DE3028742C2

DE3028742C2 - Elektrisch betätigtes Einspritzventil

Info

Publication number: DE3028742C2
Application number: DE3028742A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: ALFA ROMEO SpA MAILAND/MILANO IT; Alfa Romeo SpA Mailand/milano
Current assignee: Weber SRL
Priority date: 1979-08-03
Filing date: 1980-07-29
Publication date: 1986-07-24
Also published as: IT7924927A0; GB2057193B; US4339082A; DE3028742A1; IT1122430B; FR2463294A1; GB2057193A; FR2463294B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch betätigtes Einspritzventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Einspritzventil ist aus der DE-PS 72 664 und der DE-OS 16 01 395 bekannt.

Ferner sind Elektro-Einspritzventile bekannt, die aus einem Außenmantel, einem einen geführten, anheb- und senkbaren becherförmigen Absperrorgan zum öffnen und Schließen der Kraftstoffeinspritzdüse, sowie aus einer Betätigungsspule für das Absperrorgan bestehen, welche teilweise um ihren Kern und teilweise um das Absperrorgan gewickelt ist. Außenmantel, Spulenkern und becherförmiges Absperrorgan bilden zusammen mit dem entsprechend dem Hub des Absperrorgans veränderlichen und dem zwischen diesem und dem Mantel bestehenden Luftspalt unveränderlicher Stärke den Magnetkreis des Elektro-Einspritzventils.

Der unter Druck stehende Kraftstoff gelangt durch eine Leitung innerhalb des Spulenkerns zur Einspritzdüse.

Wenn diese Elektro-Einspritzventile dazu verwendet werden, intermittierend Kraftstoffmengen abzugeben, dann werden sie derart gesteuert, daß sich ihr Absperrorgan während der Ansaugphase der betreffenden Zylinder zyklisch jeweils für eine Zeitdauer öffnet, die mit der in jedem Zyklus einzuspritzenden Kraftstoffmenge veränderlich ist Die Dosierung dieser Kraftstoffmenge ist somit umso genauer, je besser die Öffnungsdauer des Absperrorgans mit der Dauer des der Spule zugehenden Signals entspricht, d. h. je kürzer und stabiler die

Übergangszustände des öffnens und Schließens sind, die Ansprechverzögerungen bezüglich der Steuerbefehle darstellen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Einspritzventil derart zu verbessern, daß die Dauer der

Obergangszustände insbesondere beim Schließen des Absperrorgans herabgesetzt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des_ Anspruchs 1 gelöst
Hinsichtlich der Länge der Obergangszustände sind vor ailem die Abmessungen und die Masse des Absperrorgans, die etwaige Reibung desselben während seines öffnungs- und Schließhubes, sowie die Fähigkeit der Spule, bei Eintreffen und bei Beendigung des Steuersignals sich mehr oder weniger rasch zu erregen bzw. abzuerregen, von Einfluß aus.

Weitere maßgebende Faktoren sind die Ausbildung des Magnetkreises, mit dem der von der Spuie erzeugte induzierte Magnetfluß verkettet ist, sowie die Ausbildung des seitens des Kraftstoffes im Elektro-Einspritzventil durchströmten Hydraufikkreises. Hauptsächlich der Magnetkreis muß geringen magnetischen Widerstand und eine minimale Streuung des magnetischen Induktionsflusses besitzen, während der Hydraulikkreis möglichst keine Strömungsverluste des durch ihn strömenden Kraftstoffflusses und keinen Gegendruck des unter Druck stehenden Kraftstoffes auf das Absperrorgan hervorrufen darf.

Im Zuge von Untersuchungen hat sich ergeben, daß auf die Wirksamkeit der Elektro-Einspritzventile der beschriebenen Art außer diesen noch weitere Faktoren, Einfluß besitzen. Was den Magnetkreis anbelangt, hat insbesondere die Bemessung der Luftspalte eine erhebliche Bedeutung, d. h. des veränderlichen Luftspaltes zwischen dem Spulenkern und dem becherförmigen Absperrorgan, das dessen Anker bildet, sowie des unveränderlichen Luftspaltes zwischen dem becherförmigen Absperrorgan und dem Außenmantel des Elektro-Einspritzventils. Die Maximalstärke des veränderlichen Luftspaltes hängt von dem Hub ab, den das Absperrorgan auszuführen hat, damit bei einem vorgegebenen Querschnitt seiner Bodenfläche stromaufwärts der Einspritzdüse keine Strömungsverluste im Kraftstofffluß eintreten.
Mit einem derart bemessenen veränderlichen Luftspalt ergibt sich im Versuch, daß der Übergangszustand beim öffnen des becherförmigen Absperrorgans mit zunehmender Stärke des unveränderlichen Luftspaltes und somit mit dessen magnetischem Widerstand in sei-

ner Dauer zunimmt, während der Obergangszustand beim Schließen des Absperrorgans mit zunehmender Stärke und somit magnetischem Widerstand des unveränderlichen Luftspaltes in seiner Dauer kürzer wird.

