DE2910441C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Kraftstoff­ einspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Eine derartige Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist beispiels­ weise aus der DE-AS 15 76 567 bekannt. Bei dieser bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung wird der Kraftstoff unter Hochdruck durch eine seitliche Leitung zugeführt und durch im Ventilkörper angeordnete Zulaufbohrungen direkt in einen den Sitz des als Nadelventil ausgebildeten Düsenventils umge­ benden Raum geführt. Dieses Nadelventil greift mit seiner dem Ventilsitz abgewandten Seite in eine Federkammer, in der es von einer Druckfeder in Richtung des Ventilschließens be­ aufschlagt wird. Diese Federkammer ist über einen Kanal mit einer Ventilöffnung eines elektromagnetisch betätigten Nadel­ ventils verbunden. Dieser Kanal ist über eine Querbohrung kleinen Querschnitts mit der Zulaufbohrung verbunden.

Tritt nun Kraftstoff unter hohem Druck in die Zulaufbohrung und damit in den den Düsennadelsitz umgebenden Raum ein, so wird gleichzeitig bei geschlossenem Magnetventil die Feder­ kammer über die Querbohrung und den Kanal unter den Kraft­ stoffdruck gesetzt. Wird das Magnetventil geöffnet, so fällt der Druck in der Federkammer plötzlich ab, so daß die Druck­ kräfte am Nadelventil ein Öffnen des Nadelventils bewirken.

Nachteilig bei dieser Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist, daß das zur Einspritzung dienende Nadelventil zum schnellen Durchlassen einer großen Kraftstoffmenge eine große axiale Bewegung durchführen muß, damit die Durchlaßöffnung für den Kraftstoff ausreichend groß wird.

Zur Erzielung eines genauen Einspritzbeginns und Einspritzen­ des und damit einer sowohl vom Zeitpunkt als auch vom Ein­ spritzvolumen her exakten Einspritzung ist ein möglichst schnelles Öffnen des Nadelventils über den großen Weg erfor­ derlich. Aufgrund der zu bewegenden Masse des Nadelventils sowie der gegen die Öffnungskraft wirkenden und in der Feder­ kammer angeordneten Druckfeder kann dies zu Schwingungen des Nadelventils und damit zu einem ungleichmäßigen Einspritzab­ lauf führen.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Kraftstoffeinspritz­ einrichtung ist in der Tatsache zu sehen, daß im Moment des Einspritzens der Druck in dem den Düsennadelsitz umgebenden Raum abfällt und somit nicht mehr der gesamte angelegte Kraftstoffdruck zum Öffnen der Düsennadel zur Verfügung steht, so daß das Nadelventil wieder ein wenig geschlossen wird. Auch hierdurch kann es zu Schwingungen des Nadelven­ tils und damit zu Ungenauigkeiten im Einspritzvorgang kom­ men.

Aus der DE-OS 25 08 390 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrich­ tung bekannt, bei der das Einspritzventil durch ein Teller­ ventil gebildet ist. Dieses Tellerventil ist über eine Betä­ tigungsstange mit dem Anker einer Magnetventilanordnung ver­ bunden, welcher zusammen mit der Betätigungsstange und dem Ventil von einer Zugfeder derart belastet ist, daß das Ven­ til bei nicht erregtem Elektromagneten in seine geschlossene Stellung vorgespannt ist. Das Öffnen des Ventils erfolgt bei dieser Kraftstoffeinspritzeinrichtung durch die Betätigung des Elektromagneten, dessen Anker dann über die Betätigungs­ stange den Ventilkörper aus dem Ventilsitz in die geöffnete Position bewegt. Die Betätigung des Ventils direkt durch den Elektromagneten gegen die Spannung der Zugfeder ist gegen­ über der Betätigung des Ventilkörpers durch den Kraftstoff­ druck weniger schnell und weniger exakt.

