DE2300458A1 - Elektromagnetisch gesteuerte einspritzduese mit kugelventil - Google Patents

Elektromagnetisch gesteuerte einspritzduese mit kugelventil

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Description

Dipl.-lng. H. MITSCHERLICK 8 MÖNCHEN Dipl.-lng. K. GUNSCHMANN stems***,**. 10
Dr. rer. not. W. KÖRBER *(οβιΐ)-»«β« Dipl.-lng. J. SCHMIDT-EVERS 2300458
PATENTANWÄLTE
5. Januar 1973
REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT 8/10 Avenue Emile Zola
Billancourt (Seine) Frankreich
und
AUTOMOBILES PEUGEOT
75, Avenue de la Grande Armee
Paris / Frankreich
Patentanmeldung
Elektromagnetisch gesteuerte Einspritzdüse mit Kugelventil
Die Erfindung betrifft elektromagnetisch gesteuerte Einspritzdüsen mit Kugelventil, die zum Einspritzen eines fließfähigen Mediums (Fluids) insbesondere in Verbrennungsmotoren bestimmt sind.
Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art regelt das das Ventil darstellende Verschlußorgan die Einspritz-
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menge in Abhängigkeit von mehreren Parametern, z.B« der Federkraft, des ErregungsStroms, der Bewegung des Organs und der Ausrichtung der verschiedenen Teile; daraus folgt, daß der Aufbau dieser Vorrichtungen kompliziert ist und genaue Bearbeitung erforderlich ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, diese Nachteile zu beseitigen und Einspritzdüsen anzugeben, deren Ventil, einen einfachen Aufbau in Form einer Kugel hat.
Ferner soll die Erfindung die Aufgabe lösen, Einspritzdüsen mit Kugelventil zu entwickeln, die mit hoher Frequenz arbeiten können und deren Einspritzmenge, die im wesentlichen von der Steuerimpulsdauer und der Ausbildung der Einspritzöffnung abhängt, genau regulierbar ist»
Eine erfindungsgemässe Einspritzdüse besteht aus einem Mantelteil, einem in dem Mantelteil untergebrachten Kern mit einer Fluideintrittsleitung, einer den Kern umgebenden Erregerwicklung, einem zwischen dem Mantelteil und der Kappe vorgesehenen Raum für die Aufnahme einer die in der Kappe vorgesehene Einspritzöffnung verschliessenden Kugel, die von der Erregerwicklung gegen eine vor dem Kern angebrachte elastische Anordnung gezogen wird.
Die Fluidströmungsquerschnitte oberhalb der Kugel und um die Kugel herum, die insbesondere die Form von Kanälen haben und der Querschnitt des Sitzes, auf dem die Kugel aufliegt, sind mehrfach grosser als der Querschnitt des Fluidaustritts, so daß die Einspritzmenge
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wenig von dem Hub der Kugel, dem Erregerstrom und der Rückführungskraft der elastischen Anordnung abhängt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer die Erfindung nicht beschränkenden speziellen Ausführungsform einer Einspritzdüse und anhand der zugehörigen Zeichnungen, die folgendes darstellen:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch die Einspritzdüse; Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1; Fig. 4 und 5 zwei Ausführungsvarxanten des vorderen
Kernabschnitts und der elastischen Rückführungsanordnung;
Fig. 6 die Anordnung von zwei Einspritzöffnungen in dem Mantelteil;
Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der Einspritzdüse;
Fig. 8 einen Querschnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig. 7;
Fig. 9 eine Ausführungsform des Wicklungsanschlusses;
Fig.10 die Anordnung einer Einspritzdüse mit zwei Einsprit zöffnungen;
Fig.11 eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemässen Einspritzdüse mit Kugelventil.
Die in Fig. 1 gezeichnete Einspritzdüse weist ein Gehäuse 309828/0448
aus magnetischem Werkstoff auf; ein erster Gehäuseteil wird von dem Mantelteil 1 gebildet und ein zweiter von dem Kern 2 eines Elektromagneten, Dieser Kern 2 besitzt eine Fluideintrittsleitung 3. Am Ende des Kerns 2 ist eine Kugel 4 vorgesehen, die aus magnetischem Werkstoff besteht und von der ein Ventil bildenden elastischen Anordnung 5 gegen den Ventilsitz 6 gedrückt wird, der aus nichtmagnetischem Werkstoff, z.B. aus austenitischem nichtrostenden Stahl besteht; die Kugel 4 befindet sich in dem Raum 7, der in der Kappe 8 vorgesehen ist, die an dem Mantelteil 1 angebracht ist und einen dritten Teil des genannten Gehäuses darstellt.
