DE3006815A1

DE3006815A1 - Einspritzventil

Info

Publication number: DE3006815A1
Application number: DE19803006815
Authority: DE
Inventors: Francesco Bellicardi; Roberto Plan di Macina Pianoro Guisberti; Giorgio Bologna Zucchi
Original assignee: Weber SRL
Current assignee: Weber SRL
Priority date: 1979-10-19
Filing date: 1980-02-23
Publication date: 1981-04-30
Also published as: SE8007229L; AR222907A1; AU542617B2; JPS5663172A; FR2467994A1; FR2467994B1; JPH0262752B2; NL188708C; DE3006815C2; PL227377A1; CA1143232A; GB2062092B; PL128003B1; GB2062092A; NL8002181A; ES495717A0; US4360164A; IT7903515A0; SE449642B; IT1165869B

Description

Weber S.p.A., Via Timova 33, Bologna/Italien

"Einspritzventil"

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil mit elektromagnetischer Betätigung,das zum Einspritzen von Kraftstoff zur Versorgung eines Verbrennungsmotors unter gesteuerter Erregung durch einen elektronischen Steuerkreis verwendet wird. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Ventil, das die Menge des dem Motor zuzuführenden Kraftstoffes durch Öffnen während eines bestimmten Zeitraumes, der ein Bruchteil der Periode des Arbeitszyklus des Motors ist, bei einer Ausflußöffnung mit konstantem Querschnitt bestimmt.

Derartige Einspritzventile sind bekannt.

Das erfindungsgemäße Einspritzventil löst folgende Probleme:

Seine Ausflußöffnung in der Einspritzleitung wird derart angeordnet, daß der Kraftstoff soweit wie möglich durch die Wandung der Zuleitung selbst geführt wird aus ökonomischen Gründen des Verbrauchs und der Verschmutzung.

Es wird ein langgestreckter Ventilkörper verwendet, der sich bis in die Einspritzleitung bevorzugter-

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weise erstreckt, dessen Masse jedoch minimal gehalten wird, um die mechanische Trägheit bei seiner Translationsbewegung klein zu halten.

Die Reibung zwischen den Führungsflächen des Ventilkörpers wird minimal gehalten, um die Zeiten für die Translationsbewegungen zu reduzieren und die Standzeiten der der Reibung ausgesetzten Teile zu erhöhen. Allein mittels der Bemessung der Ausflußöffnung wird die Menge an Kraftstoff bestimmt, die während eines Arbeitszyklus der Einspritzeinrichtung eingespritzt wird, wobei plötzliche Änderungen des Zuführweges, der sich stromaufwärts der Durchflußöffnung befindet, vermieden werden, um die Verwendung von Durchflußwegen mit relativ beschränkten Abmessungen zu ermöglichen, um den Zerstäubungseffekt auf den Kraftstoff zu steigern.

Die Herstellung ist aufgrund der relativ einfachen Konstruktion nur mit beschränkten Kosten verbunden.

Die Verteilung der zu eichenden Teile wird in einer Serienproduktion einzig auf die Ausflußöffnung, die am Ende der Einspritzdüse vorgesehen ist, beschränkt, die die Aufgabe hat, die Kraftstoffdurchflußweite zu bes timmen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Einspritzventil nach Anspruch 1. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

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Pig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausfuhrungsform

eines Einspritzventils im Schnitt durch eine Symmetrieebene,

Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie A-A von Fig. 1.

Das in Fig. 1 dargestellte Ventil besitzt ein metallisches Gehäuse 1o mit drei aufeinanderfolgend (in der Zeichnung von rechts nach links) darin angeordneten Sitzen 1, 2 und 3.

Im Sitz 1 befindet sich eine Wicklung 11, die elektrische Impulse über zwei Leitungen empfängt, die an einen elektronischen Steuerkreis angeschlossen sind, der nicht dargestellt ist. Die Wicklung 11 wird von einem isolierenden Spulenkörper 12 getragen, der koaxial zur Symmetrieachse des Ventils angeordnet ist.

