DE3303507A1

DE3303507A1 - Elektromagnetischer brennstoff-injektor

Info

Publication number: DE3303507A1
Application number: DE19833303507
Authority: DE
Inventors: Kenji Obu Aichi Nakai
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 1982-02-18
Filing date: 1983-01-31
Publication date: 1983-08-25
Also published as: JPS58137864U; US4509693A

Description

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig Patentanwälte

t .r -;-tan P..Y-'lAttC'· (-;.-£

T58-3

31. Januar 1983

Pf/schu

1957 (VGN)

AISAN KOGYO KABUSHIKI KAISHA
1-1, Kyowa-cho 1-chome, Obu-shi, Aichi-ken, Japan

Elektromagnetischer Brennstoff-Injektor

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Brennstoff-Injektor zur Verwendung in einem elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystem für Fahrzeuge mit Motoren mit innerer Verbrennung.

Es sind derartige Brennstoff-Injektoren bekannt, die an ihrem vorderen Ende eine Einspritzdüse tragen. Die Einspritzdüse ist in einem Ventilgehäuse mit einer axialen Brennstoffleitung und einem in diese eingesetzten kolbenartigen Ventilkörper angeordnet. Am rückwärtigen Ende des Ventilkörpers ist eine Armatur befestigt; das Ventilgehäuse wird am vorderen Ende eines elektromagnetischen Gehäuses gehalten, in dem ein ortsfester Magnetkerm mit einer Erregerspule sich befindet. In Abhängigkeit von einem der Erregerspule zugeführten Steuersignal wird der

Ventilkörper axial hin und her bewegt zur Abgabe des unter Druck stehenden Brennstoffes aus der Einspritzdüse. Die innere Fläche der Düse dient als Ventilsitz für den Ventilkörper, und die zylindrische Innenfläche der Brennstoffleitung dient der gleitenden Aufnahme des Ventilkörpers. Zwischen dem Ventilgehäuse und dem elektromagnetischen Gehäuse ist ein nichtmagnetischer Abstandshalter angeordnet. Der Ventilkörper besitzt einen vor der Vorderseite des Abstandshalters liegenden nach außen vorstehenden Ringflansch, der bei Bewegung des Ventilkörpers nach rückwärts mit der Vorderfläche des Abstandshalters in Eingriff tritt.

Das elektromagnetische Gehäuse besteht aus ferromagnetischem Material, ebenso auch der ortsfeste Magnetkern, der eine axiale Durchgangsbohrung für die Brennstofförderung besitzt. In dem vorderen Ende der axialen Durchgangsbohrung ist eine Druckfeder angeordnet, die auf das rückwärtige Ende der Armatur einwirkt und den Ventilkörper in die Schließstellung beaufschlagt. Die Druckfeder liegt an dem vorderen Ende einer in der Durchgangsbohrung des Magnetkernes angeordneten Hülse an, und an ihrem rückwärtigen Ende ist ein Brennstofffilter angeordnet.

Die Bestimmung des Hubes des Ventilkörpers erfolgt darart, daß der Ventilkörper in Schließstellung gehalten wird und die Stellungen der rückwärtigen Enden des Ventilgehäuses und des Ventilflansches so einjustiert werden, daß der Abstand zwischen ihnen dem Hub des Ventilkörpers entspricht. Zwischen dem

rückwärtigen Ende der Armatur und dem Vorderende des ortsfesten Magnetkernes ist ein Luftspalt vorgesehen, damit der Ventilkörper nicht durch den Restmagnetismus des ortsfesten Magnetkernes beeinflußt werden kann bei Bewegung des Ventilkörpers in die Schließstellung. In Zusammenhang hiermit ist die Stärke des Abstandshalters zu berechnen aus den Abmessungen des elektromagnetischen Gehäuses des Magnetkernes, des Ventilgehäuses,des Flansches und der Armatur, wobei diese Maße miteinander zu kombinieren sind. Die erforderliche Durchführung dieser Maßnahme ist sehr schwierig und umständlich und führt zu ungenauen Ergebnissen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Brennstoff-Injektor so zu verbessern, daß diese bisher gegebenen Schwierigkeiten überflüssig sind bei einer gleichzeitigen Senkung der Herstellungskosten, und bei dem der Hub des Ventilkörpers und der Luftspalt mit einem hohen Grade von Genauigkeit auf einfache Weise bestimmt werden können zum Zwecke der Verbesserung der Einspritzcharakteristik.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst bei einem elektromagnetischen Brennstoff-Injektor nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches durch die in seinem kennzeichnenden· Teil angegebenen Merkmale.

Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung nach dem Hauptanspruch dar

Erfindungsgemäß ist an dem rückwärtigen Ende der Armatur zur Sperrung des Restmagnetismus des ortsfesten Magnetkernes ein Abstandshalter befestigt. Ein anderer Abstandshalter mit
einer fixierten Stärke ist zwischen den

Anschlagflächen des Ventilgehäuses und des elektromagnetischen Gehäuses angeordnet. Das Vorderende des ortsfesten Magnetkernes liegt in einem Bereich von der mit der Anschlagfläche des elektromagnetischen Gehäuses

fluchtenden Stellung bis zu einer nach rückwärts gegenüber dieser Stellung um die Größe des Hubes des Ventilkörpers zurückgezogenen Stellung. Das rückwärtige Ende der Armatur und die

Anschlagfläche des Ventilgehäuses werden
zur Erzielung eines maximalen Hubes des
Ventilkörpers eingestellt.

Weitere Merkmale ergeben sich aus der anschließenden Beschreibung, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigt.

Es bedeutet:

Fig. 1 Schnitt durch einen elektro

magnetischen Brennstoff-Injektor nach dem Stande der Technik;

Fig. 2 Darstellung gemäß Fig. 1

eines erfindungsgemäßen
Injektors in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 3
und 4

- JS -

Schnittdarstellungen des wesentlichen Teiles des Injektors nach einer abge wandelten Ausführungsform

Die Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch einen üblichen, also bekannten, dem Stande der Technik zugehörenden elektromagnetischen Brennstoff-Injektors 1. Der Injektor 1 besitzt an seinem vorderen Ende eine Brennstoffeinspritzdüse 3. Es ist ein Ventilgehäuse 2 vorgesehen mit einem axial angeordneten Brennstoffkanal 4 und einem kolbenartigen, in den Brennstoffkanal 4 eingesetzten Ventilkörper An dem rückwärtigen Ende des Ventilkörpers 5 ist eine Armatur 6 befestigt. Das Ventilgehäuse 2 ist in dem vorderen Ende eines elektromagnetischen Gehäuses 7 aufgenommen·. Ein ortsfester Magnetkern 8 und eine Erregerspule 9 sind in dem hinteren Bereich des elektromagnetischen Gehäuses angeordnet. In Abhängigkeit von einem über einen Anschluß 10 auf die Erregerspule 9 gegebenen Steuersignal wird der Ventilkörper axial hin und her bewegt zur Ausgabe von unter Druck stehendem Brennstoff aus der Einspritzdüse 3. Die innere Oberfläche der Düse 3 dient als Ventilsitz 3a, der mit einem Ventilglied 5a des Ventilkörpers 5 in Kontakt treten kann. Die zylindrische Innenfläche der Brennstoffleitung 4 dient der Führung eines gleitenden Teiles des Ventilkörpers 5. Der vordere Teil des Ventilgehäuses 2 ist durch eine Abdeckung 7a geschützt und ihr rückwärtiger Teil ist an dem vorderen Teil des elektromagnetischen Gehäuses 7 über eine

O-Ringdichtung 11 und einen zwischengefügten nichtmagnetischen Abstandshalter 12 befestigt. Am äußeren Umfang des Ventilkörpers 5 ist ein Flansch 5b angeordnet, der vor der Vorderseite des Abstandshalters 12 liegt, so daß der Flansch 5b in Kontakt mit der Vorderfläche des Abstandshalters 12 gelangt, wenn der Ventilkörper 5 sich in seine rückwärtige Position bewegt. Das elektromagnetische Gehäuse 7 dient als Joch und besteht aus einem ferromagnetische*! Material, und die Erregerspule 8 ist in dem Zwischenraum zwischen dem elektromagnetischen Gehäuse 1 und dem ortsfesten Magneten 8 über O-Ringdichtungen 13 und 14 angeordnet. Der ortsfeste Magnetkern 8 besteht ebenfalls aus ferromagnetischem Material und ist mit einer eine Brennstoffleitung bildenden Durchbohrung versehen. Eine Druckfeder 16 ist in dem vorderen Teil der axialen Durchbohrung eingesetzt und beaufschlagt das rückwärtige Ende der Armatur 6 und des Ventilkörpers 5 in Richtung der Schließstellung. Die Druckfeder 16 liegt an dem vorderen Ende einer in der Durchbohrung des ortsfesten Magnetkernes 8 angeordneten Hülse 17 an.