Die Aufgabe der Erfindung liegt mithin darin, bei einer elek­ tromagnetischen Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 das dynamische Ansprechverhal­ ten beim Öffnen und Schließen des Einspritzventils zu verbes­ sern.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des neuen Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Im Gegensatz zum gattungsbildenden Stand der Technik ist beim Einspritzventil der Erfindung das Tellerventil 14 im ge­ schlossenen Zustand von einem in der Kraftstoffkammer 23 an­ liegenden Kraftstoffdruck nicht beeinflußt. Zur Betätigung des Tellerventils dient in besonders vorteilhafter Weise der gesondert angeordnete Betätigungskolben 45. Dieser Betäti­ gungskolben wird durch das Anlegen einer Druckdifferenz zwi­ schen seiner Oberseite und seiner Unterseite axial bewegt, was ein Öffnen des Tellerventils bewirkt, wobei insbesonders vorteilhaft ist, daß diese Druckdifferenz nicht oder nur un­ wesentlich vom Druckabfall beim Einspritzvorgang beeinflußt wird. Der Grund dafür liegt darin, daß der in der Arbeitskam­ mer vorhandene und in Richtung Ventilöffnung wirkende Druck während des Einspritzvorgangs im Gegensatz zu dem die Düsen­ nadel umgebenden Raum beim Ventil nach dem Stand der Technik nahezu nicht abfällt.

Eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung der elektromagneti­ schen Kraftstoffeinspritzeinrichtung ergibt sich aus dem Pa­ tentanspruch 2.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt

Fig. 1 eine zum Teil geschnittene Seitenansicht einer Kraft­ stoffeinspritzeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine Stirnansicht zu Fig. 1 und

Fig. 4 eine schematische Darstellung der funktionsmäßig wichtigsten Teile.

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist ein längliches Gehäuse 1 auf, auf dessen unteres Ende über ein Gewinde 3 eine Kappe 2 aufgeschraubt ist. Die Kappe 2 trägt ein Außengewinde 3 a, über das die Kraftstoffeinspritzein­ richtung in ein Gewinde im nicht dargestellten Brennkraft­ maschinenzylinder eingeschraubt werden kann. Die Kappe 2 ist am unteren Ende 2 a offen und umschließt dort ein Ein­ spritzventilgehäuse 4, das im oberen Teil erweitert an einer Schulter 2 b der abgesetzten Bohrung der Kappe 2 ab­ gestützt ist.

Zwischen dem Einspritzventilgehäuse 4 und der unteren Stirnfläche 1 a des Gehäuses 1 sind von un­ ten nach oben aufeinanderfolgend angeordnet: ein Federkä­ fig 5 und ein Steuerkäfig 6, die aus Herstellungsgründen als gesonderte Bauteile ausgebildet sind. Durch das Ge­ winde 3 werden diese Teile in Anlage gegeneinander gehal­ ten und sind durch Läppen ihrer Berührungsflächen druck­ dicht miteinander verbunden. Ihre Lage zueinander ist durch Paßstifte 7 festgelegt.

Das Einspritzventilgehäuse 4 hat eine im Durchmesser abgesetzte Bohrung mit einer Bohrung 10 im oberen Teil, die über eine Schräge 12 in eine untere Boh­ rung größeren Durchmessers übergeht. Die Schräge 12 bil­ det den Ventilsitz des Kraftstoffeinspritzventils, während die Bohrung 11 in den nicht dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine mündet.

Das in der abgesetzten Bohrung des Einspritz­ ventilgehäuses 4 geführte, als Tellerventil ausgebildete Ventil 14 hat ei­ nen erweiterten Kopf 15, der mit dem durch die Schräge 12 gebildeten Ventilsitz zusammen­ arbeitet, und einen Schaft 16, der Abstand voneinander auf­ weisende Bunde 17 und 18 hat, die in der Bohrung 10 abge­ stützt sind. Der untere Bund 18 ist mit Spiralnuten 20 versehen. Die zwischen den Bunden und dem Kopf liegenden Teile 21 und 22 des Schaftes haben geringeren Durchmesser, so daß eine Kraftstoffkammer 23 gebildet ist, die über das Kraftstoffeinspritzventil mit dem Brennraum der Brenn­ kraftmaschine verbindbar ist.

