs ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Druckregu liervorrichtung ein Tellerventil ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Druckregu liervorrichtung eine Drosselöffnung ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, weiterhin mit einem zweiten Ventilteil und einem Ausbalancierstab, wobei das Ventilteil in sich eine Kammer aufweist, die mit dem Fluideinlaß in Verbindung steht und wobei das zweite Ven tilteil und der Ausbalancierstab einander gegenüberliegend durch die Kammer entlang des gegebenen Bewegungspfades an geordnet sind.

13 Eine magnetbetätigte Fluidsteuerventilvorrichtung mit:
einem Ventilgehäuse mit einem Fluideinlaß, einem Fluidauslaß und einem Fluiddurchlaß, der sich von dem Fluideinlaß zu dem Fluidauslaß erstreckt und durch welchen ein Fluid unter einen gegebenen Druck fließt;
einem Ventilteil, das innerhalb des Ventilgehäuses entlang eines gegebenen Bewegungspfades in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur er sten Richtung beweglich angeordnet ist, wobei das Ventil teil einen Ventilkopf, eine Bohrung und eine mit Druck be aufschlagbare Oberfläche hat, welche der Bohrung ausgesetzt ist, wobei der Ventilkopf selektiv eine Fluidverbindung zwischen dem Fluideinlaß und dem Fluidauslaß ermöglicht und unterbricht, wobei die mit Druck beaufschlagbare Oberfläche einen Fluidanschluß aufweist, der mit dem Fluideinlaß in Verbindung steht;
einem Elektromagneten, der eine Anziehungskraft er zeugt, die auf das Ventilteil wirkt, um das erste Ventil teil entlang des gegebenen Bewegungspfades in die erste Richtung zu bewegen;
einem Ausbalancierstab mit einer mit Druck beauf schlagbaren Oberfläche, wobei der Ausbalancierstab inner halb der Bohrung des Ventilteiles so angeordnet ist, daß die mit Druck beaufschlagbare Oberfläche des Ausbalancier stabes der mit Druck beaufschlagbaren Oberfläche des Ven tilteiles gegenüberliegt, um eine Fluidkammer zu bilden, wobei die mit Druck beaufschlagbare Oberfläche des Ausba lancierstabes eine größere Querschnittsfläche als die mit Druck beaufschlagbare Oberfläche des Ventilteiles hat, so daß ein Fluiddruck in der Fluidkammer einen Schub erzeugt, der auf das Ventilteil wirkt, um das Ventilteil entlang des gegebenen Bewegungspfades in einer zweiten Richtung entge gengesetzt zur ersten Richtung zu bewegen; und
einer Feder innerhalb des Ventilgehäuses außerhalb des Elektromagneten, um das Ventilteil in die zweite Richtung entlang des gegebenen Bewegungspfades zu bewegen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die magnetbe tätigte Fluidsteuerventilvorrichtung ein hydraulisches Steuerventil des Zweifachanschluß-Typs ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, weiterhin mit einem Nadelventil, das entlang eines gegebenen Nadelventilbewe gungspfades beweglich ist, um selektiv eine Ventilbohrung zu öffnen und zu schließen und mit einem Steuerkolben mit einer Oberfläche, die einer Staudruckkammer ausgesetzt ist, um das Nadelventil entlang des gegebenen Nadelventilbewe gungspfades abhängig von Änderungen im Fluiddruck in der Staudruckkammer zu bewegen, wobei der Ventilkopf des Ven tilteiles selektiv die Fluidverbindung zwischen dem Fluid einlaß und dem Fluidauslaß ermöglicht und unterbricht, um die Schwankungen des Fluiddruckes in der Staudruckkammer zu erzielen.