DE3328467C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigbaren Kraftstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffeinspritzven­ til vorgeschlagen worden (DE-OS 32 37 532), bei dem ein nach außen öffnendes Ventilteil durch eine Membranfeder geführt wird. Dadurch besteht nicht nur die Gefahr der Schrägführung des Ventilteiles, wodurch es infolge von Bewegungsreibung des Ventilteiles zu Hyste­ resefehlern bei der Ansteuerung des Ventiles kommt, sondern der Elektromagnet benötigt zur Betätigung des Ventilteiles eine erhöhte Ansteuerleistung wegen der Kraft der Membranfeder und muß hierfür größer bauend ausgeführt sein. Außerdem ist für das Ventilteil ein zusätzlicher Anschlagkörper erforderlich.

Bekannt ist weiterhin ein Ventil (US-PS 32 45 652), bei dem die ein­ ander zugewandten Flachen vom Anker und Kern sphärisch ausgebildet sind.

Der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zu­ grunde, eine die Lage des Ventilteiles und die Ansteuerleistung un­ erwünscht beeinflussende Feder zu vermeiden und mit möglichst gerin­ ger Bewegungsreibung eine radiale Zentrierung des Ventilteiles zu gewährleisten. Dadurch ergeben sich die Vorteile einer geringen An­ kermasse und niedriger Ansteuerleistung des Elektromagneten sowie einer sehr guten Aufbereitung des abgespritzten Kraftstoffes und eine lange störungsfreie Betriebszeit des Ventiles.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Ventiles möglich. Vorteilhaft ist es, zur Unterstützung der radialen Zentrierung von Anker und Ventilteil die einander zuge­ wandten Oberflächen von Polen und Anker mit einander angepaßten sphärischen Oberflächen konkav bzw. konvex auszubilden, so daß das Ventilteil bei an den Polen anliegendem Anker in senkrechter Lage stabil ist. Besonders vorteilhaft ist es, daß das Ventilteil berüh­ rungslos den Ventilsitzkörper durchragt und bei vom Ventilsitz abge­ hobenem Dichtteil durch das Fluid zentrierbar ist.

Weiterhin besonders vorteilhaft ist es, am Anker eine geneigte An­ schlagfläche auszubilden, die zur radialen Zentrierung von Anker und Ventilteil mit einer konischen Anschlagbohrung im Ventilsitzkörper zusammenwirkt.

Ebenfalls besonders vorteilhaft ist es, am Anker einen mit der Strömungsbohrung mit enger Passung zusammenwir­ kenden schmalen Führungsabschnitt vorzusehen, durch den Anker und Ventilteil radial zentrierbar sind.