Das obere Ende des Schaftes 16 ist im Durch­ messer abgesetzt und trägt ein Außengewinde 24 und ist ferner in der Stirnfläche mit mindestens einem Schlitz 25 zum Ansetzen eines Werkzeugs versehen, um ein Drehen zu verhindern, wenn Muttern 28 auf den Schaft aufgeschraubt werden. Der Schaft hat eine solche Länge, daß er durch eine Federkammer 26 im Federkäfig 5 tritt und in einen Hohlraum des Steuerkäfigs 6 ragt.

Zwischen der oberen Stirnfläche des Einspritz- Ventilgehäuses 4 und einem Federteller 27, der sich an den Muttern 28 abstützt ist eine nachfolgend als Rückstellfeder bezeichnete Schließfeder 30 vorgegebener Stärke vorgesehen, die das Ventil 14 in die Schließlage belastet.

Kraftstoff wird von einer Quelle über eine Pumpe mit hohem Druck der Kraftstoffkammer 23 zugeleitet.

Dies erfolgt über einen Einlaß 31 am oberen Ende des Ge­ häuses 1 und einen Kanal 32 zu einer Aussparung 33 in der unteren Stirnfläche 1 a des Gehäuses, die mit einer weiteren Ausspa­ rung 34 in der oberen Stirnfläche des Steuerkäfigs 6 in Verbindung steht. Axiale Kanäle 35 im Steuerkäfig 5 ver­ binden die weitere Aussparung 34 mit einer Ringnut 36 in der obe­ ren Stirnfläche des Federkäfigs 5, die durch mindestens einen weiteren axialen Kanal 37 mit einer weiteren Ringnut 38 in der unteren Stirnfläche des Federkäfigs verbunden ist, von der eine im Ein­ spritzventilgehäuse 4 vorgesehene Bohrung 40 zur Kraft­ stoffkammer 23 führt. Die Mündung der Bohrung 40 in die Bohrung 10 liegt unterhalb des Bundes 17 bei geschlossenem Ventil 14 und mit bei offenem Ventil in Verbindung mit der Kraftstoffkammer 23. Der Kraftstoffkammer 23 kann somit dauernd Kraftstoff un­ ter Druck zugeleitet werden, wobei infolge der gleichgroß beaufschlagten Flächen der Druck des Kraftstoffs keinen Einfluß auf die Öffnungsbewegung des Ventils hat.

Der Steuerkäfig 6 enthält eine im Durchmes­ ser abgesetzte axiale Bohrung, die aus einem oberen Boh­ rungsteil 41 und einem unteren Bohrungsteil 42 größeren Durchmessers besteht, der im wesentlichen dem Durchmesser der Federkammer 26 im Federkäfig 5 entspricht. Beide Boh­ rungsteile 41 und 42 sind durch eine radiale Schulter 43 miteinander verbunden. Die abgesetzte axiale Bohrung im Steuerkäfig liegt konzentrisch zur Federkammer 26 des Federkäfigs 5 und zur Achse des Ventils 14 sowie zu einer im Durchmesser erweiterten Sackbohrung 44 in der unteren Stirnfläche 1 a des Gehäuses 1.

Ein Betätigungskolben 45 gleitet im oberen Bohrungs­ teil 41 der axialen Bohrung des Steuerkäfigs 6 und liegt mit seiner unteren Stirnfläche gegen den Schaft 16 des Ventils 14 an, während sein im Durchmesser ver­ ringertes oberes Ende in die Sackbohrung 44 ragt und dort von einer Druckfeder 46 umgeben ist, die sich am Boden der Sackbohrung abstützt und normalerweise den Betätigungskol­ ben 45 nach unten zur Anlage gegen den Schaft 16 drückt. Die Kraft der Druckfeder 46 ist kleiner als die der Rückstell­ feder 30, so daß letztere die dichte Anlage des Kopfes 15 gegen den Ventilsitz 12 ermöglicht.

