DE3102642A1

DE3102642A1 - Elektromagnetisches kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE3102642A1
Application number: DE19813102642
Authority: DE
Inventors: Masakichi Momono; Hisanori Moriya; Masami Katsuta Nagano; Masahiro Souma
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-01-30
Filing date: 1981-01-27
Publication date: 1982-01-14
Also published as: US4403741A; JPS56107956A; DE3102642C2

Description

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HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Einspritzventil, insbesondere für eine Brennkraftmaschine.

Ein elektronisches Kraftstoffeinspritzsystem enthält im allgemeinen ein elektromagnetisches KraitstofXeinopritzventil in einem Ansaugabschnitt 3ea.es Zylinders der Brennkraftmaschine, wobei auf eine gegebene Druckhöhe unter Druck gesetzter Kraftstoff zu jedem Kraftstoffeinspritzventil geliefert wird. Im Betrieb wird ein Stromimpuls von dem Einlassluftvolumen entsprechender Dauer zu den Kraftstoffeinspritzv.entilen geleitet, um diese zu öffnen und das Einspritzen des Kraftstoffs durch diese während der entsprechenden Dauer zu ermöglichen.

Bei den meisten bisherigen elektromagnetischen Einspritzventilen werden Nadelventile verwendet. Die Erzielung eines vollständigen KraftstoffabSchlusses während die als Nadel-

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ventile ausgebildeten Einspritzventile geschlossen sind, erfordert eine Bewegung der Nadelventile, wobei die Achse jedes Nadelventils genau mit der Achse der zugehörigen Ventilsitzes ausgefluchtet ist. Hierzu werden für gewöhnlich Nadelventile mit erhöhter Länge verwendet, um durch die Führungseinrichtung ein Führen der Nadelventile an axial beabstandeten zwei Stellen zu ermöglichen. Diese Art von Nadelventilen und Führungseinrichtungen benötigt Hbchpräzisionsbearbeitungen, wodurch die Kraftstoffeinspritzventile teuer werden und das Gewicht der Nadelventile zunimmt.

Zur Verringerung der Kosten von Kraftstoffeinspritzsystemen besteht zur Zeit eine Tendenz, anstatt eines Systems, bei dem ein Kraftstoffeinspritzventil an jedem Zylinder der Brennkraftmaschine befestigt ist, ein einziges Einspritzsystem zu verwenden, bei dem nur ein Einspritzventil verwendet wird und ein Gemisch aus Luft und eingespritztem Kraftstoff durch ein Sammelrohr auf alle Zylinder verteilt wird. Bei einem einzigen Einspritzsystem muss durch Anwendung eines Magnetventils eine synchrone Kraftstoffeinspritzung mit der Luftzufuhr zu allen Zylindern erzielt werden. Dies macht es nötig, dass das Kraftstoffeinspritzventil mit höherer Geschwindigkeit als Kraftstoffeinspritzventile des Systems arbeiten, bei dem ein Kr aftstoffeinspritzventil je Zylinder vorgesehen ist. Die bisherigen Magnetventile sind bei der Erfüllung der Erfordernisse für den Betrieb mit höheren Geschwindigkeiten auf Grund ihres grossen Gewichts benachteiligt.

Ein Kraftstoffeinspritzventil in Form eines Kugelventils ist durch die US-PS 3 731 880 bekannt. Diese Patentschrift zeigt ein Kraftstoffeinspritzventil mit einer federvorgespannten magnetischen Kugel, die sich gegenüber einem kegelförmigen Ventilsitz hin- und herbewegt, um das Ventil durch die Anziehungskraft eines Elektromagnets zu öffnen. Bei

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dieser Art von Kraftstoffeinspritzventil arbeitet die Kugel selbst zur Bildung eines Magnetkreises mit dem Elektromagnet zusammen. Durch diese Anordnung hat die Kugel einen grossen Streufluss und macht die Erzielung einer grossen Anziehungskraft unmöglich. Das Ergebnis hiervon besteht darin, dass die Kugel nicht mit genügender Kraft auf den kegelförmigen Ventilsitz gedrückt werden kann, um ein unvollkommenes Abdichten zu verhindern.

Eine Hauptaufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils mit einem bewegbaren Ventilteil von verringertem Gewicht, der sich zur Erzielung eines Hochgeschwindigkeitsbetriebs des Ventils eignet, während .das Erfordernis für Hochpräzisionsbearbeitungen beseitigt ist, wie sie bei den bisherigen elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventilen erforderlich sind.

Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung eines elektromagnetischen Kr aftstoffeinspritzventils, bei dem zusätzlich zum Vorsehen einer zwangsläufigen Abdichtung des Ventils ein stabiler Betrieb der beweglichen ieile gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt durch den Gegenstand des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der UnteranSprüche.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt:

Hg. 1 einen Schnitt des elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Hg. 2 einen Schnitt H-II in Fig. 1.

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Die Ausführungsform eines elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils nach der Erfindung enthält ein zylindrisches Hauptgehäuse 1, in dem eine Düse 3, eine !führung 5, eine bewegliche Ventileinrichtung 7 und ein Elektromagnet 9 miteinander ausgefluchtet befestigt sind. Die Düse 3 und die Führung 5 sind in eine Bohrung 11 eingesetzt, die in einem linken Endteil (Fig. 1) des Hauptgehäuses 1 ausgebildet ist. Der linke Rand 13 des Hauptgehäuses 1 wird nach dem Einsetzen der Führung 5 und der Düse 3 in die Bohrung 11 zur Befestigung dieser Teile radial nach innen verformt.

Die Düse 3 ist mit einer Ausnehmung 15 von grossem Durchmesser an ihrem inneren Endteil versehen. Ein Kraftstoffeinspritzkanal 17 erstreckt sich axial zur Düse 3 und enthält einen darin auf halbem Weg angeordneten Abschnitt mit verringertem Durchmesser zur Bildung einer Dosieröffnung 17A. Ein Ventilsitzglied 19 ist mit Pressitz in die Ausnehmung 15 eingepresst und wird dort gehalten. Das Ventilsitzglied 19 ist mit einer Öffnung 21 versehen, die in Verbindung steht mit dem Kraftstoffeinspritzkanal 17» mit einem kegelförmigen Ventilsitz 23« mit einem sich von einem äusseren Ende des Ventilsitzes 23 aus erstreckenden zylindrischen Führungsfläche 25 und mit Nuten, die an der Führungsfläche 25 ausgebildet sind und sich axial hierzu erstrecken.

Eine bewegliche Ventileinrichtung 7 enthält eine Kugel 29, die zur axialen Bewegung von der zylindrischen Führungsfläche 25 getragen ist. Die Kugel 29 arbeitet mit dem Ventilsitz 23 zusammen, um den Kraftstoffeinspritzkanal 17 in und ausser Verbindung mit einem Saum 31 zu setzen. Die Ventileinrichtung 7 enthält ferner eine hohle Stange 33 und einen Tauchkolben 35. Die Kugel 29 ist durch Schweissen mit dem einen oder linken Ende der Stange 33 verbunden, während der Tauchkolben 35 mit dem anderen oder rechten Ende der Stange 33 verbunden ist. Somit sind die Kugel 29, die

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Stange 33 und der Tauchkolben 35 eine einteilige Konstruktion und arbeiten als Einheit· Die Stange 33 ist an ihrem Aussenumfang mit einem Flansch 37 und einer zylindrischen Führungsfläche 39 versehen, die verschiebbar in eine Führungsöffnung 41 eingepasst ist, die in der Mitte der Führung 5 ausgebildet ist. Der Flansch 37 liegt an der Führung 5 an, wenn die Ventileinrichtung 7 zum Elektromagnet 9 zurückgezogen wird und sich nach rechts bewegt, wodurch eine weitere Bewegung der Ventileinrichtung 7 verhindert wird.

Der Elektromagnet 9 enthält einen hohlen Kern 4-3, eine am Aussenumfang des Kerns 4-3 angeordnete Spule 45 und eine Wicklung 47. Der Kern 43 hat ein inneres Ende, das sich bis in Nähe des Tauchkolbens 35 erstreckt. Das Hauptgehäuse 1, der Tauchkolben 35 und der Kern 43 bilden einen Magnetkreis. Der Kern 43 hat eine Bohrung 51 mit einem hohlen Federanschlag 53» der darin eingeschraubt ist und mit dem ein Ende eines Schraubenfeder 55 verbunden ist, die an ihrem anderen Ende auf den Tauchkolben 35 gedruckt wird. Hierdurch wird die bewegbare Ventileinrichtung 7 in eine Schliesstellung bewegt, in der die Kugel auf den Ventilsitz 23 gedrückt wird. Die Vorspannkraft der Feder 55 kann durch den Federanschlag 53 eingestellt werden. Wenn die Ventileinrichtung 7 sich gemäss Fig. 1 in Schliesstellung befindet, wird ein sehr kleiner Spalt 57 mit einer Strecke L zwischen dem Kern 43 und dem Tauchkolben 35 gebildet, während ein sehr kleiner Spalt mit einer Strecke 1 zwischen der Führung 5 und dem Flansch 37 der Stange 33 gebildet wird. Der Abstand L ist so gewählt, dass er geringfügig grosser als der Abstand 1 oder zum Beispiel um 0,05 mm grosser ist. Wenn somit die Ventileinrichtung 7 zum Kern angezogen wird, bleibt ein kleiner Luftspalt von 0,05 mm zwischen dem Ende des Tauchkolbens 35 und dem Ende des Kerns 43 übrig. Die Anwesenheit des Luftspalts verhindert eine Verzögerung der Wirkung der Ventileinrichtung 7» wenn