Unter der Wirkung des von der auf dem Spulenhalter 10 angeordneten Wicklung 9 erzeugten Feldes wird die Kugel U gegen die Wirkung der Feder 5 in Richtung auf den Kern 2 bewegt und das Fluid etrömt durch die Leitung 3, die Nuten 11, den Raum 7, die Nuten 12 und die Düsenöffnung
Die eben beschriebene Anordnung weist eines der besonderen Merkmale der Erfindung auf. Bei in die Kappe 8 eingesetztem Sitz 6 und eingelegter Kugel 4 wird jene bis zum Anschlag auf das Mantelteil 1 geschraubt, wobei ein Dichtungsring I1+ zwischen die Kappe 8 und den Spulenhalter 10 und eine Dichtung IH' zwischen den Spulenhalter und den Mantelteil 1 gelegt wird. Der iö?n 2 wird eingeführt und bei 15 verschweißt. Die Einstellung der Kugelbewegung wird dann durch Niederschrauben der Kappe 8 um so viele Umdrehungen oder Teile von Umdrehungen, wie dem gewünschten Wert entsprechen, vorgenommen.
Die vorzugsweise hohl ausgeführte Kugel 4 kann oberflächenbehandelt werden, kann beispielsweise verchromt werden, um .eine Zwischenschicht gegenüber dem Kern 2 bei geöffnetem
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Ventil zu erhalten und dadurch das Anhaften infolge magnetischer Remanenz zu verhindern.
Am Ende des Kerns 2 ist eine Aussenschulter 2a vorgesehen, auf die sich die elastische Anordnung 5 für die Rückführung der Kugel U abstützt; das Ende 2b des Kerns 2 ist eben und steht senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kugel und der Fluidstrom verläuft durch die Eintrittsleitung 3 und die Nuten 11 und 12.
Die Kugel 4 kann auch ganz aus magnetischem Metall bestehen, wobei der feststehende Zwischenraum, der eine magnetische Nachwirkung verhütet, dann durch eine dünne Schicht aus unmagnetischem Material, etwa aus Chrom, Kupferberyllium, einer Metallkeramikverbindung usw., gebildet wird, die auf dem Ende 2b des Kerns vorgesehen ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung (Fig. Ό wird ein nichtmagnetisches Bauteil 16 in die Mitte des Endstücks des Kerns eingesetzt und dadurch ebenfalls eine magnetische Nachwirkung vermieden.
Das Endstück des Kerns 2 zeigt eine Variante der Erfindung. Gemäß Fig. 4 wird die Feder 17 in die in dem Kern 2 vorgesehene Ausnehmung 18 gesetzt. Nach Fig. 5 ruht die Kugel *i auf einem Fuß 20, der eine Eigenführung in dem Raum 7 herbeiführt. Der Fuß der Rückführungsfeder 21 wird dann zweckmässigerweise in der Mitte des Kerns 2 in der Ausnehmung 22 untergebracht. Die Kugel 1 und der Fuß 20 oder nur eines der beiden Teile erhält eine Oberflächenbehandlung, beispielsweise eine Verchromung, um Anhaften wegen magnetischer Remanenz zu verhindern. Der Fuß 20 weist eine dem Kern 2 gegenüberstehende Planfläche und eine der Kugel U gegenüberliegende
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Konkavfläche auf und ist zwischen der Rückführungsfeder 5, 17, 21 und der genannten Kugel 4 angeordnet.
Fig, 6 zeigt eine Ausführungsweise mit zwei Einspritzöffnungen 23 und 23·, wodurch entweder die erforderliche Einspritzmenge für eine einzige Einlaßleitung oder eine Aufteilung auf mindestens zwei Einlaßleitungen erreicht wird,
Fig. 7 stellt eine Ausführungsvariante der Einspritzdüse mit Kugelventil darj danach ist ein Gehäuse aus magnetischem Material vorgesehen, wobei ein erster Gehäuseteil den Mantel 31 bildet, ein zweiter das Unterteil 3lä und ein dritter 32 eine Leitung 33 für den Eintritt von Fluid in das Ventil, An dem Ende des Kerns 32 ist eine Kugel 34 aus magnetischem Werkstoff vorgesehen, die von der ein Ventil bildenden Feder 35 auf den Ventilsitz 36 gedrückt wird, der aus nichtrostendem austenitischen Stahl oder Kupferberyllium oder einem anderen unmagnetischen Werkstoff besteht; die Kugel befindet sich in dem Raum 37, der in der Kappe 38 ausgespart ist, die an dem Mantel 31 angebracht ist und den vierten Teil des Gehäuses darstellt. Das Gehäuse besteht aus einem Werkstoff mit hoher magnetischer Induktion,
Unter der Wirkung des von der auf dem Spulenhalter 40 angeordneten Wicklung 3 9a?zeugten Feldes wird die Kugel in Richtung auf den Kern 32 gegen die Wirkung der Feder 35 geführt, und das Fluid strömt nun durch die Leitung 3 3, den Durchlaß 41 in dem Rohr 42, den Raum 37 und die Einspritzöffnung 4 3.
