DE2205027A1

DE2205027A1 - Elektromagnetisch betaetigbares kraftstoffeinspritzventil fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2205027A1
Application number: DE19722205027
Authority: DE
Inventors: Sytze Brouwers; Karl Dipl Ing Dr Ziesche
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1972-02-03
Filing date: 1972-02-03
Publication date: 1973-08-09
Also published as: GB1411053A

Description

R. 730
19.1.1972 Ks/Kb

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart 1

Elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einer mindestens eine Düsenöffnung steuernden und in einem Ventilgehäuse geführten Ventilnadel, die mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und an ihrem dem Ventilsitz abgewandten Ende mit dem Anker eines Elektromagneten verbunden ist, durch den die Ventilnadel bei Erregung des Elektromagneten im Sinne eines öffnens der Düsenöffnung entgegen der Kraft einer Schließfeder und entgegen der Strömungsrichtung des Kraftstoffes axial verschiebbar ist, und die einen Führungsteil hat, der . einen ersten den Ventilsitz benachbarten Steuerraum von einem zweiten dem Anker zugewandten Steuerraum trennt, wobei beide

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Steuerräume durch einen Zuströmkanal verbunden sind.

Bei bekannten Kraftstoffeinspritzventilen dieser Bauart (DT-PS 483 101, US-PS 1 66k 612, DT-OS 1 526 635) mit nach innen öffnender Ventilnadel vergrößert sich die in Öffnungsrichtung an der Ventilnadel angreifende vom Kraftstoffdruck beaufschlagte Fläche, wenn der Elektromagnet erregt ist und die Ventilnadel sich vom Ventilsitz abgehoben hat. Diese hinzukommende Fläche ist im geschlossenen Zustand des Einspritzventils vom Ventilsitz abgedeckt und vom Sitzdurchmeser und der Bauart des Ventils abhängig. Bei elektromagnetisch betätigbaren Kraftstoffeinspritzventilen mit von der Ventilnadel gesteuerten Lochdüsen (siehe z. B. DT-PS 483 101) ist diese hinzukommende Fläche relativ am größten. Bei Ventilen mit einem sogenannten Drosselzapfen (DT-OS 1 526 635) kommt im wesentlichen nur eine wirksame Ringfläche hinzu, die radial nach außen vom Sitzdurchmesser und nach innen vom Zapfendurchmesser der Ventilnadel begrenzt ist. Bei allen diesen Ventilen besteht der Naditeil, daß die beim Schließen des Ventils aufzuwendende Kraft größer ist als die zum öffnen benötigte. Dieser Nachteil führt zu einem langsamen und verzögerten Schließen der Ventilnadel und begünstigt das sogenannte "Kleben" des Magnetankers, das ist der bekannte durch Restmagnetismus hervorgerufene Halteeffekt nach dem Abschalten des Elektromagneten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beheben und ein schnelleres exaktes Schließen des elektromagnetisch betätigbaren Kraftstoffeinspritzventils zu erreichen,

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem Zuströmkanal ein Drosselglied angeordnet ist, das einen vorbestimmten Drosselquerschnitt hat, durch den bei geöffnetem Einspritzventil

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ein Druckabfall zwischen erstem und zweitem Steuerraum erzielbar ist.

Durch die Drossel wirkt beim Schließen des Einspritzventils eine Differenzkraft in Schließrichtung, die vor dem öffnen nicht da ist. Sie ist um so größer, je größer die durch die Düse fließende Kraftstoffmenge ist, sie hat also ein Maximum bei voll geöffnetem Ventil.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ergibt sich dadurch, daß der Zuströmkanal im wesentlichen in der Längsachse der Ventilnadel verläuft und dort das als auswechselbares Schraubteil ausgebildete Drosselglied aufnimmt. Dadurch ist ein einfaches Auswechseln des Drosselgliedes möglich, so daß ein Anpassen an die Einspritzbedingungen und ein Toleranzausgleich zwischen den einzelnen Einspritzventilen bei Einsatz in Mehrzylindermotoren erleichtert ist.

Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen elektromagnetisch betätigbaren Kraftstoffeinspritzventils sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Pig. I einen vereinfacht gezeichneten Schnitt durch das erste Ausführungsbeispiel in Schließstellung des Einspritzventil s,
Fig. 2 einen Schnitt wie Fig. 1, jedoch in Offenstellung

des Einspritzventils und
Fig. 3 einen Schnitt durch den erfindungswesentlichen Teil im Bereich der Ventilnadel des zweiten Ausführungsbeispiels.

In.einem nur schematisch dargestellten und deshalb einteilig gezeichneten Ventilgehäuse 10 des ersten Ausführungsbeispieles nach den Figuren 1 und 2 ist in einer Gehäusebohrung 11 eine Ventilnadel 12 mit einem Führungsteil 13 geführt, dessen Führungsdurchmesser mit D_p bezeichnet ist (siehe Fig. 2). Die Ventilnadel 12 hat einen Ventilkegel 14, der im geschlossenen Zustand (Fig. 1) des Kraftstoffeinspritzventils ι.

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auf einem Ventilsitz 15 aufliegt und damit den Kraftstofffluß zu Düsenöffnungen 16 unterbindet. Da der Durchmesser D„ des Ventilsitzes 15, der gleich dem Durchmesser des dem Ventilsitz zugewandten Endes 17 der Ventilnadel 12 ist, kleiner ist als der Durchmesser D_p des Führungsteils 13 der Ventilnadel 12, wird eine Druckschulter 18 gebildet, die im geschlossenen Zustand des Einspritzventils vom Zulaufdruck p„ des von einer nicht dargestellten Druckquelle über eine Zulaufleitung

19 zugeführten 'Kraftstoffes beaufschlagt ist und dabei eine Seite eines ersten dem Ventilsitz 15 benachbarten Steuerraums

20 begrenzt.

Der über die Zulaufleitung 19 zuströmende Kraftstoff umfließt einen Elektromagneten 21, dessen Wicklung 22 dabei gekühlt wird, und gelangt über einen Kanal 23 in einen zweiten Steuerraum Dieser zweite Steuerraum 24 ist mit dem ersten Steuerraum 20 durch einen Zuströmkanal 25 verbunden, der im wesentlichen in der Längsachse der Ventilnadel 12 verläuft und dort ein Drosselglied 27 hat, das in den Figuren 1 und 2 lediglich als Drosselbohrung in der Wand der Ventilnadel 12 dargestellt ist.

Der im zweiten Steuerraum 24 anstehende Zulaufdruck p„ beaufschlagt einerseits eine Stirnseite 28 der Ventilnadel 12 und andererseits einen Anker 29, der mindestens, wie gezeichnet, an zwei Seiten gleichzeitig vom Kraftstoff umgeben ist, so daß keine in öffnungsrichtung des Ventils am Anker angreifende überschüssige hydraulische Kraft wirksam ist. Der Anker 29 ist eng im Elektromagneten 21 geführt, um die Spaltverluste so gering wie möglich zu halten.

Anker 29 und Ventilnadel 12 sind durch ein Verbindungsglied gekuppelt, das in vorteilhafter Weise als biegeelastisches, jedoch genügend längssteifes Verbindungsglied aus Federstahldraht hergestellt ist und fertigungsbedingte Achsversetzungen von Anker 29 und Ventilnadel 12 ausgleicht. Eine Schließfeder 32 drückt die Ventilnadel 12 mit ihrem

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Ventilkegel 14 auf den Ventilsitz 15 und hält das Einspritzventil in der in Pig. I gezeichneten Schließstellung.

