DE19816315A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents
BrennstoffeinspritzventilInfo
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Abstract
Ein Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, weist eine Magnetspule (8), einen durch die Magnetspule (8) in einer Hubrichtung gegen eine erste Rückstellfeder (27) beaufschlagbaren Anker (11) und eine mit einem Ventilschließkörper (14) in Verbindung stehende Ventilnadel (13) auf. Die Ventilnadel (13) weist einen ersten Anschlag (32) für den auf ihr beweglichen Anker (11) auf, wobei der Anker (11) zusätzlich durch eine zweite Rückstellfeder (40) beaufschlagt ist. Ferner ist ein stationärer zweiter Anschlag (33) für den Anker (11) vorgesehen. Die zweite Rückstellfeder (40) beaufschlagt den Anker (11) entgegen der Hubrichtung und hält in einer Ruhestellung bei nicht erregter Magnetspule (8) den Anker (11) an dem zweiten Anschlag (33) so in Anlage, daß der Anker (11) von dem an der Ventilnadel (13) ausgebildeten ersten Anschlag (32) um einen vorgegebenen Abstand beabstandet ist.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des
Hauptanspruchs.
Aus der DE-OS 33 14 899 ist bereits ein elektromagnetisch betätigbares
Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei welchem zur elektromagnetischen Betätigung ein
Anker mit einer elektrisch erregbaren Magnetspule zusammenwirkt und der Hub des
Ankers über eine Ventilnadel auf einen Ventilschließkörper übertragen wird. Der
Ventilschließkörper wirkt mit einem Ventilsitz zusammen. Der Anker ist an der
Ventilnadel nicht starr befestigt, sondern der Anker ist gegenüber der Ventilnadel axial
beweglich angeordnet. Eine erste Rückstellfeder beaufschlagt die Ventilnadel in
Schließrichtung und hält somit das Brennstoffeinspritzventil im stromlosen, nicht erregten
Zustand der Magnetspule geschlossen. Der Anker wird mittels einer zweiten
Rückstellfeder in Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Anker in der Ruhestellung an
einem ersten, an der Ventilnadel vorgesehenen Anschlag anliegt. Bei Erregen der
Magnetspule wird der Anker in Hubrichtung angezogen und nimmt über den ersten
Anschlag die Ventilnadel mit. Beim Abschalten des die Magnetspule erregenden Stromes
wird die Ventilnadel mittels der ersten Rückstellfeder in ihre Schließstellung beschleunigt
und führt über den beschriebenen Anschlag den Anker mit. Sobald der Ventilschließkörper
auf dem Ventilsitz auftrifft, wird die Schließbewegung der Ventilnadel abrupt beendet. Die
Bewegung des mit der Ventilnadel nicht starr verbundenen Ankers setzt sich entgegen der
Hubrichtung fort und wird von der zweiten Rückstellfeder aufgefangen, d. h. der Anker
schwingt gegen die gegenüber der ersten Rückstellfeder eine wesentlich geringere
Federkonstante aufweisende zweite Rückstellfeder durch. Die zweite Rückstellfeder
beschleunigt den Anker schließlich erneut in Hubrichtung. Wenn der Anker an dem
Anschlag der Ventilnadel auftrifft, kann dies zu einem erneuten kurzzeitigen Abheben des
mit der Ventilnadel verbundenen Ventilschließkörpers von dem Ventilsitz und somit zum
kurzzeitigen Öffnen des Brennstoffeinspritzventils führen. Die Entprellung ist bei dem aus
der DE-OS 33 14 899 bekannten Brennstoffeinspritzventil daher unvollständig. Ferner ist
sowohl bei einem konventionellen Brennstoffeinspritzventil, bei welchem der Anker starr
mit der Ventilnadel verbunden ist, als auch bei dem aus der DE-OS 33 14 899 bekannten
Brennstoffeinspritzventil nachteilig, daß der Öffnungshub der Ventilnadel sofort einsetzt
sobald die von der Magnetspule auf den Anker ausgeübte Magnetkraft die Summe der in
Schließrichtung wirkenden Kräfte, d. h. der von der ersten Rückstellfeder ausgeübten
Federschließkraft und der hydraulischen Kräfte des unter Druck stehenden Brennstoffs,
übersteigt. Dies ist insofern nachteilig, als beim Einschalten des die Magnetspule
erregenden Stromes die Magnetkraft aufgrund der Selbstinduktion der Magnetspule und
auftretender Wirbelströme noch nicht ihren endgültigen Wert erreicht. Die Ventilnadel und
der Ventilschließkörper werden daher zu Beginn des Öffnungshubs von einer verminderten
Kraft beschleunigt. Dies führt zu einer nicht für alle Anwendungsfälle befriedigenden
Öffnungszeit.