Das obere Ende des Betätigungskolbens 45 be­ grenzt zusammen mit dem oberen Bohrungsteil 41 und der Sackbohrung 44 eine Arbeitskammer 48 veränderlichen Volumens (Fig. 4), während sein unteres Ende mit dem unteren Bohrungsteil 42, der Schulter 43 und der Federkammer 26 eine Steuerkammer 50 (Fig. 4) begrenzt.

Kraftstoff mit hohem Druck wird der Arbeits­ kammer 48 von dem Kanal 32 über die Aussparung 33 zugelei­ tet, da, wie Fig. 2 zeigt, diese an der einen Seite Ver­ bindung miteinander haben. Kraftstoff mit hohem Druck wird vom Kanal 32 über die Aussparungen 33 und 34 auch der Steu­ erkammer 50 über einen weiteren Kanal 51 im Steuerkäfig 6 zugeleitet, der eine Drosselstelle 52 enthält und im Bereich der Schul­ ter 43 in die Steuerkammer 50 mündet.

Das Regulieren des Drucks in der Steuerkammer 50 erfolgt durch deren Verbindung mit einem Kraftstoffrück­ flußweg mit im wesentlichen Außendruck. Im Ausführungs­ beispiel hat die Steuerkammer 50 einen Auslaß 55 im Be­ reich der Schulter 43 und des unteren Bohrungsteils 42, der mit einem dritten Kanal 56 im Gehäuse 1 über eine Kammer 57 in Verbin­ dung steht. Diese Kammer 57 ist durch eine im Durchmesser abgesetzte Bohrung von der oberen Stirnfläche des Gehäuses 1 aus gebildet.

Der Abfluß des Kraftstoff aus der Kammer 57 ist durch ein normalerweise geschlossenes Magnetventil gesteuert und wird durch eine Zumeßöffnung 58 bestimmt. Ein Magnetventilgehäuse 60 ist in das Gehäuse 1 eingeschraubt und enthält eine im Durchmesser abgesetzte Bohrung 61, die die Zumeßöffnung 58 enthält und in die Kammer 57 mündet. In dem Teil größeren Durchmessers der Bohrung 61 ist ein Ventilglied 62 geführt, dessen unteren Teil mit Längsnuten versehen ist und mit einem Kopf 62 a gegen einen Magnetventilsitz 63 bewegbar ist, der die Bohrung 61 neben der Zumeßöffnung 58 umgibt. Das andere Ende des Ventilglieds 62 erstreckt sich durch die durchbrochene Stirnfläche eines Ankers 64 und ist ge­ gen axiale Bewegung zu diesem durch einen auf den Schaft des Ventilglieds 62 aufgepreßten Ring 65 gesichert.

Der Anker 64 ist verschieblich von einem rohr­ förmigen Spulenkörper 66 umgeben ausgebildet. Der Spulen­ körper trägt eine Spule 67, die über elektrische Leiter 68 mit einer elektrischen Stromquelle über eine nicht darge­ stellte elektronische Steueranlage verbunden ist. Die Spule 67 wird durch diese in bekannter Weise abhängig von den Betriebs­ bedingungen der zugeordneten Brennkraftmaschine erregt.

Der Spulenkörper 66 ist im oberen Teil des Gehäuses 1 an einer Schulter 70 der Bohrung abgestützt. In seine obere offene Stirnfläche greift ein abgesetzter Teil eines in die Bohrung des Gehäuses eingeschraubten Magnetkerns 71 ein, dessen untere Stirnfläche 71 a mit Querschlitzen versehen ist und einen Anschlag für den An­ ker 64 bildet (Fig. 2), wenn die Spule 67 erregt ist. Um das erforderliche axiale Spiel für den Anker 64 zu bilden, können zwischen den Spulenkörper 66 und den Magnetkern 71 Zwischenscheiben eingelegt werden. Der Anker 64 und das Ventilglied 62 sind normalerweise durch eine weitere Druckfeder 74 nach unten gedrückt, die in einer Bohrung im oberen offenen Ende des Ankers 64 sitzt und sich an dem geschlitz­ ten Ende 71 a des Magnetkerns 71 abstützt.