Der Sitz 1 wird nach außen (nach rechts) durch einen Deckel 13 begrenzt, der eine mittlere Ausnehmung besitzt, damit ins Innere des Ventils ein Rohr 14 eingeführt werden kann, das aus ferromagnetischem Stahl besteht und folgende Aufgaben hat:

- Aufnahme der Leitung, die das System, bestehend aus Pumpe und Druckregler,mit der Einspritzeinrichtung verbindet, und zwar über einen Einfüllstutzen 15 für den Kraftstoff;

- Bilden des magnetischen Kerns für das Feld der Spule 11, wenn diese erregt wird;

- Aufnehmen und Halten des Rohres 16 im seinem Inneren, das das Benzin vom Einfüllstutzen 15 in einen

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Bereich benachbart dem Austritt führt und an dessen Vorderkante 161 sich eine Feder 19 abstützt.

Der Sitz 1 nimmt des weiteren den rechten Teil eines Ankers 17 auf, der aus Eisen besteht, das bezüglich des Magnetfeldes besonders permeabel und daher einer magnetischen Hysterese, die praktisch null ist, ausgesetzt ist. Der Anker 17 bildet dementsprechend einen Rotationskörper mit einer inneren Ausnehmung für den Durchgang des Rohres 16 und besitzt eine gewichtsmindernde Ausnehmung 17o, einen Gewindeabshnitt 171 und einen nach innen vorspringenden Ring 172, der die Anschlagfläche für das Ende eines Ventilkörpers 5 in dem Gewindeabschnitt 171 ist. Der Sitz 2 nimmt praktisch den Gewindeabschnitt 171 des Ankers 17 auf, steht direkt mit dem Sitz 1 in Verbindung und wird links auf der anderen Seite durch einen Ring 18 aus einem besonders gegen Schläge unempfindlichen Material begrenzt.

Der Sitz 3 nimmt den Ring 18 auf und stützt den rechten Teil einer Einspritzdüse 4 ab, so daß diese fest und koaxial zum gesamten Einspritzventil gehalten wird.

Die Einspritzdüse 4 besjtitzt einen im wesentlichen zylindrischen Abschnitt 41, der in dem Sitz 3 sitzt. Um die mechanische Verbindung zwischen dem Sitz 3 und dem Abschnitt 41 der Einspritzdüse 4 sicherzustellen, besitzt das Gehäuse 1o einen einwärts umgebogenen Rand 31, der den zylindrischen Abschnitt 41 übergreift. Dies dient dazu, die Einspritzdüse in der Versorgungsleitung des nicht dargestellten Motors zu positionieren. Zu diesem Zweck kann auch der Abschnitt 42 der Einspritzdüse 4 eine beträchtliche Länge besitzen.

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Das Innere des Abschnitts 42 steht mit dem Außenraum über eine Bohrung 49 in Verbindung, die einen innere^, sich konisch nach aup"en verjüngenden Sitz 48 aufweist. Ein nach außen ragendes Leitstück 59, das Teil des Ventilkörpers 5 ist, ist in die Bohrung 49 eingesetzt und bildet die Austrittsöffnung für den Kraftstoff vom Inneren des Einspritzventils nach außefH³ Das Leitstück 59 wird von einem konischen Abschnitt 58 getragen, der durch die Feder 19 in den Sitz 48 gedrückt wird.

Im Inneren der Einspritzdüse 4 sind zwei Zylinder flächen 45, 46 vorgesehen, die zur Aufnahme und Führung des Ventilkörpers 5 dienen, der seinerseits zwei äußere Abschnitte 55, 56 aufweist, die dort entsprechend anliegen.