Fig. 2 zeigt das Einspritzventil nach Fig. 1 in seiner Offenstellung ; d.h. bei stromdurchflossenem Elektromagneten 21 ist der Anker 29 angezogen und hat über das Verbindungsglied 31 die Ventilnadel 12 entgegen der Kraft der Schließfeder in ihre den Ventilsitz 15 offenhaltende Stellung gebracht, so daß Kraftstoff von der Zulaufleitung 19 über den Kanal 23, den zweiten Steuerraum 24, den Zuströmkanal 25 mit dem Drosselglied 27', den ersten Steuerraum 20 und den offenen Ventilsitz 15 zu den Düsenöffnungen 16 fließen kann, um von dort in bekannter und nicht näher dargestellter Weise in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt zu werden.

Fig. 3 zeigt den unteren erfindungswesentlichen Teil des zweiten Ausführungsbeispiels mit einer in einer Bohrung II¹ eines Düsenkörpers 35 mit einem Führungsteil 13' geführten Düsennadel 12', die einen Ventilsitz 15' verschließt. Der Düsenkörper 35 ist in bekannter Weise durch eine Spannmutter 36 gegen eine untere Stirnseite 37 eines nur teilweise dargestellten Ventilgehäuses 10' gespannt, das in seinem oberen an sich bekannten und deshalb nicht dargestellten Teil den Elektromagneten mit Anker und die Krafstoffzulaufleitung ent?· hält. Dieser obere nicht dargestellte Teil entspricht im wesentlichen dem der Zulaufleitung 19 zugewandten Teil des Einspritzventiles nach Fig. 1 und 2. Ein als Zugstange ausgebildetes Verbindungsglied 31' trägt einen Stangenkopf 38, der in einem erweiterten Teil 39 eines Zuströmkanals 25' der Ventilnadel 12' mit Spiel eintaucht und dort durch einen Querstift 41 mit der Ventilnadel 12' befestigt ist.

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In die Erweiterung 39 ist das als auswechselbares Schraubteil ausgebildete Drosselglied 27' eingesetzt, das eine zentrale Drosselbohrung 43 hat, deren Drosselquerschnitt im folgenden mit F_ß bezeichnet wird. Der Führungsteil 13' des Ventilgliedes 12' trennt,wie das entsprechende Führungsteil 13 in Fig. 1 und 2,einen ersten dem Ventilsitz • 15' benachbarten Steuerraum 20^f von einem zweiten eine Schließfeder 32' aufnehmenden Steuerraum 24'. Beide Steuerräume

20¹ und 24' sind durch den mit dem Drosselglied 27' ausgestatteten Zuströmkanal 25' verbunden.

Im folgenden soll nun die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils anhand der Zeichnung beschrieben werden.

Im stromlosen Zustand des Elektromagneten 21 hält die Schließfeder 32,32' (siehe Fig. 1 und 3) die Ventilnadel 12,12' auf dem Ventilsitz 15,15' und sperrt die Kraftstoffzufuhr von der Zulaufleitung 19 zu den Düsenöffnungen 16,16'. Der in der Zulaufleitung 19 herrschende von der nicht dargestellten Druckquelle erzeugte Zulaufdruck p„ beaufschlagt sowohl vom ersten Steuerraum 20,20' wie auch vom zweiten Steuerraum 24,24» aus die Ventilnadel 12,12', da der Druck im zweiten Steuerraum 24,24' bei geschlossenem Ventil nicht von der Drossel 27>28' beeinflußt ist. Dabei wirken in der Schließrichtung der Ventilnadel 12,12' folgende Kräfte: Kraft in Schließrichtung Pa = P_p + p_z . F_p, wobei P-, die Kraft der Schließfeder und F„ die vom Kraftstoffdruck beaufschlagte dem Durchmesser D_p des Führungsteils 13,13* entsprechende Querschnittsfläche ist. In Öffnungsrichtung wirkt aber zur gleichen Zeit die Kraft Pb = p„ . (F_p Pg)_;. der Kraft Pa entgegen, so daß die wirksame Schließkraft P. = Pa - Pb = P_p + p„ . F ist, wobei F„ die dem Sitzdurchmesser D₃ entsprechende Querschnittsfläche und F_p - F„ bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 die Ringfläche der Druckschulter 18 ist.