Das Innere des Spulenkörpers 66 zwischen der oberen Stirnfläche des Magnetventilgehäuses 60 und der unteren Stirnfläche des Ankers 64 bilden eine Rücklaufkammer 75, die über axiale Kanäle 76 im Anker 64 mit der oberen Stirn­ fläche des Ankers in Verbindung steht. Über einen im Be­ reich der Schulter 70 angeschlossenen Kanal 77 (Fig. 2) und einen weiteren Kanal 78 im Gehäuse 1 strömt der Kraftstoff über einen Auslaß 80 zum nicht dargestellten Kraftstoffbehälter ab. Dichtungen 81 und 82 zwischen dem Spulenkörper 66 und dem Magnetkern 71 und dem Gehäuse 1 verhindern Leckagen.

Unter Bezug auf die schematische Darstellung von Fig. 4 wird von der nicht dargestellten Kraftstoffpum­ pe dauernd Kraftstoff mit einem hohen Druck P _s über den Einlaß 31 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zugefördert. Kraftstoff mit dem Druck P _s gelangt über den beschriebenen Weg in die Kraftstoffkammer 23. Bei geschlossenem Ventil 14 ist dieses wegen des Druckausgleichs von dem Kraftstoffdruck nicht beeinflußt. Gleichzeitig wird Kraft­ stoff mit dem Druck P _s der Arbeitskammer 48 zugeleitet und durch die Drosselstelle 52 gedrosselt Kraftstoff mit ge­ ringerem Druck der Steuerkammer 50 (Druck P _m ). Dieser Druck ändert sich, wie im folgenden beschrieben wird. Unter statischen Bedingungen, also bei stromlosem Magnetventil, also geschlossenem Magnet­ ventil ist der Druck P _m in der Steuerkammer 50 dem Druck P _s in der Arbeitskammer 48 gleich und die Rückstellfeder 30 hält das Ventil 14 in der Schließlage.

Wird aber ein elektrischer Puls bestimmter Eigenschaft und Dauer auf den Betrieb der Brennkraftmaschi­ ne abgestimmt der Spule 67 zugeleitet, so entsteht ein Ma­ gnetfeld, das den Anker 64 gegen den Magnetkern 71 zieht, wodurch das Ventilglied 62 von seinem Magnetventilsitz 63 abgehoben wird, so daß Kraftstoff aus der Steuerkammer 50 über die Kraftstoffrücklaufkanäle abströmen kann. Damit fällt der Druck in der Steuerkammer 50 entsprechend der Wahl der Durchmesserverhältnisse der Drosselstelle 52 und der Zu­ meßöffnung 58. Erreicht der Druck P _m in der Steuerkam­ mer 50 einen vorgegebenen Wert P _o so entsteht am Betäti­ gungskolben 45 eine ausreichende Druckdifferenz, daß die Rückstellfeder 30 überwunden wird und das Ventil 14 geöffnet wird. Das schnelle Öffnen des Ventils 14 gestattet das Aufrechterhalten des höchsten Drucks P _s wäh­ rend des Einspritzvorgangs, da der Druck in der Kraftstoff­ kammer 23 im wesentlichen erhalten bleibt. Infolge des vernachlässigbar geringen Druckabfalls während des Ein­ spritzens wird die Einspritzweite des Kraftstoffs vergrößert, der Kraftstoffstrom gleichmäßiger. Beim Stromloswerden der Spule 67 bricht das Magnetfeld zusammen und die weitere Druckfeder 74 stellt den Anker 64 zurück, so daß das Ventilglied 62 den Magnetventilsitz 63 schließt. Die weitere Druckfeder 74 ist so ausgelegt, daß das Schließen schnell erfolgt. Der Druck P _m in der Steuerkammer 50 steigt an. Bei Erreichen eines bestimmten Drucks P _m in der Steuerkammer 50 kann die Rück­ stellfeder 30 das Ventil 14 wieder schließen.