Vorteilhaft ist es weiterhin, zur Einstellung des Ventil­ teilhubes gegenüber dem Ventilsitz Anker und Ventilteil axial zueinander bewegbar bzw. plastisch verformbar zu gestalten.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausfüh­ rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventiles, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventiles, Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventiles.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in Fig. 1 beispielsweise in Teilansicht dargestellte Kraftstoffeinspritzventil ist in bekannter Weise elektro­ magnetisch durch Erregung einer nicht gezeigten Magnetspule betätigbar und dient beispielsweise als Teil einer Kraft­ stoffeinspritzanlage zur Einspritzung von Kraftstoff, insbesondere mit niederem Druck, in das Luftansaugrohr von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Das Kraftstoffeinspritzventil besitzt ein bewegliches Ven­ tilteil 2, das aus nichtmagnetischem Material wie beispiels­ weise Messing, austenitischem Stahl oder anderem ausgebildet sein kann und das ein Dichtteil 3 aufweist, welches mit einem Ventilsitz 4 in einem Ventilsitzkörper 5 aus amagne­ tischem Material zusammenarbeitet. Der Ventilsitzkörper 5 ist in ein Ventilgehäuse 6 eingesetzt. Stromaufwärts des Ventilsitzes 4 ist in dem Ventilsitzkörper 5 eine Strö­ mungsbohrung 8 vorgesehen, durch die ein Verbindungsteil 9 des Ventilteiles 2 ragt. Dem Dichtteil 3 abgewandt ist das Verbindungsteil 9 des Ventilteiles 2 mit einem bei­ spielsweise scheibenförmigen Anker 10 aus weichmagneti­ schem Material fest verbunden. Der Magnetkreis wird aus als Kern dienenden Polen 11 und 11′ und dem Anker 10 ge­ bildet. Über die Pole 11, 11′ wirkt der durch die Magnet­ spule bewirkte Magnetfluß. Zwischen den Polen 11 und 11′ ist eine Zentralöffnung 12 vorgesehen, über die Kraftstoff von einer nicht dargestellten Kraftstoffversorgungsquelle, beispielsweise einer Kraftstofförderpumpe in das Innere des Kraftstoffeinspritzventiles strömen kann. Bei Kraft­ stofförderung und nicht erregter Magnetspule wird der Anker 10 und damit auch das Ventilteil 2 aufgrund der am Anker und Ventilteil angreifenden hydraulischen Druckkräfte von den Polen 11, 11′ wegbewegt und der Anker 10 kommt an einer den Polen 11, 11′ abgewandten Anschlagfläche 13 an einem am Ventilsitzkörper 5 ausgebildeten erhabenen Ring­ anschlag 14 zum Anliegen. Zwischen dem Ringanschlag 14 und dem Umfang des Verbindungsteils 9 ist ein Ringquerschnitt 15 ausgebildet, der in den zwischen Strömungsbohrung 8 und Verbindungsteil 9 gebildeten ringförmigen, beispielsweise drosselnden und damit zumessenden Strömungsquerschnitt 16 mündet. In den Ringquerschnitt 15 mündet mindestens eine vorzugsweise axial verlaufende Strömungsöffnung 17, die den Anker 10 durchdringt und andererseits mit dem Innen­ raum 19 des Kraftstoffeinspritzventiles bzw. der Zentral­ öffnung 12 zwischen den Polen 11, 11′ in Verbindung steht. Der Anker 10 und die Pole 11, 11′ sind einander zugewandt vorzugsweise mit angepaßten sphärischen Oberflächen ver­ sehen, beispielsweise die Pole 11, 11′ mit einer über beide Pole 11, 11′ verlaufenden konkaven Oberfläche 20 und der Anker 10 mit einer zur Oberfläche 20 der Pole 11, 11′ hin ausgerichteten konvexen Oberfläche 21. Durch die aneinander angepaßten Oberflächen 20, 21 erfolgt eine radiale Zentrie­ rung des Ankers 10 zum Ventilsitz 4 infolge der Magnet­ kräfte. Bei nicht erregter Magnetspule werden Anker 10 und Ventilteil 2 aufgrund der Druckkräfte des fließenden Kraft­ stoffes von den Polen 11, 11′ wegbewegt, so daß das Dicht­ teil 3 vom Ventilsitz 4 abhebend nach außen öffnet und Kraftstoff von der Zentralöffnung 12 bzw. dem Innenraum 19 über die Strömungsöffnungen 17 zum Ringquerschnitt 15 und von dort über den Strömungsquerschnitt 16 und den Ven­ tilsitz 4 abströmen kann. Dabei erfolgt durch die im Strö­ mungsquerschnitt 16 an dem Verbindungsteil 9 angreifenden radialen hydraulischen Kräfte eine radiale Zentrierung des Ventilteiles 2, so daß das Ventilteil ohne Wandberührung und damit ohne Reibung in der Strömungsbohrung 8 durch die Kraftstoffströmung geführt wird und entsprechend zentriert mit dem Anschlag 13 aufsitzt. Über den Ventilsitz 4 tritt ein rundum gleichdicker Kraftstoffilm aus, der in einem Ringspalt 22, welcher zwischen der beispielsweise halbkugel­ förmig oder in anderer sphärischer Form ausgebildeten Ober­ fläche des Dichtteiles 3 und einer sich in Strömungsrichtung an den Ventilsitz 4 im Ventilsitzkörper 5 anschließenden Abspritzöffnung 23 mit sich erweiterndem Durchmesser an der Oberfläche des Dichtteiles 3 nach außen strömt und sich mit der Umgebungsluft vermischt, die nach dem Abreißen des kegel­ förmig ausgebildeten Kraftstoffilmes bei Erreichen der scharfkantigen Endfläche 24 des Dichtteiles 3 sich ebenfalls von innen her mit dem Kraftstoff vermischt. Der Ventilteil­ hub H des Ventilteiles gegenüber dem Ventilsitz 4 kann einerseits durch entsprechende Bearbeitung der Stirnfläche 26 des Ringanschlages 14 erfolgen, indem diese Stirnfläche in gewünschter Weise abgetragen oder verformt wird. Anderer­ seits kann der Ventilteilhub H auch dadurch eingestellt werden, daß Anker 10 und Ventilteil 2 axial zueinander verschiebbar sind. Anker 10 und Ventilteil 2 können in geeigneter Weise verlötet oder verschweißt sein.