Es hat sich gezeigt, daß der Wert des magnetischen Widerstandes des unveränderlichen Luftspaltes, bei dem die Summe der Übergangszustände beim Öffnen und beim Schließen am kleinsten ist, im wesentlichen gleich dem magnetischen Widerstand des veränderlichen Luftspaltes ist, der dem Maximalhub des becherförmigen Absperrorgans entspricht.

Auf diese Weise kann das becherförmige Absperrorgan bis zum Anschlag am Spulenkern angehoben werden, wobei auf die Verwendung von nicht ferromagnetischen Membranen verzichtet werden kann, da der magnetische Anklebeeffekt zwischen den beiden Teilen ausgesprochen gering ist.

Zur Verbesserung des Magnetkreises des Elektro-Einspritzventils wurde für die Spule ein Kern verwendet, der mit Längsschlitzen bzw. mit in Längsreihen angeordneten radialen Löchern versehen ist, deren Aufgabe es ist, die Wirkung der von den Veränderungen des magnetischen Induktionsflusses abhängigen Wirbelströmen auf ein Minimum herabzusetzen, wodurch folglich deren Auswirkungen auf das Verhalten des Elektro-Einspritzventils während der Übergangszustände verringert werden.

Ferner hat es sich ergeben, daß es bezüglich des Hydraulikkreises des Elektro-Einspritzventils vorteilhaft ist, in der inneren Leitung für den Kraftstoff Durchtrittsöffnungen in der Nähe des veränderlichen Luftspaltes zwischen dem becherförmigen Absperrorgan und dem Spulenkern vorzusehen, um den Kraftstoffzufluß in diesen Luftspalt zu begünstigen und das hydraulische »Ankleben« infolge einer Saugnapfwirkung zwischen dem becherförmigen Absperrorgan und dem Spulenkern zu vermeiden. Durch diese Maßnahme wird das Senken des Absperrorgans beschleunigt und es werden Dosierfehler des Kraftstoffes vermieden, die sich bei einem nicht genügenu kurzen Schließübergangszustand einstellen würden.

Schließlich konnten Verbesserungen hinsichtlich der öffnungs- und Schließübergangszustände dadurch erreicht werden, daß im becherförmigen Absperrorgan einige Auslaßöffnungen für den Kraftstoff vorgesehen wurden, der sich in seinem Inneren befindet und der durch den, zufolge des zyklischen Hebens und Senkens des Absperrorgans hervorgerufenen Pumpeffekt plötzlichen positiven und negativen Druckschwankungen unterliegt.

Das erfindungsgemäße Einspritzventil besitzt sehr kurze öffnung- und Schließübergangszustände, so daß die Kraftstoffdosierung äußerst genau ist, nachdem sowohl in den Magnetkreis als auch in den Hydraulikkreis Verbesserungen eingeführt wurden, die es gestatten, den Übergangszustand beim Öffnen und beim Schließen zu verkürzen. Die Summe der beiden Übergangszustände konnte durch Eingriffe in den Magnetkreis des Einspritzventils auf ein Minimum herabgesetzt werden, indem der magnetische Widerstand der Spalte im wesentlichen gleich in dem Zustand gemacht wurde, in dem die Stärke eines Spaltes dem Maximalhub des Absperrorgans entspricht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestel'ten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein elektrisch betätigtes Einspritzventil im Längsschnitt, und

F i g. 2 eine Variante einer Einzelheit des Ventils nach Fig. 1.

Das allgemein mit 10 bezeichnete elektrisch betätigte Einspritzventil besitzt einen zylindrischen Außenmantel 11, der mittels eines Flansches 12 in der Nähe einer Saugleitung eines Zylinders (nicht dargestellt, da bekannt) am Zylinderkopf befestigt wird. Der Außenmantel U ist oben durch eine Ringwand 13 verschlossen, die in einem Sitz 14 durch Umbördeln des Mantelrandes

ίο festgehalten ist. In einen Durchbruch der Ringwand 13 ist ein zylindrischer Hohlkörper 15 eingesetzt, der den Kern der Betätigungsspule 16 des Elektro-Einspritzventils bildet und aus ferromagnetischem Werkstoff besteht.