Claims (2)

1. Elektromagnetische Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse, einem in diesem Gehäuse angeordneten Ein­ spritzventilkörper, der eine abgestufte Durchgangsbohrung mit einem Düsenauslaß an deren einem Ende bestitzt, einem in der abgestuften Durchgangsbohrung angeordneten und mit einem durch die abgestufte Bohrung gebildeten Ventilsitz an seinem ersten Ende in Eingriff bringbaren Ventil, das zwischen einer geschlossenen Position (wenn das Ventil mit dem Ventilsitz in Eingriff ist) und einer offenen Po­ sition (wenn das Ventil nicht mit dem Ventilsitz in Ein­ griff ist) relativ zum Düsenauslaß beweglich ist, einer im Gehäuse angeordneten Schließfeder, die das Ventil in Richtung auf seine geschlossene Position belastet, einem mit der abgestuften Bohrung in Verbindung stehenden Kraft­ stoffkanal, dessen eines Ende mit einer Kraftstoffquelle verbindbar ist, die unter einem Versorgungsdruck stehen­ den Kraftstoff liefert, einer Steuerkammer, in die das zweite Ende des Ventils ragt, einem eine Drosselöffnung enthaltenden Steuerkanal, der den Kraftstoffkanal mit der Steuerkammer verbindet, einem Kraftstoffrücklaufkanal, der mit der Steuerkammer verbindbar ist und dessen Druck unterhalb desjenigen des Kraftstoffkanals liegt, und einem elektromagnetischen betätigbaren Ventil zur Steuerung der Verbindung der Steuerkammer mit dem Kraftstoffrück­ laufkanal, das zwischen einer ersten Position, in der die Steuerkammer mit dem Kraftstoffrücklaufkanal verbunden ist und einer zweiten Position, in der die Steuerkammer vom Kraftstoffrücklaufkanal getrennt ist, bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (14) ein Tellerventil ist, daß im Gehäuse (1, 2) ein Betätigungskolben (45) hin- und herbewegbar eingesetzt ist, dessen eines Ende in die Steuerkammer (50) ragt und dort am zweiten Ende des Ventils (14) an­ liegt, daß im Gehäuse (1, 2) eine Druckfeder (46) angeord­ net ist, die den Betätigungskolben (45) in Richtung auf das Ventil (14) belastet und die gegen die Kraft der Schließfeder (30) wirkt, daß im Gehäuse (1, 2) eine Ar­ beitskammer (48) liegt, in die sich das andere Ende des Betätigungskolbens (45) erstreckt und die derart mit dem Kraftstoffkanal verbunden ist, daß in ihr ständig der Ver­ sorgungsdruck (P _s ) herrscht, daß die Bauteile der Kraft­ stoffeinspritzeinrichtung derart ausgelegt sind, daß in dem Fall, in dem das elektromagnetisch betätigbare Ventil (62) in seiner ersten Position ist, zwischen der Arbeits­ kammer (48) und der Steuerkammer (50) eine derartige Druckdifferenz besteht, daß das Ventil (14) über den Betä­ tigungskolben (45) in seiner offenen Position gehalten ist, und daß in dem Fall, in dem das elektromagnetisch be­ tätigbare Ventil (62, 63) in seiner zweiten Position ist, die Druckdifferenz zwischen der Arbeitskammer (48) und der Steuerkammer (50) im wesentlichen Null ist, so daß das Ventil (14) unter der Wirkung der Schließfeder (30) in seiner geschlossenen Position gehalten ist.

2. Elektromagnetische Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkammer mit dem Kraftstoffrücklaufkanal (75, 77, 78) über eine Zumeßöffnung (58) verbunden ist, deren Durchflußmenge durch das elektromagnetisch betätigbare Ventil (62, 63) gesteuert ist.