Der Ventilkörper 5, der in die Bohrung der Einspritzdüse 4 eingeführt ist, besitzt eine Innenbohrung und ferner einen Aufbau, so daß ein Kraftstofffluß zum Austritt des Ventils geleitet wird, der möglichst direkt und geradlinig ist.

Der Ventilkörper 5 besitzt ein mit Gewinde verseilen des Ende 51, das mit dem Gewindeabschnitt 171 des Ankers 71 verschraubt wird, und endet in einem zylindrischen Abschnitt 5o, der sich mit seiner Stirnseite an dem Ring 172 abstützt, um das gegenseitige Positionie ren von Ventilkörper 5 und Anker 17 zu ermöglichen. Ein zylindrischer Bereich 52 erstreckt sich durch den Ring 18, ohne dessen Innenbohrung zu beruhen. Ein Ring 53, dessen Außendurchmesser größer als der Innaurchmesser des Rings 18 ist, kann von links an dem Ring 18 zur Anlage gebracht werden , und die rechte Seitenfläche des Rings 53 bildet die Anschlagfläche für die öffnung

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des Ventilkörper 5. Ein prismenförmiger Bereich 54 mit zwei Flächen 55, 56 zum Zusammenwirken mit den Zylinderflächen 45, 46 der Einspritzdüse 4 ist zum axialen Führen des Ventilkörpers 5 vorgesehen. Ferner ist ein stirnsei tiger Bereich 5 7 mit einer Vielzahl von Bohrungen 2o vorgesehen, der einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 58 trägt, der in dem konischen Sitz 48 der Einspritzdüse 4 sitzt, um den Durchgang des Ventils nach außen zu verschließen. Der Ventilkörper 5 endet in dem Leitstück 59 mit kehlförmigem Profil, das in die Bohrung 49 eingesetzt ist und die Größe der Austrxttsöffnung des Einspritzventils definiert.

Das Verschieben des Ventilkörpers 5 nach rechts wird durch das Magnetfeld verursacht, das durch elektrisches Erregen der Spule 11 erzeugt wird. Dieses Magnetfeld zieht den Anker 17 nach rechts und folglich auch den damit fest verbundenen Ventilkörper 5/ solange dieser nicht gegen den Ring 18 schlägt. Die Verschiebung nach links wird durch die Feder 19 hervorgerufen, die zwischen einem Sitz 6o im stirnseitigen Bereich des Ventilkörpers 5 und der Stirnseite 161 des Rohres 16 angeordnet ist.

Die Vorspannung der Feder 19 liefert die notwendige Schließkraft, wenn das Rohr 16 korrekt positioniert und im Inneren des Rohrs 14 durch Stanzungen in den Bereichen 162, 163 befestigt ist.

Schließlich besitzt das Ventil drei Dichtringe 21, 22 und 23 zur Abdichtung des Brennstoffs nach außen und zum Verhindern des Eindringens hiervon in die Spule 11 .

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Während des Betriebes, der in einer hin- und hergehenden Bewegung des Ventilkörpers 5 zum Öffnen und Schließen des Ventils besteht, tritt der Brennstoff über den Einfüllstutzen 15 unter einem von einer Pumpe erzeugten und von einem Druckregler geregelten Druck in das Ventil ein.

Über das Rohr 16 gelangt der Brennstoff in die Kammer 5A des Ventilkörpers 5, und über die Bohrungen 2ο breitet er sich in den Raum zwischen dem Ende der Einspritzdüse 4 und dem Ventilkörper 5 aus, wobei ein direkter Weg zwischen dem Zuführstutzen 15 und den Bohrungen 2o besteht, wodurch der -. Verlust minimalisiert wird.

Wenn die Spule 11 erregt wird, wird der Ventilkörper 5 nach rechts angezogen und ermöglicht es, daß der kegelstumpfförmige Abschnitt 58 sich von dem Sitz 49 löst, so daß" der Kraftstoff in den Ringraum 43 strömt und in dem Luftstrom zerstäubt wird, der die Ansaugleitung durchströmt, in die das Ventil eingesetzt ist. Die Z e rstäubung wird durch die Form des Leitstücks 59 begünstigt.