Auf die obere Abschlußwand des Außenmantels 11 ist ein Deckel 17 aus Isolierstoff aufgesetzt, der mit einem Anschlußstutzen 18 versehen ist, in den die Kontaktlamelle 19 zur Speisung der Spule 16 mündet. Diese Lamelle 19 ist in einen Kanal 20 des Deckels 17 eingesetzt Der Deckel 17 weist ferner einen, auf den Kern 15 aufgesetzten Anschluß 2! auf, an den ein ichiauch 22 zur Zuleitung des unter Druck stehenden Kraftstoffes zum Einspritzventil angeschlossen ist, der seinerseits auf den Kern 15 aufgesteckt ist

In den Kern 15 ist eine Hülse 23 eingeschraubt, deren Boden einen geeichten Durchlaß 24 zur Dosierung des dem Einspritzventil zugeleiteten Kraftstoffes aufweist. Ein Querstift 25 verhindert das Lösen der Hülse 23 im Fall von Vibrationen.

*n den Kern 15 ist ferner ein Rohr 26 eingesetzt, das im oberen Abschnitt mit einem Kraftstoffverteilerkanal 27 und mit radialen Löchern 28 versehen ist, um den Kraftstoff gegen den Kern 15 zu leiten. Im unteren Abschnitt weist das Rohr 26 einen axialen Kanal 29 auf, durch den der Kraftstoff in das becherförmige Absperrorgan 37 eingeleitet wird, wie dies nachfolgend noch näher erläutert wird.

Die Spule 16 besitzt eine seitens eines Spu.'enträjrers 31 getragene Wicklung 30, wobei der Spulenträger zwisehen den Kern 15 und den Außenmantel 11 eingesetzt ist. Zv '.sehen Spulenträger 31 und Kern 15 ist ein Dichtungsring 32 eingesetzt und ein weiterer Dichtungsring 33 befindet sich zwischen dem Spulenträger 31 und einem innerer. Ringbund 34 des Außenmantels 11.

In der Wand des Kernes 15 befinden sich dem Spulenträger 31 benachbart Längsreihen von Radiallöchern 35, deren Aufgabe es ist, die mit dem den Spulenkern interessierenden magnetischen Induktionsfluß verketteten Wirbelströme zu schneiden und die auch den Kraftstoffdurchfluß zur Kühlung der Spule gestatten.

Unten ist in den Kern 15 eine Zentrier- und Führungshülse 36 für die Verschiebung des Bechers 37 eingesetzt, in der Padiallöcher 38 zur Ableitung des Kraftstoffes nach außen vorhanden sind.

Das Absperrorgan 27 besteht aus einer Seitenwand 39 aus einem, für den magnetischen Induktionsfluß durchlässigen Werkstoff und aus einer Bodenwand 40 aus einem, zur hydraulischen Abdichtung geeigneten Werkstoff. In der Seitenwand 39 des Absperrorgans 37 sind Löcher 4i zur Ableitung des Kraftstoffes nach außen vorhanden.

Zwischen der Bodenwand 40 des Abspet rorgans 37 und der Bodenwand des Rohres 26, die mit Zentrierabsätzen 43 bzw. 44 versehen sind, wirkt eine Rückstellfeder 42.

Mit 45 ist der veränderliche Spalt zwischen dem Absperrorgan 37 und dem Kern 15 bezeichnet, dessen Stärke dem Hub des Absperrorgan entspricht. 46 ist

der Spalt konstanter Stärke zwischen dem Absperrorgan 37 und dem Ringbund 34 des Außenmantels 11.

In den unteren Abschnitt geringeren Durchmessers des Außenmantels 11 ist ein Düsenkörper 47 eingesetzt und durch Umbördeiung des Mantelrandes festgehalten, der eine Einspritzdüsenöffnung 48 und einen nach innen weisenden, ringförmigen Vorsprung 49 zur Sicherstellung der Abdichtung gegenüber der Bodenwand 40 des Absperrorgans 37 aufweist. Der Düsenkörper 47 besitzt ferner gegen außen eine Kammer 50, in die der durch die Düse 48 austretende Kraftstoff gelangt. Zwischen den Düsenkörper 47 und den Außenmantel 11 ist ein Dichtungsring 51 eingesetzt.

In Fig.2 ist der Kern 15 eines Einspritzventils nach F i g. 1 gezeigt. In diesem Fall sind anstelle der Längsreihen radialer Löcher 35 Längsschlitze 52 vorgesehen.

Das Steuersignal für das beschriebene Einspritzventil gelangt in Form eines Stromimpulses von der Einspritzregdvorrichiung des Motors (die nicht gezeigt ist, da sie in beliebiger bekannter Weise ausgeführt sein kann) zyklisch zur Spule 16.