In der US-PS 5,299,776 ist in diesem Zusammenhang vorgeschlagen worden, den Anker
nicht starr mit der Ventilnadel zu verbinden, sondern dem Anker ein gewisses axiales
Bewegungsspiel an der Ventilnadel zu ermöglichen. Die axiale Lage des Ankers in der
Ruhestellung des Brennstoffeinspritzventils ist jedoch bei dieser Ausgestaltung nicht
definiert und somit ist bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil
die Ansprechzeit beim Einschalten des Erregerstroms unbestimmt.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das Brennstoffeinspritzventil in
befriedigender Weise entprellt ist und außerdem eine äußerst geringe Öffnungszeit
aufweist.
Dadurch, daß die zweite Rückstellfeder den Anker in dem Ruhezustand des
Brennstoffeinspritzventils nicht an dem an der Ventilnadel vorgesehenen ersten Anschlag,
sondern an einem von dem ersten Anschlag der Ventilnadel beabstandeten, stationären
zweiten Anschlag in Anlage hält, wird beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils
erreicht, daß der Anker durch die zweite Rückstellfeder nicht wieder in Hubrichtung
beschleunigt wird. Beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils wird zunächst die
Bewegung der Ventilnadel abrupt beendet, wenn der Ventilschließkörper infolge der
Beschleunigung durch die erste Rückstellfeder an dem Ventilsitz zur Anlage kommt. Die
Bewegung des Ankers setzt sich auch bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil
in Schließrichtung, d. h. entgegen der Hubrichtung, fort, bis der Anker den zweiten
Anschlag erreicht. Wenn der Anker von dem zweiten Anschlag zurückprallt, wird er
jedoch von der zweiten Rückstellfeder wieder entgegen der Hubrichtung beschleunigt, und
es wird verhindert, daß der Anker den ersten Anschlag an der Ventilnadel wieder erreicht
und somit die Ventilnadel in Öffnungsrichtung mitführt. Durch die zweite Rückstellfeder
wird der Anker von dem an der Ventilnadel vorgesehenen ersten Anschlag so lange auf
Abstand gehalten, bis der Anker durch die Magnetspule infolge des nächsten die
Magnetspule erregenden Stromimpulses wieder in Hubrichtung beschleunigt wird.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils liegt darin, daß der
Anker vor dem Erreichen des an der Ventilnadel vorgesehenen ersten Anschlags, d. h. vor
dem Mitführen der Ventilnadel, zunächst vorbeschleunigt wird. Dadurch erreicht der
Anker bereits vor dem Mitführen der Ventilnadel einen Impuls, den er auf die Ventilnadel
überträgt. Im Vergleich zu einem Brennstoffeinspritzventil, bei welchem der Anker starr
mit der Ventilnadel verbunden ist oder einem Brennstoffeinspritzventil, bei welchem der
Anker zwar gegenüber der Ventilnadel beweglich ist, in der Ruhestellung jedoch an dem
Anschlag der Ventilnadel anliegt, wird eine wesentlich kürzere Öffnungszeit und somit
eine genauere Zumessung des Brennstoffs erreicht. Ein weiterer, die Öffnungszeit
verkürzender Effekt besteht darin, daß die auf den Anker ausgeübte Magnetkraft beim
Einschalten des die Magnetspule erregenden Stromimpulses zunächst aufgrund der
Selbstinduktion der Magnetspule und durch von der Magnetspule erregte Wirbelströme
vermindert ist. Bei geeigneter Dimensionierung des Abstandes zwischen dem zweiten
Anschlag, an welchem der Anker in seiner Ruhestellung positioniert ist, und dem ersten,
der Mitführung der Ventilnadel dienenden Anschlag, kann daher erreicht werden, daß
beim Anschlagen des Ankers an dem ersten Anschlag der Ventilnadel bereits soviel Zeit
vergangen ist, daß die Magnetkraft ihren endgültigen konstanten Wert erreicht hat. Durch
die vorgeschaltete Flugzeit des Ankers wird daher eine Zeitverzögerung erreicht, die die
nachfolgende Öffnungszeit des Brennstoffeinspritzventils signifikant verkürzt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruchs angegebenen
Brennstoffeinspritzventils möglich.
