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Brennstoff-Einspritzdüse
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Die Erfindung betrifft eine Brennstoff-Einspritzdüse nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine elektromagnetische Brennstoff-Einspritzdüse,
mit der Brennstoff unter einem vorgegebenen Druck in den Verbrennungsraum einer
Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
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Derartige bekannte elektromagnetische Brennstoff-Einspritzdüsen weisen
generell eine Solinoid- oder Magnet-Vorrichtung und eine Ventil-Vorrichtung auf.
Das Einspritzen von Brennstoff wird durch Steuerung der Arbeitsweise der Ventil-Vorrichtung
unter Ausnutzung einer magnetischen Anziehungskraft vorgenommen, welche erzeugt
wird, wenn der Solinoid oder der Magnet der Magnet-Vorrichtung mit Energie versorgt
wird. Genauer gesagt weisen derartige bekannte Brennstoff-Einspritzdüsen in ihrer
Ventil-Vorrichtung ein
Ventilbauteil zum Öffnen und Schließen der
Einspritzöffnung der Einspritzdüse auf. Das Ventilbauteil ist mit einem beweglichen
Bauteil aus einem magnetischen Werkstoff verbunden und kann sich zusammen mit dem
beweglichen Bauteil in Richtung auf die Einspritzöffnung zu und von der Einspritzöffnung
weg bewegen. Weiterhin wird das bewegliche Bauteil durch eine Ventilfeder derart
vorgespannt, daß das Ventilbauteil die Einspritzöffnung verschließt.
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Das bewegliche Bauteil wird derart bewegt, daß das Ventilbauteil entgegen
der Vorspannkraft der Ventilfeder die Öffnung der Brennstoffeinspritzöffnung ermöglicht,
indem eine magnetische Anziehungskraft erzeugt wird, wenn der Magnet der Magnetvorrichtung
mit Energie versorgt wird.
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Dies hat zur Folge, daß die Einspritzöffnung für das Einspritzen von
unter Druck stehendem Brennstoff geöffnet wird. Zu diesem Zeitpuntk ist das bewegliche
Bauteil in Anlage mit einem festen Bauteil, das aus magnetischem Material gebildet
ist und das einen Teil des magnetischen Kreises der Magnet-Vorrichtung bildet. Wenn
die Stromzufuhr zu dem Magneten unterbrochen wird, zieht der Magnet das bewegliche
Bauteil nicht mehr länger an, so daß das bewegliche Bauteil durch die Vorspannkraft
der Ventilfeder zurückbewegt wird. Somit wird die Einspritzöffnung von dem Ventilbauteil
verschlossen und der Brennstoff-Einspritzvorgang ist unterbrochen.
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Dieser bekannten elektromagnetischen Einspritzdüse haftet der folgende
Nachteil an: Wenn der Magnet mit Energie versorgt wird, wird das bewegliche Bauteil
durch eine magnetische Anziehungskraft an das feste Bauteil herangezogen, um mit
diesem in Anlage zu geraten. Wenn daher der Magnet nicht mehr mit Energie versorgt
wird, wird das bewegliche Bauteil daran gehindert, sich von dem festen Bauteil zu
trennen; dieser Effekt wird durch einen verbleibenden magnetischen Fluß zwischen
den
beiden Bauteilen sowie durch Adhäsionskräfte von Brennstoff
hervorgerufen, der zwischen den entsprechenden Anlageoberflächen der beiden Bauteile
verbleibt. Das Zurückkehren des beweglichen Bauteiles wird somit zeitverzögert erfolgen
und hindert das Ventilbauteil daran, die Einspritzöffnung schnell wieder zu verschließen.
Mit anderen Worten, bei einer derartigen bekannten Brennstoff-Einspritzdüse erfolgt
das Verschließen der Einspritzöffnung durch das Ventilbauteil relativ langsam.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektromagnetische
Brennstoff-Einspritzdüse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, bei
der eine schnelle Verschlußbewegung des Ventilbauteiles für die Einspritzöffnung
möglich ist, so daß die Zeit zum Verschließen der Einspritzöffnung verkürzt wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1.