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das Ventil geschlossen ist, die sonst auf Grund eines e restlichen Magnetflusses auftreten würde.

Der Kern 43 ist an seinem rechten Ende mit einem Verbindungsrohr 59 versehen, das einen Kraftstoffeinlasskanal 61 bildet, der einstückig mit dem Kern 43 ausgebildet ist und mit einer äusseren Kraftstoffquelle verbindbar ist. Im Kraftstoffeinlasskanal 61 ist ein Filter 63 angeordnet, der mit dem Raum 31 in Verbindung steht über eine im Federanschlag 53 ausgebildete Bohrung 65» eine in der Stange 33 ausgebildete Bohrung 67 und radiale öffnungen 69. Mit der Wicklung 47 ist eine Klemme 71 verbunden.

Im Betrieb wird Kraftstoff mit gegebenem Druck vom Kraftstoffeinlasskanal 61 über die Bohrungen 65 und 67 und die öffnungen 69 in den Raum 31 geliefert. Wenn zur Wicklung kein Strom geleitet wird, wird die Ventileinrichtung 7 durch die Vorspannkraft der Schraubenfeder 5 in eine Ventilschliesstellung bewegt und in dieser gehalten. Wird ein Erregungsstrom zur Wicklung 47 geliefert, so wird der Tauchkolben 35 gegen die Vorspannkraft der Schraubenfeder zum Kern 43 gezogen, wobei die Ventileinrichtung 7 in eine Ventilöffnungsstellung bewegt wird. Hierdurch kann der Kraftstoff durch die Nuten 27, die Dosieröffnung 17A und den Kraftstoffeinspritzkanal eingespritzt werden. Wird der zur Wicklung 47 fliessende Erregungsstrom unterbrochen, so wird die Ventileinrichtung 7 durch die VorSpannkraft der Schraubenfeder 55 in die Ventilschliessstellung zurückgestellt, wodurch die Einspritzung des Kraftstoffs unterbrochen wird.

Wie oben beschrieben, wird bei der Ventileinrichtung 7 der Aussenumfang der Kübel 29 durch die zylindrische Führungsfläche 25 geführt, während der Aussenumfang der Stange 33 durch die Führungsöffnung 41 der Führung 5 geführt wird. Anders ausgedrückt, die Ventileinrichtung 7 wird an zwei axial beabstandeten Stellen geführt. Somit wird die Ventileinrichtung 7 hin- und hergehend bewegt, während ihre

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Achse mit der Achse des kegelförmigen Ventilsitzes 23 und des Elektromagnets 9 ausgefluchtet gehalten wird. Das heisst, dass sich die Kugel 29 auf der Achse des Ventilsitzes 23 derart bewegt, dass die Kugel bei der Bewegung von der Ventilöffnungsstellung in die Ventilschliessstellung den Mindestabstand zurücklegt. Somit kann das Ventil mit hoher Geschwindigkeit geschlossen werden. Durch Verwendung einer Kugel als Ventilkörper für den Eingriff mit dem kegelförmigen Ventilsitz 23 kann beim Schliessen des Ventils eine sichere Abdichtung selbst dann hergestellt werden, wenn die Achse der Ventileinrichtung 7 geringfügig geneigt ist. Dies ermöglicht ein grösseres Spiel für die Führungsteile der Ventileinrichtung und einen geringeren Abstand zwischen den Führungsteilen als bei den bisherigen Nadelventilen. Bei den bekannten Nadelventilen betragen das Spiel um die Führungsteile etwa 5/U und der Abstand zwischen den Führungsteilen etwa 11 mm. Bei der Ausführungsform nach der Erfindung liegt das Spiel um die Führungsteile (Aussenumfang der Kugel 29 und Aussenumfang der Stange 33) im Bereich von 10 bis 40 /U, während der Abstand zwischen den Führungsteilen etwa 7 mm beträgt. Dies führt zu einer Gewichtsverringerung des Nadelventils und einer Verringerung der Produktionskosten, weil das Gewicht der Ventileinrichtung 7 verringert ist. Die Verwendung des zum Elektromagnet 9 angezogenen Tauchkolbens 35 ermöglicht die Anwendung einer höheren Anziehungskraft als bei den bisherigen elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventilen, bei denen die Kugel vom Elektromagnet unmittelbar angezogen wird. Folglich kann die Vorspannkraft der Schraubenfeder 55 zur Erhöhung des Drucks vergrössert werden, mit dem die Kugel 29 den Ventilsitz 23 berührt. Die Anordnung, durch die die Bewegungsrichtung des Tauchkolbens 35 mit der Achse des Elektromagnets 9 ausgefluchtet ist, führt zur Stabilisierung des Betriebs des Tauchkolbens 35, da letzterer nicht an die Innenwandfläche 73 des Hauptgehäuses 1 angezogen wird und die Achse des Tauchkolbens