Vorzugsweise ist an der Ventilnadel ein Flansch, vorzugsweise in Form eines
Stufenzylinders, vorgesehen. Der Flansch kann mit der Ventilnadel einstückig ausgebildet
und z. B. durch Pressen hergestellt sein. Alternativ ist es möglich, den Flansch als
separates Bauteil auszubilden und mit der Ventilnadel, z. B. durch Schweißen, Löten oder
dergleichen zu verbinden. Wenn der Flansch als Stufenzylinder ausgebildet ist, dient
vorzugsweise eine erste Stufe als erster Anschlag für den Anker, während sich die zweite
Rückstellfeder an einer zweiten Stufe des Stufenzylinders abstützt. Die erste Rückstellfeder
kann sich an einer der zweiten Rückstellfeder gegenüberliegenden Stirnfläche des
Stufenzylinders abstützen. An dem stufenzylinderförmigen Flansch sind daher einige im
Rahmen der Erfindung wesentliche Funktionen vereint.
Vorzugsweise ist der zweite Anschlag und eine dem zweiten Anschlag gegenüberliegende
Stirnfläche des Ankers flächig ausgebildet. Der Zwischenraum zwischen dem Anker und
dem zweiten Anschlag ist vorzugsweise mit einem Brennstoffkanal verbunden, in welchen
der Brennstoff von einem Brennstoffzulaufstutzen zu dem Ventilschließkörper geführt ist.
Beim Abheben des Ankers von dem zweiten Anschlag füllt sich daher der Zwischenraum
zwischen dem Anker und dem zweiten Anschlag mit Brennstoff. Dies bewirkt beim
Schließen des Brennstoffeinspritzventils eine Quetschströmung zwischen dem zweiten
Anschlag und dem Anker, wenn sich der Zwischenraum aufgrund des Schließbewegung
des Ankers verringert. Die Quetschströmung bedingt eine Dämpfung, so daß der Anker an
dem zweiten Anschlag nahezu prellfrei zur Ruhe kommt.
Die zweite Rückstellfeder kann auch in einer ringförmigen Ausnehmung des Ankers
integriert sein. Dabei kann die ringförmige Ausnehmung auf der dem ersten Anschlag
gegenüberliegenden Seite des Ankers ausgebildet sein, wenn die zweite Rückstellfeder in
Zugrichtung vorgespannt ist. Dabei ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise.
Der Abstand zwischen dem Anker und dem ersten Anschlag ist vorzugsweise so bemessen,
daß während einer Flugzeit, die der Anker bei Erregung der Magnetspule bis zum
Erreichen des ersten Anschlags benötigt, sich eine im wesentlichen konstante Magnetkraft,
die die Magnetspule auf den Anker ausübt, eingestellt hat. Auf diese Weise wird eine
besonders kurze Öffnungszeit des Brennstoffeinspritzventils erreicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in
der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik in einer
geschnittenen Darstellung;
Fig. 2 eine ausschnittsweise, geschnittene Darstellung eines ersten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils;
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts III in Fig. 2; und
Fig. 4 eine ausschnittsweise, geschnittene Darstellung eines zweiten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils.
Bevor anhand der Fig. 2, 3 und 4 zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils näher beschrieben werden, soll zum besseren Verständnis der
Erfindung zunächst anhand von Fig. 1 ein bereits bekanntes Brennstoffeinspritzventil
bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.
Das allgemein mit dem Bezugszeichen 1 versehene Brennstoffeinspritzventil weist einen
Brennstoffzulaufstutzen 2 auf, welcher über ein Gewinde 4 mit einer Brennstoffleitung in
an sich bekannter Weise verbindbar ist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form
eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichteten,
fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet
sich besonders zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten
Brennraum einer Brennkraftmaschine. Der Brennstoff gelangt über ein Brennstoffilter 3 zu
einer in einem Kern 5 ausgebildeten Längsbohrung 6. Der Kern 5 weist einen äußeren
Gewindeabschnitt 7 auf, der mit dem Brennstoffeinlaßstutzen 2 verschraubt ist.
Der Kern 5 ist an seinem stromabwärtigen Ende 10 von einer Magnetspule 8 umgeben, die
auf einen Spulenträger 9 gewickelt ist. Stromabwärts des abspritzseitigen Endes 10 des
Kerns 5 befindet sich ein durch einen geringfügigen Spalt von dem abspritzseitigen Ende
10 des Kerns 5 beabstandeter Anker 11. Der Anker 11 weist Bohrungen 12 für den
Durchtritt des Brennstoffs auf. Der Anker 12 ist ferner mit einer Ventilnadel 13 z. B.
durch Schweißen starr verbunden. An dem dem Anker 11 gegenüberliegenden Ende weist
die Ventilnadel 13 einen Ventilschließkörper 14 auf, der mit einem an einem
Ventilsitzträger 16 ausgebildeten Ventilsitz 15 zusammenwirkt. Der Ventilsitzträger 16 ist
in dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel in einen Gehäusekörper 17 eingesetzt und mittels
eines Dichtrings 18 abgedichtet.