Das um den Kern 32 gelegte unmagnetische Rohr 42 sorgt für die Ausrichtung der Teile 3.2, 34 und 4 3. Das Rohr 42 ist
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bei H8 mit 31 und 32 verbunden und bei 49 mit 36. Ein unmagnetisches Teil H6 verhindert das Haften der Kugel 31 an dem Kern 32. In Längsrichtung des Kerns 32 eingeschnittene Nuten H 7 setzen Verluste durch Foucault1 sehe Ströme herab. Die Kugel 34 ist vorzugsweise hohl und besteht aus magnetischem rostfreiem Stahl.
Der Anschluß der Wicklungsdrähte erfolgt zweckmässigerweise (Fig. 9) mit einer flexiblen, flachen Schaltung, beispielsweise einer gedruckten Schaltung 50, die von zwei Punkten 51 und 52 eines Ringes 5 3 ausgeht, der gegen den Spulenhalter 4Ό gedrückt wird.
Fig. 10 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit für die Anbringung einer Einspritzdüse mit zwei Einspritzöffnungen 23 und 23', die gleichzeitig jeweils eine von mehreren Einlaß^eitungen versorgt.
Fig. 11 gibt eine Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Einspritzdüse mit Kugelventil wieder. Es ist nämlich wichtig zu verhindern, daß durch den in der Einlaßkammer herrschenden, zwischen 0 und 1 bar variierenden Druck eine Turbulenz erzeugt wird, die den Austritt an dem Düsenausgang stört.
Um derartige Störungen zu vermeiden, wird der obenbeschriebenen Einspritzdüse eine Düse hinzugefügt, die aus einer Kammer besteht, die der Kappe der Einspritzdüse angepaßt wird und in die die durch die Kappe verlaufende Leitung mündet; in die Stirnfläche der Kammer ist eine Einspritzöffnung geschnitten und eine seitliche öffnung mit einem Durchmesser, der grosser ist als der der Einspritzöffnung, ist in der Kammerwand vorgesehen.
Wegen dieser Anordnung ergibt sich an der seitlichen 309828/0440
öffnung ein Ausstoß, der eindeutig grosser ist als der an der Einspritzöffnung, so daß der Restdruck in der Kammer zu vernachlässigen ist.
Die Vorteile der derart verbesserten Einspritzdüse bestehen darin, daß der Druck am Ausgang der Einspritzdüse gleich dem Atmosphärendruck ist, daß der Kraftstoffdruck in der Zuleitung zur Einspritzdüse durch Vergleich mit dem Atmosphären druck gewonnen wird und daher der Antriebsdruck des Kraftstoffs unabhängig vom Atmosphärendruck ist. Ein letzter Vorteil ist darin zu sehen, daß die Luftmenge zur Druckregelung die Herstellung einer Ausgangsemulsion ermöglicht.
Gemäß Fig. 11 besteht die insgesamt mit 54 bezeichnete Düse aus einer auf die Kappe 8 der Einspritzdüse gesetzten oder zu einem Bauteil mit der Kappe zusammengefaßten zylindrischen Kammer. In die Mitte der Stirnfläche 55 der Kammer ist eine Exnspritzoffnung 56 gebohrt. In die Sei-
! tenwand der Kammer ist nahe der genannten Stirnfläche eine öffnung 57 geschnitten. Der Durchmesser der Öffnung 57 ist vier- bis fünfmal grosser als der Durchmesser der
- Öffnung 56: daher ergibt sich an der öffnung 57 eine Ausströmungsmenge, die deutlich grosser ist als die Austrittsmenge an der öffnung 56. Der an der öffnung 57 herrschende Druck entspricht demjenigen der in die Einlaßleitung angesaugten gereinigten Luft.