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Erfindungsgemäß ist eine elektromagnetische Brennstoff-Einspritzdüse
vorgesehen, welche eine Solinoid- oder Magnetvorrichtung mit einem festen Bauteil
aus magnetischem Material und eine Ventil-Vorrichtung mit einem beweglichen Bauteil
aus magnetischem Material aufweist, wobei das bewegliche Bauteil in Richtung auf
das feste Bauteil gezogen wird, um mit diesem in Anlage zu geraten, wobei diese
Bewegung durch eine magnetische Anziehungskraft erzeugt wird, die von der Magnet-Vorrichtung
hervorgerufen wird.
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Das bewegliche Bauteil ist mit einem Ventilbauteil verbunden, um eine
Einspritzöffnung der Einspritzdüse zu öffnen und zu schließen. Die elektromagnetische
Brennstoff-Einspritzdüse weist weiterhin eine Einrichtung zum Verringern des Anlagebereiches
auf, welche wenigstens an einer der entsprechenden Anlageoberflächen des festen
und beweglichen Bauteiles ausgebildet ist, wodurch der Anlagebereich
zwischen
den beiden Anlageoberflächen reduziert wird. Diese Einrichtung zum Verringern des
Anlagebereiches verringert den Anlagebereich zwischen dem festen und beweglichen
Bauteil auf zwanzig bis sechzig Prozent eines Anlagebereiches, der erhalten wird,
wenn die beiden Anlageoberflächen plan ausgebildet sind.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Anlagebereich zwischen dem
festen und beweglichen Bauteil durch die Einrichtung zum Verringern des Anlagebereiches
verringert werden. Während der Zurückkehrbewegung des beweglichen Bauteiles können
daher die Adhäsionskräfte zwischen dem festen und dem beweglichen Bauteil verringert
werden, die durch Brennstoff hervorgerufen werden, der sich zwischen den beiden
Bauteilen befindet. Die Verringerung der Adhäsionskräfte wird durch die Verringerung
der Brennstoffmenge zwischen den beiden Bauteilen verringert. Somit wird eine Verzögerungszeit
bei der Zurückkehrbewegung des beweglichen Bauteiles, welche durch die Adhäsionskräfte
von Brennstoff zwischen dem festen und beweglichen Bauteil hervorgerufen wird, verringert
werden, so daß die Zeit, die für die Zurückkehrbewegung des beweglichen Bauteiles
nötig ist, das heißt, die Zeit, die das Ventilbauteil benötigt, die Einspritzöffnung
zu verschließen, verkürzt wird.
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Weiterhin wird durch die Einrichtung zum Verringern des Anlagebereiches
der Anlagebereich zwischen den Anlageoberflächen des beweglichen und festen Bauteiles
auf zwanzig bis sechzig Prozent der Anlagefläche verringert, die vorhanden ist,
wenn die beiden Anlageoberflächen plan sind.
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Die Zeit, die nötig ist, um das bewegliche Bauteil zurückzubewegen,
kann daher auf einen gewünschten Wert verkürzt werden. Zusätzlich kann das bewegliche
Bauteil oder das Ventilbauteil vor Vibrationen während der Brennstoffeinspritzung
geschützt werden und Abnutzungen der Anlagenoberflächen des beweglichen und festen
Bauteiles können verringert werden. Wenn der Anlagebereich zwischen dem festen
und
beweglichen Bauteil auf weniger als zwanzig Prozent des vollen Anlagebereiches verringert
wird, prallt das bewegliche Bauteil von dem festen Bauteil zurück, wenn das erstere
gegen das letztere durch die magnetische Anziehungskraft gezogen wird. Dies hat
zur Folge, daß das bewegliche Bauteil oder das Ventilbauteil vibriert, was eine
korrekte Steuerung der Arbeitsweise des Ventilbauteiles, das heißt das Öffnen und
Verschließen der Einspritzöffnung verhindert.
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Wenn weiterhin der Anlagebereich zwischen dem festen und beweglichen
Bauteil derart stark verringert wird, sind die Kräfte pro Flächeneinheit, die auf
die entsprechenden Anlageoberflächen ausgeübt werden, wenn das bewegliche Bauteil
auf das feste Bauteil auftrifft, stark erhöht, so daß eine verstärkte Abnutzung
der Anlagenoberflächen eintritt.