Der Gehäusekörper 17 ist mittels eines Gewindes 19 in einen nicht dargestellten
Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine einschraubbar. Beim Öffnen des
Brennstoffeinspritzventils 1 wird Brennstoff über wenigstens eine am stromabwärtigen
Ende des Ventilsitzträgers 16 ausgebildete Abspritzöffnung 20 in den ebenfalls nicht
dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Zur besseren Verteilung des
Brennstoffs dienen z. B. mehrere umfänglich eingebrachte Drallnuten 21 an dem
Ventilschließkörper 14. Zur Abdichtung des Ventilsitzträgers 16 in der Bohrung des
Zylinderkopfes dient eine Dichtung 22. Die Ventilnadel 13 ist in einer Längsbohrung 23
des Ventilsitzträgers 16 an Führungsflächen 24 geführt. Zwischen den Führungsflächen 24
befinden sich Abflachungen 25, um den ungehinderten Durchfluß des Brennstoffs zu
ermöglichen.
Zum Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 1 wird die Magnetspule 8 durch einen
elektrischen Erregerstrom erregt, der über ein elektrisches Verbindungskabel 26 zugeführt
wird. In dem Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 11 über eine
erste Rückstellfeder 27 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der
Ventilschließkörper 14 an dem Ventilsitz 15 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei
Erregung der Magnetspule 8 wird der Anker 11 in Hubrichtung an den Kern 5 gezogen,
wobei der Hub durch den in der Ruhestellung zwischen dem Kern 5 und dem Anker 11
befindlichen Spalt vorgegeben ist. Die starr mit dem Anker 11 verbundene Ventilnadel 13
und der Ventilschließkörper 14 werden in der Hubrichtung mitgeführt, so daß der
Ventilschließkörper 14 die Abspritzöffnung 20 freigibt.
Beim Abschalten des Erregerstroms werden der Anker 11, die starr mit dem Anker 11
verbundene Ventilnadel 13 und der Ventilschließkörper 14 durch die erste Rückstellfeder
27 in Schließrichtung entgegen der Hubrichtung beschleunigt. Wenn der
Ventilschließkörper 14 auf den Ventilsitz 15 aufprallt, kann es aufgrund der Elastizität der
Ventilnadel 13 und der Masse des starr mit der Ventilnadel 13 verbundenen Ankers 11 zu
einem Zurückprallen des Ventilschließkörpers 14 von dem Ventilsitz 15 kommen. Dies ist
höchst unerwünscht, da dieser Effekt zu einem erneuten kurzzeitigen Öffnen des
Brennstoffeinspritzventils 1 führt und sowohl die Zumeßzeit als auch die Zumeßmenge
verfälscht werden.
Beim Öffnen des in Fig. 1 dargestellten, bekannten Brennstoffeinspritzventils 1 besteht der
Nachteil, daß die von der Magnetspule 8 ausgeübte Magnetkraft unmittelbar nach dem
Einschalten des Erregerstroms den Anker 11 und die mit dem Anker 11 starr verbundene
Ventilnadel 13 beaufschlagt. Dies ist insofern ungünstig, als die von der Magnetspule 8
ausgeübte Magnetkraft unmittelbar nach Einschalten des Erregerstroms aufgrund der
Selbstinduktion der Magnetspule 8 und von der Magnetspule 8 induzierter Wirbelströme
nicht sofort ihren endgültigen Wert erreicht. Auf den Anker 11 wird daher in der
Anfangsphase des Öffnungshubs zunächst eine verminderte Magnetkraft ausgeübt, was für
manche Anwendungsfälle zu einer unbefriedigend langen Öffnungszeit führt.
Zur Überwindung dieser Nachteile dient die erfindungsgemäße Ausgestaltung. Ein erstes
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist in Fig. 2 in einer
auszugsweisen, geschnittenen Darstellung gezeigt. Dabei sind in einer vergrößerten
Darstellung nur diejenigen Komponenten gezeigt, die in bezug auf die Erfindung von
wesentlicher Bedeutung sind. Die Ausgestaltung der übrigen Komponenten kann mit einem
bekannten Brennstoffeinspritzventil 1, insbesondere mit dem in Fig. 1 dargestellten
Brennstoffeinspritzventil 1, identisch sein. Zum besseren Verständnis der Erfindung sind
bereits anhand von Fig. 1 beschriebene Elemente in Fig. 2 daher mit übereinstimmenden
Bezugszeichen gekennzeichnet. In Fig. 3 ist der Ausschnitt III in Fig. 2 in einer gegenüber
Fig. 2 nochmals wesentlich vergrößerten Darstellung wiedergegeben.