Ein Brennstoffilter 18 ist am rückwärtigen Ende der Durchbohrung 15 vorgesehen.

Der Hub S des Ventilkörpers 5 wird derart bestimmt, daß bei an dem Ventilsitz 3a anliegenden Ventilkörper 5 die beiden Stellungen, des rückwärtigen Endes des Ventilgehäuses und des rückwärtigen Endes des Ventilflansches 5b so eingestellt werden, daß der Abstand zwischen den beiden rückwärtigen Enden dem

Wert S, also dem Hub des Ventilkörpers 5 entspricht. Ein Luftspalt D ist zwischen dem rückwärtigen Ende der Armatur 6 und dem vorderen Ende des ortsfesten Magnetkernes 8 angeordnet, damit der Ventilkörper 5 nicht durch den Restmagnetismus des ortsfesten Magnetkernes 8 beeinflußt werden kann, wenn er sich aus seiner offenen Position nach vorne bewegt. Zur Bestimmung desDistanz-Stückes oder Abstandshalters 12 werden die Kombinationsgröße A des elektromagnetischen Gehäuses und des ortsfesten Magnetkernes 8 und die Kombinationsgröße B des Ventilgehäuses 2, des Flansches 5b und der Armatur 6 gemessen, und die Stärke C des Abstandshalters 12 wird nach der Gleichung C= (B + D) - A berechnet. Die Größe A ist eine Kombination aus zwei Elementen, und es ist sehr schwer, genau die axiale Dimension der zentralen Bohrung zu messen. Die Größe 3 ist eine Kombination aus drei Elementen und es ist ebenfalls schwer, genau die axiale Dimension der zentralen Bohrung zu messen, da das Ventilgehäuse 2 und der Ventilkörper 5 nicht fixiert sind.

Wenn die-Stärke des Abstandshalters 12 nach Messung der Größen A und B gewählt ist, scheint das Problem darin zu bestehen, daß viele Arten von Abstandshaltern 12 mit Unterschieden von 1 Mikrometer zur Verfügung stehen müssen, um die Genauigkeit der Größe D zu erhöhen.

Die Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen elektromagnetischen Brennstoff-Injektor 21 mit einem Ventilgehäuse 22, das eine Einspritzdüse 23 an seinem vorderen Ende besitzt und

-JS-

mit einer axialen Führungsbohrung 24 ausgestattet ist. Zwischen der Einspritzdüse und dem vorderen Ende der Bohrung 24 befindet sich eine der Aufnahme des unter Druck ■* stehenden Brennstoffes dienende Kammer 24a. Ein kolbenartiger Ventilkörper 31 ist gleitend in der Führungsbohrung 24 aufgenommen und besitzt an seinem rückwärtigen Ende eine Armatur 32. Ein nichtmagnetischer Abstandshalter 39 ist an dem rückwärtigen Ende der Armatur 32 befestigt zur Abtrennung des Restmagnetismus des feststehenden Magnetkernes 28. Die vordere Außenseite des Ventilgehäuses 22 ist durch eine Abdeckung 27a geschützt,und der rückwärtige Teil des Ventilgehäuses 22 ist über eine O-Ringdichtung an ihrem äußeren Umfang und durch einen ferromagnetischen Abstandshalter 34 bestimmter Dicke am rückwärtigen Ende der Anschlagfläche 27b eines elektromagnetischen Gehäuses 27 befestigt. Eine Brennstoffleitung 35 ist durch den Mittelteil des Abstandshalters gebohrt. Das rückwärtige Ende 34 des Abstandshalters 34 ist um seine Mittelbohrung ausge-

schnitten zur Bildung einer ringförmigen Nut 34b zur Verhinderung eines magnetischen Kurzschlusses. Das elektromagnetische Gehäuse 27 besteht aus ferromagnetischem Material und schließt eine Erregerspule 29 ein, die den ortsfesten Magnetkern 28 über O-Ringdichtungen 36 und 37 umschließt. Der ortsfeste Magnetkern 28 besteht ebenfalls aus ferromagnetischem Material und besitzt einen zentralen Brennstoffdurchgang 25, und ist an dem rückwärtigen Ende des elektromagnetischen Gehäuses 27 befestigt.