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Wenn der Anlagebereich zwischen dem festen und beweglichen Bauteil
größer als sechzig Prozent des vollen Anlagebereiches ist, verbleibt eine wesentliche
Menge von Brennstoff zwischen den beiden Bauteilen zu Beginn der Rückkehrbewegung
des beweglichen Bauteiles. Die Adhäsionskräfte des verbleibenden Brennstoffes können
daher nicht ausreichend verringert werden, so daß die Zeit, die für die Rückkehrbewegung
des beweglichen Bauteiles nötig ist, das heißt, die Zeit, die zum Verschließen der
Einspritzöffnung durch das Ventilbauteil nötig ist,nicht auf den gewünschten Wert
verkürzt werden kann. Genauer gesagt, wenn der Anlagebereich zwischen dem festen
und beweglichen Bauteil größer als sechzig Prozent des vollen Anlagebereiches ist,
ist die erfindungsgemäße elektromagnetische Brennstoff-Einspritzdüse für eine Verwendung
in Hochleistungsmotoren zum Beispiel in Motoren mit Turboladern nicht geeignet.
Der Grund hierfür ist, daß die Zeit, die nötig ist, die Einspritzöffnung zu verschließen,
für diesen Fall vergleichsweise lang ist, und weiterhin ist der Steuerschaltkreis
zum Steuern der Brennstoff-Einspritzdüse bei derartigen Hoch-
leistungsmotoren
unerwünscht aufwendig, da dieser Steuerschaltkreis die Verzögerungszeit der Rückkehrbewegung
des beweglichen Bauteiles kompensieren muß.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
zum Inhalt.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen anhand
der Zeichnung.
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Es zeigt: Fig. 1 in seitlicher Schnittdarstellung eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Brennstoff-Einspritzdüse; Fig. 2 eine
Schnittdarstellung eines festen Bauteiles, das in der Einspritzdüse gemäß Fig. 1
verwendet wird; Fig. 3 eine Draufsicht von unten auf das feste Bauteil gemäß Fig.
2; Fig. 4 in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen der Ventilverschlußzeit
eines Ventilbauteiles und dem Anlagebereich zwischen dem-festen und dem beweglichen
Bauteil; Figuren 5 bis 9 verschiedene Ausführungsformen des festen Bauteiles gemäß
Fig. 2;
Figuren 10 bis 15 Seitenansichten von beweglichen Bauteilen
mit einer Anzahl von Einkerbungen auf ihrer oberen Oberfläche zur Verringerung der
Anlageoberfläche; und Fig. 16 eine Schnittdarstellung eines festen und eines beweglichen
Bauteiles, wobei eine Anzahl von Einkerbungen zur Verringerung des Anlagebereiches
sowohl in der unteren Oberfläche des festen Bauteiles als auch in der oberen Oberfläche
des beweglichen Bauteiles ausgebildet sind.
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Die elektromagnetische Brennstoff-Einspritzdüse gemäß Fig.
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1 weist ein zylindrisches Gehäuse 20 aus magnetisierbarem Material
auf. Ein rohrförmiges Bauteil 22 ist einstückig innerhalb des Gehäuses 20 derart
ausgebildet, daß es in dem Gehäuse 20 koaxial verläuft. Das rohrförmige Bauteil
22 erstreckt sich nach oben aus der oberen Wand des Gehäuses 20 heraus. Ein Anschlußrohr
24 ist einstückig an dem oberen Ende des rohrförmigen Bauteiles 22 ausgebildet.
Das Anschlußrohr 24 wird über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Brennstoffleitung
mit einer Brennstoff-Einspritzpumpe verbunden. Somit wird ein Brennstoff, zum Beispiel
Benzin,der unter einem festgelegten Druck steht, von der Brennstoff-Einspritzpumpe
durch die Brennstoffleitung dem Anschlußrohr 24 zugeführt. In dem Anschlußrohr 24
ist ein Filter 26 angeordnet, um Verunreinigungen in dem Brennstoff herauszufiltern.
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Ein Einführrohr 28 ist in das rohrförmige Bauteil 22 eingesetzt und
mit diesem durch Einspannen verbunden. Somit bilden das rohrförmige Bauteil 22 und
das Einführrohr 28 zusammen einen Brennstoffeinlaß 30. Das Einführrohr 28 dient
weiterhin dazu, die Federkraft einer Ventilfeder
festzulegen, wie
später noch im Detail beschrieben wird.