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35 während des Betriebs des Elektromagnets 9 nicht geneigt ist. Somit kann die Aasführungsform des elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils nach der Erfindung mit hoher Geschwindigkeit stabil arbeiten und im Schliesszustand eine Abdichtung herbeiführen.

Claims

Patentanwälte

BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ
München 22 « Steinsdorfstr. 10

81-31 .94oP(31.94 IH) 27. Jan. 1981

■Ansprüche

M.;¹ Elektromagnetisches Kraftstoff einspritzventil, ^-^// gekennzeichnet

- durch ein zylindrisches Hauptgehäuse (1),

- durch eine Düseneinrichtung an einem Ende des Hauptgehäuses (1) und mit einem Kraftstoffeinspritzkanal (17) sowie einem kegelförmigen Ventilsitz (23) am inneren Ende des Kraftstoffeinspritzkanals (17)»

- durch einen Elektromagnet (43-47), der am anderen Ende des Hauptgehäuses (1) ausgefluchtet mit dem Ventilsitz (23) angeordnet ist und einen Kern (43) sowie eine um den Kern (43) herum angeordnete elektromagnetische Wicklung (47) aufweist,

- durch eine bewegliche Ventileinrichtung (7), die auf halbem Weg zwischen dem inneren Ende des Kerns (43) und dem Ventilsitz (23) im wesentlichen mit dem Ventilsitz (23) und dem Kern (43) ausgefluchtet angeordnet ist und enthält: einen Tauchkolben (35), der an den Kern (43) angrenzt und mit diesem zur Bildung eines Magnetkreises zusammenarbeitet, eine Kugel (29), die mit dem Ventilsitz (23) in und ausser Eingriff bringbar ist, und eine Stange (33), an deren entgegengesetzten Enden der Tauchkolben (35) und die Kugel (29) befestigt sind,

- durch eine Federeinrichtung (55), die normalerweise durch ihre Vorspannkraft die bewegliche Ventilein-

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richtung (7) in Eingriff mit dem Ventilsitz (23) drückt,

- durch eine erste Führungseinrichtung (25) zur Führung des Aussenumfangs der Kugel (29) und

- durch eine zweite Führungseinrichtung (5) zur Führung des Aussenumfangs der Stange (33) zur axialen Bewegung der Ventileinrichtung (7).
2. Kraftstoff einspritzventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet

- durch eine Anschlageinrichtung (37)* die zwischen dem Tauchkolben (35) und dem Kern (43) einen sehr kleinen Spalt L vorsieht, wenn der Elektromagnet (43-47) erregt ist und der Tauchkolben (35) zum Elektromagnet (43-47) angezogen wird.
3. Kraftstoffeinspritzventxl nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Anschlageinrichtung einen am Aussenumfang der Stange (33) und hiervon nach aussen ragenden Flansch (37) aufweist, der so angeordnet ist, dass er an der zweiten Führungseinrichtung (5) anstösst, wenn sich die Ventileinrichtung (7) zum Elektromagnet (43-47) bewegt.
4. Kraftstoffeinspritzventxl nach einem der Ansprüche bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

- dass die erste Führungseinrichtung enthält: eine zylindrische Innenfläche (25), die sich vom Aussenumfang des Ventilsitzes (23) aus erstreckt, und wenigstens eine Nut (27), die an der zylindrischen Innenfläche (25) ausgebildet ist und sich axial hierzu erstreckt.

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