Diese Stromimpulse, deren Dauer mit der in den jeweiligen Betriebszuständen seitens des Motors geforderten Kraftstoffmenge veränderlich ist, verursachen die Erregung der Spule, welche in dem durch die zylindrische Wand des Außenmantels 11, den Spalt 46, die Seitenwand 39 des Absperrorgans 37, den Spalt 45, den Kern 15 und die Ringwand 13 gebildeten Magnetkreis eine magnetomotorische Kraft erzeugt. Zufolge dieser magnetomotorischen Kraft entsteht in dem genannten Magnetkreis ein magnetischer Induktionsfluß, der das Anheben des Absperrorgans 37 entgegen der Wirkung der Feder 42 verursacht, bis das Absperrorgan 37 am Kern 15 zur Anlage gelangt. Aus der Düsenöffnung 48 wird eine Kraftstoffmenge ausgespritzt, die von der Zeit abhängt, für die das Absperrorgan 37 geöffnet bleibt.

Bei Unterbrechung des Stromimpulses wird das Absperrorgan 37 seitens der Feder 42 in die Schließlage zum Verschließen der Düsenöffnung 48 zurückgeführt.

Das beschriebene Einspritzventil besitzt sehr kurze öffnungs- und Schließübergangszustände, so daß die Kraftstoffdosierung äußerst genau ist. Die Summe der beiden Übergangszustände sind durch die Eingriffe in den Magnetkreis des Einspritzventils auf ein Minimum herabgesetzt, indem der magnetische Widerstand des Spaltes 46 im wesentlichen gleich jenem des Spaltes 45 in dem Zustand gemacht wurde, in dem die Stärke des letzteren dem Maximalhub des Absperrorgans entspricht, und indem im Kern 15 die Längsreihen der Radiallöcher 35 bzw. die Längsschlitze 52 angeordnet wurden.

Diese Verkürzung der beiden Übergangszustände wurde ferner durch Eingriffe in den Hydraulikkreis beeinflußt, indem in der Hülse 36 in Übereinstimmung mit dem Spalt 45 die Löcher 38 zur Begünstigung des Kraft-Stoffflusses in diesen Luftspalt wenn sich das Absperrorgan 37 vom Kern 15 abhebt, vorgesehen wurden und indem in der Seitenwand 39 des Absperrorgans 37 die Ausflußlöcher 41 vorgesehen wurden, um plötzliche Druckschwankungen in dem im Absperrorgan enthaltenen Kraftstoff zu vermeiden.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisch betätigtes Einspritzventil zur intermittierenden Niederdruck-Einspritzung von Brennstoff in eine nach dem Otto-Verfahren arbeitende Brennkraftmaschine mit einem Außenmantel, mindestens einer Einspritzdüse, einer mit einem zylindrischen, hohlen Kern aus ferromagnetischem Werkstoff versehenen Betätigungsspule zur zyklischen Steuerung des öffnens der Einspritzdüse infolge entsprechender Steuersignale, einem den Anker der Spule bildenden, becherförmigen Absperrorgan mit einer Seitenwand aus ferromagnetischem Werkstoff und einer Bodenwand aus einem für die Brennstoffabdichtung geeigneten Werkstoff, mindestens einem innerhalb des Absperrorgans angeordneten Federmittel, um die Bodenwand des Absperrorgans an der Einspritzdüse anliegend zu halten, einem Spulenträger, auf den die Spule gewickelt ist und in dem der Kern und d£$ Absperrorgan in gegenseitiger axialer Ausrichtung teilweise eingeführt sind, einer innerhalb des Kerns eingesetzten Führungshülse, mittels der das Absperrorgan verschiebbar gelagert ist, und einer innerhalb des Kerns angeordneten ZufluSieitung für den unter Druck stehenden Brennstoff, wobei zwischen dem Kern und dem Absperrorgan ein erster ringförmiger, dem Hub des Absperrorgans entsprechender, veränderlicher Spalt ausgebildet ist und wobei zwischen der Seitenwand des Absperrorgans und dem Außenmantel ein zweiter ringförmiger Spalt mit konstanten Abmaßen vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spalte (45,46) im wesent'ichen gleiche magnetische Widerstände aufweisen, wenn df - erste Spalt (45) so breit wie der Maximalhub des Absperrorgans (37) ist.

2. Elektrisch betätigtes Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (15) mit Längsreihen von radial angeordneten Löchern (35) versehen ist.

3. Elektrisch betätigtes Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (15) mit Längsschlitzen (52) versehen ist

4. Elektrisch betätigtes Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse (36) in der Nähe des ersten ringförmigen Spaltes (45) mit radial angeordneten Löchern (38) versehen ist.

5. Elektrisch betätigtes Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (39) des becherförmigen Absperrorgans (37) mit Kraftstoffausflußöffnungen (41) versehen ist.