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In einem ringförmig umlaufenden Zwischenraum, der von der inneren
Umfangsoberfläche des Gehäuses 20 und der äußeren Umfangsoberfläche des rohrförmigen
Bauteiles 22 gebildet wird, ist eine Spule 32 eingesetzt. Um die Spule 32 ist eine
elektromagnetische Wicklung 34 gewickelt. Die Wicklung 34 ist elektrisch mit einem
Anschlußstift 36 verbunden. Der Anschlußstift 36 ragt aus dem Gehäuse 20 und ist
in einem Sockel 38 geführt. Der Sockel 38 ist einstückig mit einer Kunststoffabdeckung
40 versehen, welche mit dem Gehäuse 20 und dem rohrförmigen Bauteil 22 derart verbunden
ist, daß sie den vorspringenden Abschnitt des rohrförmigen Bauteiles 22 außerhalb
des Gehäuses 20 umschließt.
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Der Anschlußstift 36 wird mit einem Leistungsversorgungs-Schaltkreis
(nicht dargestellt) mittels eines Kabels verbunden. Dieser Schaltkreis liefert Strom
an die elektromagnetische Wicklung 34, und zwar mit einem festgelegten Zeitverhalten,
das mit den Arbeitsbedingungen der Verbrennungsmaschine übereinstimmt.
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Ein maqnetisierbarer Ring 42 als festes Bauteil, ein Ventil-Führungsbauteil
44, ein Ventilsitz 46 und eine Einspritzdüse 48 sind am unteren Endabschnitt des
Gehäuses 20 befestigt. Diese Bauteile 42, 44, 46 und 48 sind in Lagen übereinander
angeordnet, wie aus Fig. 1 hervorgeht. Die Einspritzdüse 48 am untersten Ende wird
mit dem Gehäuse 20 durch Umbördeln eines unteren Randes 20a des Gehäuses 20 verbunden.
Somit sind der magnetische Ring 42, das Ventil-Führungsbauteil 44, der Ventilsitz
46 und die Einspritzdüse 48 an dem Gehäuse 20 ohne Bewegungsmöglichkeit in axialer
Richtung befestigt. Ein O-Ring 50 ist zwischen dem Ventilsitz 46 und'der inneren
Umfangsoberfläche des Gehäuses 20 eingesetzt, so daß das Innere des Gehäuses 20
flüssigkeitsdicht gehalten ist.
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Der magnetische Ring 42 ist aus einem magnetisierbaren Material gefertigt,
wie beispielsweise rostfreiem Stahl mit dreizehn Prozent Chrom. Der magnetische
Ring 42 liegt der unteren Endfläche der Spule 32, welche mit der elektromagnetischen
Wicklung 34 versehen ist gegenüber und ist im Abstand dazu angeordnet. Eine Mehrzahl
von Durchgangsbohrungen 54 sind radial in dem unteren Endabschnitt des rohrförmigen
Bauteiles 22 vorgesehen. Somit steht das Innere des rohrförmigen Bauteiles 22 über
die Durchgangsbohrungen 54 mit einem Zwischenraum 52 in Verbindung.
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Ein bewegliches Bauteil 56 wird von dem Ventil-Führungsbauteil 44
derart gehalten, daß es innerhalb des Gehäuses 20 axial beweglich ist. Das bewegliche
Bauteil 56 weist im wesentlichen kreisrunden Querschnitt auf und ist aus magnetisierbarem
Material gefertigt, wie beispielsweise rostfreiem Stahl mit dreizehn Prozent Chrom.
Die obere Oberfläche des beweglichen Bauteiles 56 liegt der unteren Oberfläche des
magnetischen Ringes 42 gegenüber.
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Bei dieser Ausführungsform ist eine Anzahl von Rillen oder Vertiefungen
42a durch spanlose Materialbearbeitung an der Unteroberfläche des magnetischen Ringes
42 ausgebildet.
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Wie insbesondere aus den Figuren 2 und 3 hervorgeht, erstrecken sich
die Rillen 42a in regelmäßigen Abständen zueinander radial nach außen. Diese Rillen
42a auf dem magnetischen Ring 42 sind dafür vorgesehen, den Anlagebereich zwischen
dem magnetischen Ring 42 und dem beweglichen Bauteil 56 zu verringern. Das Vorhandensein
der Rillen 42a verringert den Anlagebereich zwischen dem magnetischen Ring 42 und
dem beweglichen Bauteil 56 auf zwanzig bis sechzig Prozent der Kontaktfläche, die
vorhanden wäre,wenn die beiden Anlageoberflächen der Bauteile 42 und 56 plan wären.