Wenn stattdessen die Spule 11 entregt ist, drückt die Feder 19 den kegelstumpfförmigen Abschnitt 58 in den Sitz 49 und wird in dieser Stellung gehalten, damit kein Kraftstoff aus dem Ventil austreten kann.

Die Menge Q an Kraftstoff, die pro Zeiteinheit durch den Ringraum 43 strömt, hängt von der abgegebenen Leistung ab. Wenn η die Motordrehzahl ist, ist die Frequenz f, mit der der Ventilkörper 5 betrieben wird, proportional zu η (im allgemeinen f = o,5 n). Die Periode

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T, in der der Ventilkörper 5 einen vollständigen Zyklus des Öffnens und Schließens beendet, ist das Inverse der Frequenz f.

Die Periode T ist die Summe von vier (kleinen) Zeiträumen77, ¹T"*-, T"₃ und T'. , die folgendermaßen definiert sind:

T" istder Zeitraum, während dem der Ventilkörper 5 sich nach rechts bewegt, und der im Augenblick des Beginns der Erregung der Spule 11 beginnt und im Augenblick des Anschlagens des Rings 53 an dem Ring 18 endet. TZ hängt nur von den mechanischen und elektromagnetischen Eigenschaften des Ventils ab.

/ „ ist der Zeitraum, in dem der Ventilkörper 5 in vollständig geöffneter Stellung gehalten wird; er beginnt mit dem Ende von I ₁ und endet mit dem Ende der Erregung der Spule 11. T"? hängt von der abgegebenen Motorleistung ab.

']% ist der Zeitraum, in dem sich der Ventilkörper 5 nach links unter der Wirkung der Feder 19 bewegt; er beginnt mit dem Ende von ^₂ und endet, wenn der konische Abschnitt 58 mit dem Sitz 49 in Eingriff gelangt.

2 ist schließlich der Zeitraum, in dem der Ventilkörper 5 den Ausflußraum 43 geschlossen hält, da er von der Feder 19 gegen den Sitz 49 gedrückt wird; er beginnt mit dem Ende von ' ₃ und dauert solange, wie die Spule 11 entregt bleibt. ^. hängt von der abgegebenen Motorleistung ab.

In den Zeiträumen /., T^, 1 _o und ( _Λ strömt

1,2, 3 4

Benzin der Mengen q.. , q_?, q. bzw. null durch die Austritts

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öffnung. Die von dem Einspritzventil pro Zeiteinheit abgegebene Menge Q beträgt daher: Q = f .x(q.+q₂+q_).

Die nicht dargestellte elektronische Steuerung sendet pro Zeiteinheit an die Spule 11 eine Folge von Impulsen I₁, die die Spule 11 erregen. Jede Periode T besteht daher aus der Summe von zwei Zeitabschnitten T₁ und T₂, die den Impulsen bzw. den darauffolgenden Pausen entsprechen; d.h. T = T-,+T„, wobei T₁ der Erregungszeitraum und T_? der Entregungszeitraum sind.

Nimmt man an, daß beispielsweise die abgegebene Motorleistung geändert werden muß, ohne die Drehzahl zu ändern, so bedeutet dies, daß man die Menge Q des pro Zeiteinheit eingespritzten Benzins ändern muß, indem der Zeitraum T₁ für die Impulse I₁ geändert wird, während jedoch die Relation T = T₁ ⁺T₉ erhalten bleibt.

Der Zeitraum T₁ ist gleich der Summe der Zeiträume ' ₁ und 121 während der Zeitraum T₂ gleich der Summe der Zeiträume T~~ und i . gemäß obigen Definitionen ist.