Durch das Fehlen einer das Ventilteil 2 in Schließrichtung beaufschlagenden Ventilfeder und dem Fehlen einer Bewe­ gungsreibung am Ventilteil sind die erforderlichen Mag­ netkräfte zum Schließen des Kraftstoffeinspritzventiles sehr klein, so daß der Anker 10 mit einer geringen Masse ausgebildet werden kann und eine niedrige Ansteuerlei­ stung der Magnetspule erforderlich ist. Dadurch ergibt sich ein kleinbauendes und leichtes Kraftstoffeinspritz­ ventil, das schnell und zuverlässig arbeitet und preis­ wert ist, bei fehlenden verschleißenden und reibenden Führungen. Die geringen Massen von Ventilteil 2 und Anker 10 gewährleisten eine lange störungsfreie Betriebsdauer des Kraftstoffeinspritzventiles infolge der geringen Ein­ schläge bei Bewegungsänderungen am Ventilsitz 4 und dem Ringanschlag 14.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä­ ßen Ventiles nach Fig. 2 sind die gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 gleichbleibenden und gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 in dem Ventilsitzkörper 5 eine Strömungsboh­ rung 8 vorgesehen, die von dem Verbindungsteil 9 des Ven­ tilteils 2 durchragt wird. Zwischen dem Verbindungsteil 9 und der Strömungsbohrung 8 ist ebenfalls wieder ein Strö­ mungsquerschnitt 16 ausgebildet, der drosselnd wirken und damit als Zumeßquerschnitt dienen kann. Der Anker 10 weist dem Ventilteil 2 zugewandt einen Zapfen 30 auf, der im Be­ reich des Ringquerschnittes 15 an dem Ende 31 des Ventil­ teiles 2 aufsitzt und mit diesem Ende stumpf verschweißt oder verlötet sein kann. Am Anker 10 ist auf der Polen 11, 11′ abgewandten Seite unter einem Winkel α geneigt eine Anschlagfläche 13 ausgebildet, der gegenüberliegend am Ventilsitzkörper 5 eine angepaßte konische Anschlagbohrung 32 vorgesehen ist, die in die Strömungsbohrung 8 übergeht. Der Winkel α an der Anschlagfläche 13 ist größer als der Reibwinkel aber so flach, daß einerseits ein guter Hubanschlag und andererseits in Zusammenwirkung mit der Anschlagboh­ rung 32 eine gute Zentrierung von Anker 10 und Ventilteil 2 in der Strömungsbohrung 8 und damit zum Ventilsitz 4 hin gewährleistet ist. Vorteilhafterweise besteht zwischen dem Winkel α der Anschlagfläche 13 und der Neigung der An­ schlagbohrung 32 eine Winkeldifferenz oder die Anschlag­ bohrung 32 ist zum Innenraum 19 hin ausgerundet. In dem Ventilsitzkörper 5 sind Kraftstoffkanäle 33 ausgebildet, die vom Innenraum 19 zum Ringquerschnitt 15 führen, in dem eine kreissymmetrische Verteilung des Kraftstoffes zum Strömungsquerschnitt 16 erfolgt. Der Hubabgleich kann durch plastische Verformung am Zapfen 30 erfolgen.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsbei­ spiel sind die gegenüber den bisherigen Ausführungsbeispie­ len gleichbleibenden und gleichwirkenden Teil durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. So ragt bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 der Zapfen 30 des Ankers 10 in eine Befestigungsbohrung 34 des Ventilteiles 2, vorzugsweise bis zu dessen Endfläche 24 und ist an der Endfläche bei 35 mit dem Ventilteil 2 verschweißt. Dabei läßt sich der Ventilhub H durch geeignete axiale Zuord­ nung von Anker 10 und Ventilteil 2 in gewünschter Weise festlegen. Die plane Anschlagfläche 13 des Ankers 10 kommt bei vom Ventilsitz 4 abgehobenem Dichtteil 3 am Ventilsitzkörper 5 zum Anliegen. Die radiale Zentrierung von Anker 10 und Ventilteil 2 wird bei diesem Ausführungs­ beispiel durch einen schmalen zylindrischen Führungsab­ schnitt 36 des Ankers 10 vorgenommen, der mit enger Pas­ sung in die Strömungsbohrung 8 ragt.