In den Figuren 2 und 3 sind die Rillen 42a aus Gründen der Anschaulichkeit übertrieben
groß dargestellt.
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Die untere Oberfläche des magnetischen Ringes 42 ist gehärtet. In
Fig. 2 ist der Bereich der Härtung an dem magnetischen Ring 42 mit A gekennzeichnet.
Der Oberflächenhärtungsprozeß kann eine Nitrierung, eine Weich-Nitrierung oder eine
Sulfurisierung sein.
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Zwischen dem beweglichen Bauteil 56 und dem Einführrohr 28 ist eine
Ventilfeder 58 eingesetzt, wodurch das bewegliche Bauteil 56 normalerweise nach
unten, wie in Fig. 1 dargestellt vorgespannt ist. Das Ventil-Führungsbauteil 44
ist mit einer Federscheibe 60 versehen, welche das bewegliche Bauteil 56 nach oben
vorspannt. Die Kraft, welche die Federscheibe 60 auf das bewegliche Bauteil 56 aufbringt
ist geringer, als die Kraft, die von der Ventilfeder 58 aufgebracht wird.
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Das bewegliche Bauteil 56 weist eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen
62 auf, welche parallel zur Achse des Gehäuses 20 verlaufen. Diese Durchtrittsöffnungen
62 stehen mit dem Zwischenraum 52 über den Innenraum des magnetischen Ringes 42
in Verbindung. In Fig. 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine der Durchtrittsöffnungen
62 dargestellt.
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Ein kugelförmiger Ventilstößel 64 ist mit dem Mittenbereich der unteren
Oberfläche des beweglichen Bauteiles 56 durch Hartlöten oder Schweißlöten fest verbunden.
Das Ventil-Führungsbauteil 44 weist eine Führungsausnehmung 66 auf, welche den Durchtritt
des Ventilstößels 64 erlaubt. Eine Mehrzahl von Brennstoff-Einlaßbohrungen 68 sind
in dem Ventil-Führungsbauteil 44 derart ausgebildet, daß sie die Führungsausnehmung
66 umgeben.
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Der Ventilsitz 46 weist einen eigentlichen Ventilbereich 70 auf, der
aus einer konkaven Ausnehmung besteht, welche
konzentrisch zu dem
Gehäuse 20 ist. Eine Brennstoff-Einspritzöffnung 72 ist im unteren Bereich des Ventilbereiches
70 ausgebildet und öffnet sich in die Einspritzdüse 48.
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Die Brennstoff-Einspritzöffnung 72 steht mit den Brennstoff-Einlaßbohrungen
68 des Ventil-Führungsbauteiles 44 über eine Vertiefung 74 in Verbindung, welche
in der inneren Oberfläche des Ventilsitzes 46 auf der Seite des Ventil-Führungsbauteiles
44 ausgebildet ist. Wenn der kugelförmige Ventilstößel 64 auf dem Ventilbereich
70 zu liegen kommt, sind die Brennstoff-Einlaßbohrungen 68 von der Brennstoff-Einspritzöffnung
72 getrennt, das heißt, letztere ist geschlossen.
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Im folgenden soll nun die Arbeitsweise einer elektromagnetischen Brennstoff-Einspritzdüse
mit dem bisher beschriebenen Aufbau erläutert werden.
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Wenn die Stromzufuhr zu der elektromagnetischen Wicklung 34 abgeschaltet
ist, wird unter Druck stehender Brennstoff, der dem Anschlußrohr 24 zugeführt wird,
durch den Brennstoffeinlaß 30 in dem rohrförmigen Bauteil 22 und dem Einführrohr
28 sowie die Durchgangsbohrungen 54 des rohrförmigen Bauteiles 22 in den Zwischenraum
52 eingebracht. Der unter Druck stehende Brennstoff in dem Zwischenraum 52 wird
durch den Freiraum des magnetischen Ringes 42, dem Freiraum um das bewegliche Bauteil
56, die Durchtrittsöffnungen 62 und die Brennstoff-Einlaßbohrungen 68 des Ventilführungsbauteiles
44 in die Vertiefung 74 geführt. In diesem Fall ist jedoch das bewegliche Bauteil
56 durch die Ventilfeder 58 nach unten gedrückt. Daher ist der kugelförmige Ventilstößel
64 in den Ventilbereich 70 gedrückt, so daß die Brennstoff-Einspritzöffnung 72 von
dem Ventilstößel 64 verschlossen ist. In diesem Zustand kann daher der unter Druck
stehende Brennstoff in der Vertiefung 74 nicht durch die Brennstoff-Einspritzöffnung
in den Verbrennungsraum eingespritzt werden.