Das elektromagnetische Gehäuse 27 und der ortsfeste Magnetkern 28 können aus einem Teil bestehen, wie in Fig. 4 mit dem Bezugszeichen gezeigt ist. Ein Anschluß 30 für die Erregerspule 29 ist an der rückwärtigen Außenseite des feststehenden Magnetkernes 28 angeordnet. Die Anschlagfläche 27b des elektromagnetischen Gehäuses 27 fluchtet mit dem Vorderende 28a

des ortsfesten Magnetkernes 28. Der Hub S des 10

Ventilkörpers 31 wird derart bestimmt, daß bei Anlage des Ventilgliedes 31a an dem Ventilsitz 23a jedes rückwärtige Ende des Ventilgehäuses 22 und der Armatur 32 eingestellt wird nach Zusammenfügung des Ventilgehäuses 22, des Ventilkörpers 31, der Armatur 32 und des Abstandshalters 34. Die Distanz zwischen dem rückwärtigen Ende 22a des Ventilgehäuses 22 und dem rückwärtigen Ende 39a des nichtmagnetischen Abstandshalters 39 ist die Größe B¹ 20

und die fixierte Stärke des ferromagnetischen Abstandshalters 34 ist die Größe C. Die Beziehung zwischen B¹ und C wird ausgedrückt durch die Gleichung B¹ + C = C. Die Hülse 25a

des ortsfesten Magnetkernes 28, die Druckfeder 25

26 und der Brennstoffilter 38 entsprechen demjenigen gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen wesentlichen Teil des Injektors in einer zweiten Abwandlungsform.

Der grundsätzliche Aufbau dieser Ausführungsform ist im wesentlichen identisch mit demjenigen der Ausführungsform gemäß Fig. 2, wobei jedoch die folgenden Punkte unterschiedlich sind.

Bei dem elektromagnetischen Brennstoffinjektor 41 liegt das Ventilglied 31a des Ventilkörpers 31 an dem Ventilsitz 23a an, und das Ventilgehäuse 22, der Ventilkörper 31, die Armatur 42 und der Abstandshalter 34 sind zusammengesetzt. Bei dieser Anordnung fluchtet das rückwärtige Ende 42a des nichtmagnetischen Abstandshalters 49 mit dem rückwärtigen Ende 34a des ferromagnetischen Abstandshalters 34. Der Hub S des Ventilkörpers 31 wird derart ermittelt, daß die Anschlagfläche 27 b des elektromagnetischen Gehäuses 27 und das Vorderende 43a des ortsfesten Magnetkernes 43 eingestellt werden, nachdem das elektromagnetische Gehäuse 27 mit dem ortsfesten Magnetkern 43 kombiniert ist.

Wie vorstehend beschrieben, wird der Luftspalt D genau ermittelt durch Befestigung der eine bestimmte Stärke besitzenden nichtmagnetischen Abstandshalter 39 bzw. 49 an dem rückwärtigen Ende der Armaturen 32 bzw. 42. Bei der ersten Ausführungsform brauchen bezüglich des maximalen Hubes S des Ventilkörpers 31 die axialen Dimensionen nicht gemessen zu werden, da die Anlagefläche 27b des elektromagnetischen Gehäuses 27 und das Vorderende 28a des ortsfesten Magnetkernes gleichzeitig in einer fluchtenden Ebene bearbeitet werden, so daß Irrtümer beim Messen entstehen können. Da die Stärke C des ferromagnetischen Abstandshalters 34 konstant ist, wird der maximale Hub S bestimmt nur durch die relative Beziehung zwischen dem rückwärtigen Ende 22a des Ventilgehäuses 22 und

dem rückwärtigen Ende 39a der Armatur 32 einschließlich eines nichtmagnetischen Abstandshalters 39, so daß der Hub S mit verringerten Irrtümern hinsichtlich der Messung ermittelt werden kann. Bei der zweiten Ausführungsform kann der Hub S ebenfalls mit einem hohen Genauigkeitsgrad ermittelt werden, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform.

Bei quantitativer Analyse des vorerwähnten Effektes ergeben sich beim Stand der Technik die folgenden Meßfehler: A + 2.5UHj, B + 1.5 um und C + 0.5-um als beste Mittelwerte bei üblicher Massenherstellung, und die zusammengesetzten Fehler, ausgedrückt als quadratischer Mittelwert, sind bestimmt durch die Beziehung V2.5 + 1.5 + 0.5 = 3 um. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform andererseits liegen die Meßfehler bei A¹ +0, B¹ + 1.5 um und C + 0.5 um.

und der zusammengefaßte Fehler beträgt

/Ϊ.5 + 0,5 = 1.6-um, was zirka die Hälfte des Wertes gemäß dem Stande der Technik ausmacht. Dementsprechend ist die Streuung des Brennstoffflusses in dem elektromagnetischen Brennstoffinjektor verbessert auf +5.5 %,und die Streuung

der Öffnungszeit des Ventiles ΊΓ . und [■

mm max

ist sekundär vermindert.