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Der Elektromagnet 21 hat im Moment des Einschaltens P_A zu überwinden; d.h. die Anzugskraft P^ des Elektromagneten 21 muß größer sein als P_p + p_z . Fg. Da p_z . P_g bei hohen Zulaufdrücken sehr groß wird, muß bei der begrenzten Kraft der verwendbaren Elektromagneten P„ klein gewählt

2 werden. Beispielsweise ist bei D_g = 2 mm, P_g = 3_sl4. mm und p„ = 400 bar das Produkt aus p„ . F^ größer als 12kp.

Wenn die Ventilnadel 12,12' vom Ventilsitz 15,15^! abgehoben hat, und in ihrer in Fig. 2 gezeichneten Offenstellung steht, entfällt bei bekannten Magnetventilen ohne Drossel 27,27' die nach unten wirkende Kraft p„ . F_c. Durch den Fortfall dieser Kraft wird die Nadel sehr stark nach oben gezogen. Da die Federkraft aus dem erläuterten Grunde, klein gehalten werden müßte, ergibt sich jetzt ein schleichendes Schließen. Dieses langsame Schließen wird auch noch durch das sogenannte "Kleben" des Ankers im Elektromagneten begünstigt, was seine Ursache im Restmagnetismus des Elektromagneten hat.

Bei dem erfindungsgemäßen Einspritzventil bewirkt nun das in den Zuströmkanal 25,25' eingesetzte Drosselglied 27,27' einen Druckabfall^» im ersten Steuerraum 20,20', so daß beim Schließvorgang des Einspritzventils eine um Δρ. F„ verringerte hydraulische Gegenkraft vorhanden ist und das Einspritzventil dadurch schneller schließt. Diese erst gegen Ende des Öffnungshubes durch die dann entsprechend der vergrößerten Durchflußmenge voll wirksam werdende durch die Drosselwirkung der Drossel 27,27' verringerte Gegenkraft, oder anders ausgedrückt, die vergrößerte Schließkraft, hat beim Anziehen des Elektromagneten 21 keine nachteilige Auswirkung, da die Kraft des Elektromagneten 21 bei angezogenem Anker 29 (Fig. 2) bekanntlich am größten ist.

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Die durch das Drosselglied 27>27^f erzeugte Druckdifferenz muß durch Anpassung des zugehörigen Drosselquerschnitts F~ eine solche Größe haben, daß sie einerseits die Magnetkraft bei angezogenem Magneten nicht überwindet, jedoch andererseits groß genug ist, um bereits bei geringem Nachlassen der Magnetkraft die Schließbewegung der Ventilnadel 12,12' einzuleiten und zu beschleunigen. > y*

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Claims

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Ansprüche

{ 1.!Elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einer mindestens eine Düsenöffnung steuernden und in einem Ventilgehäuse geführten . Ventilnadel, die mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und an ihrem dem Ventilsitz abgewandten Ende mit dem Anker eines Elektromagneten verbunden ist, durch den die Ventilnadel bei Erregung des Elektromagneten im Sinne eines öffnens , der Düsenöffnung entgegen der Kraft einer Schließfeder und entgegen der Strömungsrichtung des Kraftstoffes axial verschiebbar ist, und die einen Führungsteil hat, der einen ersten dem Ventilsitz benachbarten Steuerraum von einem zweiten dem Anker zugewandten Steuerraum trennt, wobei beide Steuerräume durch einen Zuströmkanal verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zuströmkanal (25, 25') ein Drosselglied (27, 27') angeordnet ist, das einen vorbestimmten Drosselquerschnitt (P₀₁,) hat, durch den bei geöffneten Einspritzventil ein Druckabfall ( χ _zwi_SCh_en erstem und zweitem Steuerraum (20 und 24, bzw. 20' und 2¹I¹) erzielbar ist.
2. Elektromagnetisch betätigbares Krafstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuströmkanal (25, 25') im wesentlichen in der Längsachse der Ventilnadel (12, 12') verläuft und dort das als auswechselbares Sehraubteil ausgebildete Drosselglied (27⁵) aufnimmt. (Fig. 3)

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