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Wenn nun in diesem Zustand der elektromagnetischen Wicklung 34 Strom
zugeführt wird, wird ein magnetischer Kreis aufgebaut, der aus der elektromagnetischen
Wicklung 34, der äußeren Umfangswand des Gehäuses 20, dem magnetischen Ring 42,
dem beweglichen Bauteil 56 und dem rohrförmigen Bauteil 22 besteht. Die magnetische
Anziehungskraft dieses magnetischen Kreises bewirkt, daß das bewegliche Bauteil
56 entgegen der Kraft der Ventilfeder 58 von dem magnetischen Ring 42 angezogen
wird. Zu diesem Zeitpunkt unterliegt das bewegliche Bauteil 56 auch einer nach oben
gerichteten Kraft von der Federscheibe 60, so daß es sich schnell auf die Seite
des magnetischen Ringes 42 bewegt, wobei die Bewegungsenergie eine resultierende
aus der magnetischen Anziehungskraft und der nach oben gerichteten Kraft der Federscheibe
60 ist. Wenn sich das bewegliche Bauteil 56 auf diese Weise bewegt, wird der kugelförmige
Ventilstößel 64, der fest mit dem beweglichen Bauteil 56 verbunden ist, aus dem
Ventilbereich 70 gehoben, so daß die Brennstoff-Einspritzöffnung 72 geöffnet ist.
Dies hat zur Folge, daß der unter Druck stehende Brennstoff in der Vertiefung 74
durch die Brennstoff-Einspritzöffnung 72 in die Einspritzdüse 48 eingeführt wird,
von wo er in die Verbrennungskammer des Verbrennungsmotores eingebracht wird.
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Während das bewegliche Bauteil 56 von dem oben erwähnten magnetischen
Kreis angezogen wird, ist er in Anlage mit der unteren Oberfläche des magnetischen
Ringes 42.
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Wenn die Stromzufuhr zu der elektromagnetischen Wicklung 34 in der
Mitte des Einspritzvorganges unterbrochen wird, wird die magnetische Kraft, die
von der elektromagnetischen Wicklung 34 erzeugt wird, zum Verschwinden gebracht,
so daß das bewegliche Bauteil 56 durch die Kraft der Ventilfeder 58 nach unten oder
zurück bewegt wird. Dies hat zur Folge, daß der kugelförmige Ventilstößel 64 wieder
in den Ventilbereich 70 eingedrückt wird und die Brennstoff-Einspritzöffnung 72
verschließt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Brennstoffeinspritzung beendet.
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Da die Rillen 42a in regelmäßigen Abständen auf der unteren Oberfläche
des magnetischen Ringes 42 angeordnet sind, entsteht eine Anzahl von engen Luftspalten
zwischen dem magnetischen Ring 42 und dem beweglichen Bauteil 56, obwohl diese beiden
Bauteile 42 und 56 miteinander in Anlage sind. Diese Luftspalte bilden Bereiche
verringerter magnetischer Anziehungskraft. Daher kann, unmittelbar nach dem Unterbrechen
der Energiezufuhr zu der elektromagnetischen Wicklung 34, ein verbleibender magnetischer
Fluß zwischen dem magnetischen Ring 42 und dem beweglichen Bauteil 56 verringert
werden. Die Existenz der Rillen 42a auf der unteren Oberfläche des magnetischen
Ringes 42 erlaubt eine Verringerung des Anlagebereiches zwischen dem magnetischen
Ring 42 und dem beweglichen Bauteil 56, so daß auch die Menge von Brennstoff, die
zwischen dem magnetischen Ring 42 und dem beweglichen Bauteil 56 vorliegt, verringert
werden kann. Dies wiederum hat zur Folge, daß die Einflüsse der Adhäsion des Brennstoffes
und des verbleibenden magnetischen Flusses reduziert werden können,so daß das bewegliche
Bauteil 56 schnell von dem magnetischen Ring 42 zu Beginn der Zurückkehrbewegung
getrennt werden kann.