Beim Betrieb wird der unter Druck stehende Brennstoff durch das Brennstoffilter 38 und die Brennstoffleitungen 25, 35 und 24 zur Brennstoffkammer 24a gefördert. Der Ventilkörper 31 steht normalerweise unter Wirkung der Druckfeder 26, so daß die Brennstoffeinspritzdüse 23 in geschlossener Position gehalten ist.

Wenn ein Steuersignal zur öffnung des Ventilkörpers aus einem nicht dargestellten Computer auf die Erregerspule 29 gegeben wird, wird in dem elektromagnetischen Gehäuse 27 und dem ortsfesten Magnetkern 28 ein magnetisches Feld erzeugt, und die Armatur 32 wird angezogen. Hierdurch wird der Ventilkörper 31 nach rückwärts bewegt und zwischen dem Ventilsitz 23a und dem Ventilglied 31a entsteht ein Spalt, so daß der in der Brennstoffkammer 24a befindliche unter Druck stehende Brennstoff aus der Injektionsdüse ausgestoßen wird. Die axiale Dimension des Spaltes entspricht dem Hub S, der mit einem hohen Grad von Genauigkeit bestimmt ist, wie oben beschrieben ist, so daß die Streuung des dem Düsenspalt zugeführten Flüssigkeitsstromes erheblich reduziert ist.

^⁰ Die Erfindung ist nicht auf die beispielsweisen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann beliebige Abwandlungen erfahren unter der Voraussetzung, daß diese im Rahmen des der Erfindung zuzumessenden allgemeinen Er-^J findungsgedankens liegen.

Claims

Patentansprüche

Elektromagnetischer Brennstoff-Injektor für Motoren mit innerer Verbrennung, bestehend aus einem an seinem Vorderende eine Einspritzdüse und einen Ventilsitz aufweisenden, mit einer axialen Führungsbohrung ausgestatteten Ventilgehäuse, aus einem in der Führungsbohrung gleitend angeordneten Ventilkörper, aus einer den Ventilkörper in Schließrichtung der Einspritzdüse beaufschlagenden Druckfeder, aus einer an dem rückwärtigen Ende des Ventilkörpers befestigten Armatur, aus einem ortsfest angeordneten, mit seinem Vorderende dem rückwärtigen Ende der Armatur gegenüberliegenden, eine mittige, eine Brennstoffleitung bildende Durchbohrung aufweisenden Magnetkern, aus einer den Magnetkern umgebenden Magnetspule und aus einem das Ventilgehäuse mit dem Magnetkern zusammenfassenden elektromagnetischen Gehäuse, zur Lieferung von unter Druck stehendem Brennstoff bei Aufgabe eines der öffnung des Ventilkörpers dienenden Steuersignales auf die Erregerspule, dadurch gekennzeichnet daß an dem rückwärtigen Ende der Armatur

(32) ein nichtmagnetischer, der Abtrennung des Restmagnetismus des Magnetkernes (28) dienender Abstandshalter (39) und ein eine fixierte Dicke besitzender, zwischen den Anschlagflächen (22a,27b) des Ventilgehäuses (22) und des elektromagnetischen

Gehäuses (27) angeordneter ferromagnetischer Abstandshalter (34) vorgesehen sind, daß das Vorderende (28a) des ortsfesten Magnetkernes (28) von der mit der Anschlagfläche (27b) des elektromagnetischen Gehäuses (27) fluchtenden Stellung bis in die gegenüber dieser um die Größe des Hubes des Ventilkörpers (31) nach rückwärts versetzte Stellung angeordnet ist, und daß das rückwärtige Ende der Armatur (32) und die Anschlagfläche (22a) des Ventilgehäuses (22) einstellbar sind zur Erzielung eines maximalen Hubes des Ventilkörpers (31).
2. Elektromagnetischer Brennstoff-Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorderende (28a) des ortsfesten Magnetkernes (28) mit der Anschlagfläche (27b) des elektromagnetischen Gehäuses (27) fluchtet!
3. Elektromagnetischer Bre-nstoff-Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorderende (28a) des ortsfesten Magnetkernes (28) nach rückwärts von der Anschlagfläche (27b) des elektromagnetischen Gehäuses (27) um die Größe des Hubes des Ventilkörpers (31) zurückgezogen ist.