Ansprüche:
9828/0448

Claims (1)

  1. Ansprüche
    Elektromagnetisch gesteuerte Einspritzdüse zum Einspritzen eines fließfähigen Mediums (Fluids), insbesondere in Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch ein Mantelteil (1), einen in dem Mantelteil (1) untergebrachten Kern (2) mit einer Fluideintrittsleitung (3), eine~ den Kern (2) umgebende Erregerwicklung (9), einen zwischen dem Mantelteil (1) und der Kappe (8) vorgesehenen Raum (7) für die Aufnahme einer de in der Kappe (8) vorgesehene Einspritzöffnung (13) verschliessenden Kugel (H), die von der Erregerwicklung (9) gegen eine vor dem Kern (2) angebrachte elastische Anordnung (5) gezogen wird»
    2, Einspritzdüse nach Anspruch I9 dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidströmungsquerschnitte oberhalb der Kugel und um diese herum, die insbesondere in Form von Kanälen vorgesehen sind und der Querschnitt des Sitzes, auf dem die Kugel ruht, mehrere Male grosser sind als der Querschnitt des Fluidaustritts, so daß die Einspritzmenge der Einspritzdüse wenig von dem Hub der Kugel, dem Erregerstrom und der Rückführungskraft der elastischen Anordnung abhängt.
    3. Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-
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    - IU -
    zeichnet, daß das Ende des Kerns (2) eine Aussenschulter C2a) aufweist, gegen die die Schraubenfeder (5) für die Rückführung der Kugel (4) gestützt ist, daß das Ende (2b) des Kerns (2) eben ist und senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kugel (1O verläuft und daß der Fluidstrom durch die Eintrittsleitung (3) und die Nuten (11 und 12) tritt.
    Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführungsfeder (17, 21) in dem Ende des Kerns in einer zylindrischen Ausnehmung (18, 22) untergebracht ist.
    5. Einspritzdüse nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein angesetztes unmagnetisches Teil (16) in der Mitte des die Kugel (4) berührenden Kerns (2) vorgesehen ist.
    6. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fuß (20) mit einer dem Kern (2) gegenüberstehenden ebenen Fläche und einer der Kugel (Ό gegenüberliegenden Konkavfläche zwischen die Rückführungsfeder (5, 17, 21) und die Kugel (Ό eingeschaltet ist.
    Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein unmagnetisches Rohr (42) vorgesehen ist, das den Kern (32) umgibt und an ihm bei (48) befestigt ist, bis in die Kappe (38) vorstößt, die Führung der Kugel .(34) bewirkt, indem es um diese Durchlässe (41) für
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    Fluid ausspart, und einen an dem Rohr (42) bei (49) befestigten unmagnetischen Sitz (36) umschließt.
    8. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne Schicht aus unmagnetischem Werkstoff an dem der Kugel (4) gegenüberliegenden Ende des Kerns (2) oder des Fußes (20) oder beider vorgesehen ist.
    9β Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (4, 34) hohl und mit einem unmagnetischen Werkstoff überzogen ist.
    10. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (2, 32) Längsnuten (47) im Inneren der Vorrichtung aufweist, um Steuerungsverzögerungen zu vermindern, die auf Foucault1 sehe Ströme zurückzuführen sind.
    11. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsanschlußdrähte an eine nachgiebige und flache Schaltung, beispielsweise eine gedruckte Schaltung (50) gelötet sind, die einen den Mittelteil der Vorrichtung umschliessenden Ring (53) aufweist und die Schaltung unzerstörbar macht.
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    12, Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Einspritz— Öffnungen (23 und 23') für Fluid vorgesehen sind, die in jeweils eine der Einlaßleitungen eines Verbrennungsmotors gerichtet sind.
    13. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ausserdem eine Düse (54) vorgesehen ist, die aus einer auf der Kappe (8) der Einspritzdüse angeordneten Kammer besteht, in die die in der Kappe (8) vorgesehene Einspritzöffnung mündet, aus einer in der Stirnwand (55) vorgesehenen Einspritzöffnung (56) und aus einer seitlichen Öffnung (57), deren Durchmesser grosser ist als der der Einspritzöffnung (56), in der Stirnwand (55) der Kammer»
    "If, Einspritzdüse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der seitlichen Öffnung (5 7) mindestens vier- bis fünfmal grosser ist als der der Einspritzöffnung (56),
    Der Patentanwalt
    309828/0446
    Leerseite
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