Nimmt man der Einfachheit halber an, daß die abgebenen Benzinmengen q₁ , q_? und q₃ in den entsprechenden Zeiträumen für eine bestimmte Ausflußöffnung, einen bestimmten Versorgungsdruck und daher für eine bestimmte Dimensionierung einer Einspritzeinrichtung proportional zu den entsprechenden Zeiträumen sind, dann ergibt sich eine Menge Q₁ entsprechend folgender Relation:

(1) Q₁ = f χ (K₁ T^₁₁ + K₂ T^₁ + K₃T^₃₁)

Ein anderer Wert für Q bei gleicher Frequenz f ergibt folgende Relation:

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(2) Q₂ = f χ (K₁ I ₁₂ +K₂ I ₂₂ + K₃ Ί

In Aabetracht dessen, daß J₁₁= I ..„ und

^von ^^en mechanischen und elektromagnetischen Eigenschaften des Ventils abhängen, ergibt sich, daß Q nicht proportional zu T-, dem Erregungszeitraum der Spule11, ist. Man nähert sich jedoch der Proportionalität, wenn die Trägheit des Ventilkörpers 5 und die Gleitreibung minimalisiert werden, so daß die Zeitabschnitte TT und Τζ gegen null gehen.

Analog kann man zeigen, daß Q quasi proportional zum Produkt der Frequenzen mit den Zeiten T- ist, wenn der Motor mit unterschiedlicher Drehzahl arbeitet, vorausgesetzt, daß die Trägheit und die Reibung des Ventilkörpers minimalisiert sind.

Um die Trägheit minimal zu halten, ist die Masse des Ventilkörpers 5 minimal zu halten, indem man diesem eine mit Ausnehmungen versehene geometrische Form gibt, so daß sich eine wesentliche Gewichtsersparnis praktisch in seiner ganzen Struktur ergibt, die gegebenenfalls eine beträchtliche Länge annehmen kann, ohne daß die Masse wesentlich vergrößert wird.

Gemäß dem weiteren Aspekt von Fig. 2 besitzt der Ventilkörper 5 zwischen dem Ring 53 und dem Absperrbereich 58 eine äußere Oberfläche in Form eines Prismas, wobei es sich um einen Polygonzug aus alternie-

en
renden geradlinig und kreisbogenförmigen Abschnitten

handelt.

In Fig. 2 sind dabei drei geradlinige und drei kreisbogenformige Abschnitte vorgesehen. Zwischen der

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Innenfläche der Einspritzdüse 4 und der Außenfläche des Ventilkörpers 5 ergeben sich daher drei Kanäle C.., C₂ und C^, die den Raum 5A mit dem Raum 43 verbinden und ferner eine Gewichtsverminderung des Ventilkörpers 5 bewirken, die die Pumpeffekte,bedingt durch die hin- und hergehende Bewegung des Ventilkörpers 5 auf den Kraftstoff, der sich in dem genannten Bereich befindet, s chwächen und daher die Reibung aufgrund des Viskosität der Flüssigkeit verringern.

Da die Leichtigkeit des Ventilkörpers 5 durch Entfernen von Material im mittleren Bereich erhalten wird, erhält man eine schlanke Struktur. Um jedoch einen Ventilkörper zu haben, dessen Länge nicht durch Probleme hinsichtlich der elastischen Instabilität, abhängig von der Spitzenbelastung bei Benutzung begrenzt wird, wird die Feder 19 zwischen dem Sitz 5o und der Stirnseite 161 angeordnet, damit der Ventilkörper 5 lediglich auf Zug." . in sämtlichen Betriebsabschnitten des Ventils beansprucht wird.

Die Anordnung der Feder 19 an der beschriebenen Stelle minimalisiert die Reibung aufgrund des Gleitens der Flächen 55, 56 auf den Führungen 45, 46.

Schließlich ist deshalb, weil die Absperrkraft, die durch die Feder 19 geliefert wird, zwischen den beiden Abschnitten 45 und 46 entwickelt wird, die Reibung, die sich während der Translationsbewegung des Ventilkörpers 5 ergibt, proportional zu dieser Kraft.