An dem dem Ventilschließkörper 14 gegenüberliegenden Ende weist die Ventilnadel 13
einen Flansch 30 auf, der im dargestellten Ausführungsbeispiel die Form eines
Stufenzylinders 37 hat. Der Anker 11 ist erfindungsgemäß mit der Ventilnadel 13 nicht
starr verbunden, sondern gegenüber der Ventilnadel 13 innerhalb vorgegebener Grenzen
axial verschiebbar. Die Ventilnadel 13, bzw. im dargestellten Ausführungsbeispiel der
Flansch 30 der Ventilnadel 13 weist einen ersten Anschlag 32 für den Anker 11 auf. Der
erste Anschlag 32 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel an einer ersten Stufe 31 des als
Stufenzylinder 37 ausgebildeten Flansches vorgesehen. Ein zweiter Anschlag 33 ist an
einem im Ausführungsbeispiel ringförmig oder teilringförmig ausgebildeten gehäusefesten,
stationären Anschlagkörper 34 vorgesehen, der in das Ventilgehäuse 17 einsetzbar ist. Die
Arretierung des Anschlagkörpers 34 kann z. B. durch Verklemmen erfolgen. Ferner ist es
möglich, den Anschlagkörper 34 an dem Gehäusekörper 17 mittels einer Schweißnaht 35
zu sichern. Zur axialen Positionierung des Anschlagkörpers 34 kann das Ventilgehäuse 17
einen gestuften Vorsprung 36 aufweisen. Der Anschlagkörper 34 wird dabei beim
Einführen in das Ventilgehäuse 17 so weit in das Ventilgehäuse 17 eingeschoben, bis er an
dem Vorsprung 36 des Ventilgehäuses 17 anliegt.
Der als Stufenzylinder 37 ausgebildete Flansch 30 kann mit der Ventilnadel 13 einteilig
ausgebildet sein und z. B. durch eine Pressverformung zusammen mit der Ventilnadel 13
hergestellt werden. Alternativ ist es jedoch auch möglich, den Flansch 30 als separates
Bauteil auszubilden und z. B. durch Verschweißen mit der Ventilnadel 13 zu verbinden.
Letzteres hat den Vorteil, daß die axiale Lage des Flansches 30 vor der endgültigen
Verbindung mit der Ventilnadel 13 justierbar ist.
In den Fig. 2 und 3 ist die Ruhestellung des Brennstoffeinspritzventils ohne elektrische
Erregung der Magnetspule 8 dargestellt. Wie aus diesen Figur erkennbar, ist der Abstand
zwischen dem ersten Anschlag 32 an dem Flansch 30 der Ventilnadel 13 und dem zweiten,
stationären Anschlag 33 so bemessen, daß sich im Ruhezustand des
Brennstoffeinspritzventils 1 ein Spalt 39 zwischen dem ersten Anschlag 32 und der dem
ersten Anschlag 32 gegenüberliegenden Stirnfläche 38 des Ankers 11 ergibt. Der Anker 11
wird in dem dargestellten Ruhezustand durch eine zweite Rückstellfeder 40 an dem
zweiten Anschlag 33 des stationären Anschlagkörpers 34 in Anlage gehalten. Die zweite
Rückstellfeder 40 ist zwischen einer zweiten Stufe 41 des als Stufenzylinder 37
ausgebildeten Flansches 30 und der dem ersten Anschlag 32 gegenüberliegenden
Stirnfläche 38 des Ankers 11 eingespannt. An der zweiten Stufe 41 des Stufenzylinders 37
stützt sich gegenüberliegend an einer Stirnfläche 44 auch die erste Rückstellfeder 27 ab,
die ebenfalls über den Flansch 30 an der Ventilnadel 13 angreift und die Ventilnadel 13 in
Schließrichtung vorspannt. Wie sowohl aus Fig. 2 als auch aus Fig. 3 erkennbar, befindet
sich zwischen dem stromabwärtigen Ende 10 des Kerns 5 und der oberen Stirnfläche 38
des Ankers 11 ein zweiter Spalt 42, der in axialer Richtung größer bemessen ist als der
zwischen dem ersten Anschlag 32 und der Stirnfläche 38 des Ankers 11 vorgesehene erste
Spalt 39.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ist folgende:
Beim Öffnen des Brennstoffeinspritzventils nach Erregen der Magnetspule 8 wird zunächst nur der Anker 11 in Hubrichtung gegen die zweite Rückstellfeder 40 beschleunigt, zunächst ohne daß die Ventilnadel 13 und der mit der Ventilnadel 13 verbundene Ventilschließkörper 14 mitgeführt werden. Der Anker 11 trifft aufgrund der Vorbeschleunigung mit einem erheblichen Impuls auf den ersten Anschlag 32 auf und führt die Ventilnadel 13 und den Ventilschließkörper 14 mit. Aufgrund der Vorbeschleunigung und des Impulses des Ankers 11 wird eine relativ zügige Öffnungsbewegung nach dem Auftreffen des Ankers 11 auf den ersten Anschlag 32 erzielt. Ferner hat die Flugzeit des Ankers 11 vor dem Auftreffen auf den ersten Anschlag 32 den Vorteil, daß bei geeigneter Dimensionierung des Abstands zwischen dem ersten Anschlag 32 und dem zweiten Anschlag 33 eine so lange Verzögerungszeit erreicht wird, daß zwischenzeitlich die Magnetkraft ihre volle Intensität erreicht hat. Wie bereits beschrieben, ist in der Anfangsphase der Erregung der Magnetspule 8 die von der Magnetspule 8 erzeugte Magnetkraft aufgrund der Selbstinduktion der Magnetspule 8 und induzierter Wirbelströme vermindert. Die Beschleunigung der Ventilnadel 13 und des Ventilschließkörper 14 erfolgt dann mit voller, nicht reduzierter Magnetkraft, was ebenfalls zu einer kurzen Öffnungszeit beiträgt. Nach dem Erreichen des ersten Anschlags 32 wird der Anker 11 zusammen mit der Ventilnadel 13 und dem Ventilschließkörper 14 in Hubrichtung so lange beschleunigt, bis die Stirnfläche 38 des Ankers 11 die stromabwärtige Stirnfläche des Endes 10 des Kerns 5 erreicht. Der erste Spalt 39 bestimmt daher die Vorbeschleunigung des Ankers 11, während der zweite Spalt 42 den Öffnungshub des Brennstoffeinspritzventils 1 festlegt.
Beim Öffnen des Brennstoffeinspritzventils nach Erregen der Magnetspule 8 wird zunächst nur der Anker 11 in Hubrichtung gegen die zweite Rückstellfeder 40 beschleunigt, zunächst ohne daß die Ventilnadel 13 und der mit der Ventilnadel 13 verbundene Ventilschließkörper 14 mitgeführt werden. Der Anker 11 trifft aufgrund der Vorbeschleunigung mit einem erheblichen Impuls auf den ersten Anschlag 32 auf und führt die Ventilnadel 13 und den Ventilschließkörper 14 mit. Aufgrund der Vorbeschleunigung und des Impulses des Ankers 11 wird eine relativ zügige Öffnungsbewegung nach dem Auftreffen des Ankers 11 auf den ersten Anschlag 32 erzielt. Ferner hat die Flugzeit des Ankers 11 vor dem Auftreffen auf den ersten Anschlag 32 den Vorteil, daß bei geeigneter Dimensionierung des Abstands zwischen dem ersten Anschlag 32 und dem zweiten Anschlag 33 eine so lange Verzögerungszeit erreicht wird, daß zwischenzeitlich die Magnetkraft ihre volle Intensität erreicht hat. Wie bereits beschrieben, ist in der Anfangsphase der Erregung der Magnetspule 8 die von der Magnetspule 8 erzeugte Magnetkraft aufgrund der Selbstinduktion der Magnetspule 8 und induzierter Wirbelströme vermindert. Die Beschleunigung der Ventilnadel 13 und des Ventilschließkörper 14 erfolgt dann mit voller, nicht reduzierter Magnetkraft, was ebenfalls zu einer kurzen Öffnungszeit beiträgt. Nach dem Erreichen des ersten Anschlags 32 wird der Anker 11 zusammen mit der Ventilnadel 13 und dem Ventilschließkörper 14 in Hubrichtung so lange beschleunigt, bis die Stirnfläche 38 des Ankers 11 die stromabwärtige Stirnfläche des Endes 10 des Kerns 5 erreicht. Der erste Spalt 39 bestimmt daher die Vorbeschleunigung des Ankers 11, während der zweite Spalt 42 den Öffnungshub des Brennstoffeinspritzventils 1 festlegt.
Beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1 bewegen sich zunächst der Anker 11, die
Ventilnadel 13 und der Ventilschließkörper 14 synchron in Schließrichtung. Sobald der
Ventilschließkörper 14 den Ventilsitz 15 erreicht, wird die Bewegung des
Ventilschließkörpers 14 und der Ventilnadel 13 abrupt beendet, während sich der Anker 11
weiterhin in Schließrichtung bewegt, bis der Anker 11 an dem zweiten Anschlag 33
auftrifft. Selbst wenn der Anker 11 von dem zweiten Anschlag 33 zurückprallt, hat dies
keinen negativen Einfluß auf das Öffnungsverhalten des Brennstoffeinspritzventils 1, da
durch die zweite Rückstellfeder 40 verhindert wird, daß der Anker 11 den ersten Anschlag
32 nochmals erreicht. Ein erneutes Mitführen der Ventilnadel 13 und des
Ventilschließkörpers 14 wird daher verhindert. Der Anker 11 wird schließlich durch die
zweite Rückstellfeder 40 an dem zweiten Anschlag 33 in Anlage gehalten, bis ein neuer
Stromimpuls eine erneute Öffnung des Brennstoffeinspritzventils 1 durch Erregung der
Magnetspule 8 herbeiführt.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird daher sowohl eine wirkungsvolle
Entprellung als auch eine relativ kurze Öffnungszeit des Brennstoffeinspritzventils 1
erreicht.
Dadurch, daß der sich beim Öffnen zwischen dem zweiten Anschlag 33 und der dem
zweiten Anschlag 33 gegenüberliegenden Stirnfläche 43 ausbildende Zwischenraum mit
einem sich von dem Brennstoffzulaufstutzen 2 bis zu dem Ventilschließkörper 14
erstreckenden Brennstoffkanal verbunden ist und dieser Zwischenraum beim Öffnen des
Brennstoffeinspritzventils 1 mit Brennstoff gefüllt wird, ergibt sich eine zusätzliche
Dämpfung des Ankers 11 bei der Schließbewegung. Zwischen dem flächig ausgebildeten
zweiten Anschlag 33 und der ebenfalls flächig ausgebildeten gegenüberliegenden
Stirnfläche 43 des Ankers 11 stellt sich nämlich bei der Schließbewegung eine
Quetschströmung ein, die den Anker 11 an dem zweiten Anschlag 33 prellfrei zur Ruhe
kommen läßt.
Da die Flugzeit des Ankers 11 bis zum Erreichen des ersten Anschlags 32 konstant ist,
weil sich der Anker 11 aufgrund der zweiten Rückstellfeder 40 in seiner Ruhestellung
reproduzierbar an dem ersten Anschlag 33 befindet, muß bei der Ansteuerung des
erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 lediglich berücksichtigt werden, daß der
die Öffnung herbeiführende Stromimpuls um diese Flugzeit gegenüber dem Beginn der
Zumeßzeit früher eingeschaltet wird. In dem die Magnetspule 8 ansteuernden elektrischen
Ansteuergerät sind jedoch keine weiteren Maßnahmen erforderlich, um die zu Beginn des
elektrischen Ansteuerpulses geringere Magnetkraft elektrisch zu kompensieren, wodurch
der Aufwand für das elektrische Ansteuergerät verringert wird.
Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils 1. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen, um die Zuordnung zu erleichtern.
Im Unterschied zu dem bereits anhand der Fig. 2 und 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel
steht die zweite Rückstellfeder 40 bei dem in Fig. 4 dargestellten zweiten
Ausführungsbeispiel unter einer Zugspannung und ist in einer in dem Anker 11 an der dem
Kern 5 gegenüberliegenden Seite ausgebildeten, ringförmigen Ausnehmung 50 integriert.
Die zweite Rückstellfeder 40 ist an dem Anker 11 an einer ersten, z. B. durch eine
Verstemmung gebildeten Halterung 51 und an dem gehäusefesten, stationären
Anschlagkörper 34 durch eine weitere, z. B. ebenfalls durch eine Verstemmung
hergestellte Halterung 52 befestigt. Die Rückstellfeder 40 befindet sich unter einer
Zugvorspannung, so daß in der in Fig. 4 dargestellten Ruhestellung der Anker 11 an dem
zweiten Anschlag 33 in Anlage gehalten wird. Der Bewegungsablauf ist im wesentlichen
der gleiche wie bei dem anhand der Fig. 2 und 3 beschriebenen ersten
Ausführungsbeispiel, wobei der Anker 11 durch die zweite Rückstellfeder 40 stets in Fig.
4 nach unten in Richtung auf den zweiten Anschlag 33 gezogen wird. Dadurch wird auch
bei diesem Ausführungsbeispiel verhindert, daß der Anker 11 bei der Schließbewegung
von dem zweiten Anschlag 33 so weit zurückprallen kann, daß er den ersten Anschlag 32
wieder erreicht und das Brennstoffeinspritzventil 1 wieder öffnet.