Auch bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 und 3 kann durch das strömende Fluid in den Strömungsquer­ schnitten 16 eine zusätzliche radiale Zentrierung erfolgen und die erforderlichen Magnetkräfte zum Schließen des Kraftstoffeinspritz­ ventiles sind durch das Fehlen einer das Ventilteil 2 in Schließ­ richtung beaufschlagenden Ventilfeder und durch die nur minimale Reibung am Ventilteil sehr klein, so daß der Anker 10 mit einer geringen Masse ausge­ bildet werden kann und eine niedrige Ansteuerleistung der Magnetspule erforderlich ist. Dadurch ergibt sich ein kleinbauendes und leichtes Kraftstoffeinspritzventil, das schnell und zuverlässig arbeitet und preiswert ist, bei geringstmöglichem Verschleiß.

Claims (10)

1. Elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil fur Kraft­ stoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem Kern und ei­ nem ein mit einem in einem Ventilsitzkörper ausgebildeten festen Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilteil betätigenden Anker aus weichmagnetischem Material, wobei stromaufwärts des Ventilsitzes im Ventilsitzkörper eine Strömungsbohrung vorgesehen und der Anker bei magnetischer Erregung in Richtung zum Kern gezogen wird und dabei ein Dichtteil des Ventilteiles dichtend und zentrierend am Ventil­ sitz hält, während im nichterregten Zustand das Ven­ tilteil durch die Druckkraft des strömenden Fluids in Öffnungsrich­ tung des Ventiles und damit das Dichtteil zur Öffnung des Kraft­ stoffeinspritzventiles vom Ventilsitz weg nach außen bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmig ausgebildete Anker (10) mit einem die Strömungsbohrung (8) im Ventilsitzkörper (5) durchragenden Verbindungsteil (9) des Ventilteiles (2) verbunden ist und im nichterregten Zustand mit einer An­ schlagfläche (13) am Ventilsitzkörper (5) anliegt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (9) des Ventilteiles (2) die Strö­ mungsbohrung (8) im Ventilsitzkörper (5) berührungslos durchragt und bei vom Ventilsitz (4) abgehobenem Dicht­ teil (3) durch das Fluid radial zentrierbar ist.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (10) auf seiner dem Kern (11, 11′) abgewandten Seite eine unter einem Winkel (α) geneigte Anschlagfläche (13) hat, die zur radialen Zentrierung von Anker (10) und Ventilteil (2) mit einer in die Strömungsbohrung (8) des Ventilsitz­ körpers (5) übergehenden angepaßten konischen Anschlag­ bohrung (32) zusammenwirkt (Fig. 2).

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Anker (10) ein schmaler in die Strömungsbohrung (8) mit enger Passung ragender zylindrischer Führungsabschnitt (36) ausgebildet ist, der Anker (10) und Ventilteil (2) radial in der Strömungsbohrung (8) zentriert (Fig. 3).

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (10) einen Zapfen (30) aufweist, der in eine Befestigungsbohrung (34) des Ventilteiles (2) ragt und mit diesem verschweißt ist (Fig. 3).

6. Ventil nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts des Ventilsitzes (4) im Ventilsitzkörper (5) eine sich im Durchmesser erweiternde Abspritzöffnung (23) vorgesehen ist, die zumindest teil­ weise mit dem Dichtteil (3) einen Ringspalt (22) bildet.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (10) eine dem Kern (11, 11′) zugewandte angepaßte sphärische Oberfläche (21) hat.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (11, 11′) dem Anker (10) zugewandt konkav (20) und der Anker (10) dem Kern (11, 11′) zugewandt konvex (21) ausge­ bildet ist.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (10) bei geöffnetem Ven­ til an einem Anschlag (14, 32) anliegt, der zur Einstel­ lung des Ventilhubes (H) gegenüber dem Ventilsitz (4) ver­ formbar ist.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Anker (10) und Ventilteil (2) axial zueinander zur Einstellung des Ventilteilhubes (H) gegen­ über dem Ventilsitz (4) bewegbar sind.