Wenn stattd^sen die Feder 19 auf die gesamte Länge des Ventilkörpers 5 einwirken undsich insbesondere rechts außen abstützen würde, würde die Reibung um einen Multi-

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plikationsfaktor, resultierend aus dem Verhältnis der Länge des Ventilkörpers und dem Abstand zwischen den Lagerstellen 45, 46 vergrößert. Bei vergrößerter Reibung erhält man aber offensichtlich eine Verlangsamung der Translationsgeschwiindigkeit des Ventilkörpers mit einer Vergrößerung der Zeitspannen T""-] und | ., sowie einen größeren Verschleißter Bauteile, die während der Bewegung miteinander in Berührung sind.

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Claims

Patentansprüche

Λ j Einspritzventil, bestehend aus einem Gehäuse,

as eine elektromagnetische Spule, die an einer Quelle für elektrische Impulse anschließbar ist, zu einem Anker, der in dem Gehäuse in der Nähe der Spule angeordnet ist, sowie eine Einspritzdüse, die wie das Gehäuse eine durchgehende Bohrung besitzt, und in dem Gehäuse um eine bestimmte Länge herausragend entsprechend den geometrischen Erfordernissen der Einspritzleistung angeordnet ist, um in geeigneter Weise die Austrittsöffnung für den Kraftstoff, der sich an der Vorderseite befindet, anzuordnen, einen Ventilkörper, von dem ein Ende fest mit dem Anker verbunden ist und eine Außenfläche mit der Innenfläche der Einspritzdüse zur Bildung einer Gleitführung für den Ventilkörper in Eingriff steht, während das andere Ende des Ventilkorpers einen konischen Abschnitt, der mit einem konischen Sitz in der Einspritzdüse unmittelbar im Bereich der Austrittsöffnung in Eingriff bringbar ist, und ein an dem Ventilkörper befindliches Leitstück für die Zerstäubung des Kraftstoffes besitzt, das zusammen mit der Austrittsöffnung der Einspritzdüse den Durchflußspalt für den Kraftstoff bildet, wobei der konische Abschnitt durch eine elastische Kraft in seinen Sitz gedrückt wird und beim Öffnen der Durchflußöffnung durch die Einwirkung des Magnetfeldes den Austritt des Kraftstoffes aus dem Ventil ermöglicht, Anschlagmittel zum Begrenzen der Translationsbewegung des Ventilkörpers beim Öffnen sowie eine Zuleitung aufweist, über die Kraftstoff, der dem Ventil von einer Versorgungseinrichtung unter Druck zugeführt wird, vom Eingang zu

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einem Bereich stromaufwärts von dem Sitz geführt und zwischen die Außenfläche des Ventilkörpers und die Innenfläche der Einspritzdüse gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung / in !Längsrichtung

ist

im Inneren des Ventilkörpers ausgebildet und die Verbindung zwischen dem Bereich stromaufwärts von dem Sitz aus einer Vielzahl von Bohrungen besteht, deren Achsen eine wesentliche Komponente parallel zur Hauptachse der Einspritzeinrichtung besitzen.
2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (19), die die Andrückkraft für den Ventilkörper (5) liefert, zwischen einem einstellbaren Anschlag (161), der Teil der Vorderseite eines Rohres (16) ist, das seinerseits Teil der Zuleitung ist, und einem Bereich (6o) im Inneren des Ventilkörpers (5) und sehr nahe an dem Sitz (48) angeordnet ist.
3. Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (19) zwischen zwei Flächen (45, 46), die die Führung für den Ventilkörper (5) zusammen mit entsprechenden Außenbereichen

(55, 56) des Ventilkörpers (5) bilden, angeordnet ist.
4. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper

(5) einen prismatischen Querschnitt aufweist.

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