Ergänzend wird noch darauf hingewiesen, daß der Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1
auch in der Weise erfolgen kann, daß vor dem eigentlichen Bestromen der Magnetspule 8
diese mit einem geringeren Strom vorbeaufschlagt wird, um eine Vormagnetisierung zu
erreichen. Bei der Vormagnetisierung wird der Anker 11 gegen die Kraft der zweiten
Rückstellfeder 40 bis an den ersten Anschlag 32 gezogen, wobei jedoch die Kraft der
ersten Rückstellfeder 27 noch nicht überwunden wird. Bei der dann erfolgenden Erhöhung
des Erregungsstromes der Magnetspule 8 erfolgt die Öffnung des Brennstoffeinspritzventils
1. Bei dieser Betriebsart läßt sich zwar der Öffnungszeitpunkt des
Brennstoffeinspritzventils 1 exakt bestimmen, jedoch wird auf die mit der
Vorbeschleunigung des Ankers 11 verbundenen, zu einer kurzen Öffnungszeit führenden,
vorstehend beschriebenen Vorteile verzichtet.
Claims (11)
1. Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen,
insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer
Brennkraftmaschine, mit einer Magnetspule (8), einem durch die Magnetspule (8) in einer
Hubrichtung gegen eine erste Rückstellfeder (27) beaufschlagbaren Anker (11) und einer
mit einem Ventilschließkörper (14) in Verbindung stehenden Ventilnadel (13), die einen
ersten Anschlag (32) für den Anker (11) aufweist, wobei der Anker (11) zusätzlich durch
eine zweite Rückstellfeder (40) beaufschlagt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein stationärer zweiter Anschlag (33) für den Anker (11) vorgesehen ist, und
daß die zweite Rückstellfeder (40) den Anker (11) entgegen der Hubrichtung beaufschlagt und in einer Ruhestellung bei nicht erregter Magnetspule (8) den Anker (11) an dem zweiten Anschlag (33) so in Anlage hält, daß der Anker (11) von dem an der Ventilnadel (13) ausgebildeten ersten Anschlag (32) um einen vorgegebenen Abstand beabstandet ist.
daß ein stationärer zweiter Anschlag (33) für den Anker (11) vorgesehen ist, und
daß die zweite Rückstellfeder (40) den Anker (11) entgegen der Hubrichtung beaufschlagt und in einer Ruhestellung bei nicht erregter Magnetspule (8) den Anker (11) an dem zweiten Anschlag (33) so in Anlage hält, daß der Anker (11) von dem an der Ventilnadel (13) ausgebildeten ersten Anschlag (32) um einen vorgegebenen Abstand beabstandet ist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Anschlag (33) an einem stationären Ventilgehäuse (17) ausgebildet ist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Anschlag (33) an einem stationären, die Ventilnadel (13) umgebenden
Ventilsitzträger (16) ausgebildet ist, der einen mit dem Ventilschließkörper (14)
zusammenwirkenden Ventilsitz (15) trägt.
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Anschlag (32) an einem an der Ventilnadel (13) vorgesehenen Flansch (30)
ausgebildet ist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Rückstellfeder (40) zwischen dem Anker (11) und dem Flansch (30) der
Ventilnadel (13) eingespannt ist.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Flansch (30) als Stufenzylinder (37) ausgebildet ist, wobei der erste Anschlag (32)
durch eine erste Stufe (31) des Stufenzylinders (37) gebildet ist und die zweite
Rückstellfeder (40) sich an einer zweiten Stufe (41) des Stufenzylinders (37) abstützt.
7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die erste Rückstellfeder (27) an einer der zweiten Rückstellfeder (40)
gegenüberliegenden Stirnfläche (44) des Stufenzylinders (37) abstützt.
8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Anker (11) eine ringförmige Ausnehmung (50) aufweist, in welcher die zweite
Rückstellfeder (40) integriert ist.
9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ringförmige Ausnehmung (50) auf der dem ersten Anschlag (32)
gegenüberliegenden Seite des Ankers (11) ausgebildet ist und die zweite Rückstellfeder
(40) in Zugrichtung vorgespannt ist.
10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Anschlag (33) und eine dem zweiten Anschlag (33) gegenüberliegende
Stirnfläche (43) der Ankers (11) flächig ausgebildet sind, und ein sich nach Abheben des
Ankers (11) von dem zweiten Anschlag (33) bildender Zwischenraum zwischen dem
Anker (11) und dem zweiten Anschlag (33) mit einem Brennstoffkanal verbunden ist, der
sich von einem Brennstoffzulaufstutzen (2) bis zu dem Ventilschließkörper (14) erstreckt.
11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der vorgegebene Abstand zwischen dem Anker (11) und dem ersten Anschlag (32) so
bemessen ist, daß während einer Flugzeit, die der Anker (11) bei Erregung der
Magnetspule (8) vom zweiten Anschlag (33) bis zum Erreichen des ersten Anschlags (32)
benötigt, sich eine im wesentlichen konstante Magnetkraft, die die Magnetspule (8) auf
den Anker (11) ausübt, eingestellt hat.
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