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Somit kann die Zeit, die nötig ist, das bewegliche Bauteil 56 zurückzubewegen,
verkürzt werden. Mit anderen Worten, die sogenannte Ventil-Schließzeit, oder die
Zeit, die nötig ist, den kugelförmigen Ventilstößel 64 zum Verschließen der Brennstoff-Einspritzöffnung
zu bewegen, kann verkürzt werden.
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In Fig. 4 ist die Beziehung zwischen der Ventil-Verschlußzeit des
kugelförmigen Ventilstößels 64 und dem Anlagebereich zwischen dem magnetischen Ring
42 und dem beweglichen Bauteil 56 dargestellt. In Fig. 4 ist auf der x-Achse der
Anlagebereich unter der Annahme dargestellt, daß einhundert Prozent erreicht sind,
wenn die Anlageoberflächen des magnetischen Ringes 42 und des beweglichen Bauteiles
56 beide plan sind.
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Bei der bisher beschriebenen Brennstoff-Einspritzdüse ist weiterhin
die untere Oberfläche des magnetischen Ringes 42 gehärtet, was geringeren Verschleiß
und verbesserte Lebensdauer zur Folge hat.
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Im folgenden werden verschiedene weitere Ausführungsformen näher erläutert.
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Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine Anzahl von zueinander
parallelen Rillen 42a in gleichmäßigen Abständen an der unteren Oberfläche des'magnetischen
Ringes 42 ausgebildet sind, während Fig. 6 eine Ausführungsform zeigt, in der kleine
rechteckige Vertiefungen 42b gleichmäßig über die untere Oberfläche des magnetischen
Ringes 42 verteilt sind.
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In der Ausführungsform gemäß Fig. 7 weist der magnetische Ring 42
einen ringförmigen Körperteil 76, sowie eine ringförmige Schicht 78 auf, welche
mit der unteren Oberfläche des Körperteiles 76 verbunden ist. Rillen 42a, die ähnlich
denen in Fig. 2 und 3 sind, sind an der unteren Oberfläche der Schicht 78 ausgebildet.
Vorzugsweise ist diese Schicht 78 aus einem nicht magnetisierbaren Material, wie
zum Beispiel SUS304 oder SUS310S (japanische Industriestandards) oder anderen austenitischen
rostfreien Stählen, Titan, Titan-Legierungen etc. gebildet. Die Verwendung von nicht
magnetisierbarem Material für die Schicht 78 erlaubt eine weitere Reduzierung des
verbleibenden magnetischen Flusses zwischen dem magnetischen Ring 42 und dem beweglichen
Bauteil 56 und führt somit zu einer zusätzlichen Verkürzung der Ventil-Verschlußzeit
des kugelförmigen Ventilstößels 64. Das Verbinden des Körperteiles 76 und der Schicht
78 erfolgt beispielsweise durch Hartlöten oder eine Diffusionsverbindung (Diffusionbonding).
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Auch bei dem magnetischen Ring 42 gemäß Fig. 7 kann die untere Oberfläche
der Schicht 78 gehärtet werden, so daß
ein Bereich A der unteren
Oberfläche härter als das verbleibende Material ist.In diesem Falle ist die Schicht
78 aus einem austenitischen rostfreien Stahl wie SUS304 oder SUS310S geformt und
zur Oberflächenhärtung sind Prozesse wie Ionen-Nitrierung, Ionen-Weichnitrierung,
Salzbad-Nitrierung und Salzbad-Weichnitrierung denkbar. Außerdem kann zur Härtung
der Oberfläche Sulfurisierung oder Bor-Härtung verwendet werden.
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Wenn die Schicht 78 aus Titan oder einer Titan-Legierung besteht,
kann auf der unteren Oberfläche der Schicht 78 eine Lage aus Titan-Nitrid mittels
Ionen-Nitrierung, Ionen-Weichnitrierung, Salzbad-Nitrierung oder Salzbad-Weichnitrierung
erzielt werden, oder durch Erhitzen der Schicht 78 in einer Stickstoffatmosphäre.
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Der Oberflächen-Härtungsprozeß kann gleichzeitig mit der Diffusionsverbindung
(Diffusionbonding) oder dem Hartlöten der Schicht 78 erfolgen, wenn Aufheiztemperatur
und die umgebende Atmosphäre geeignet gewählt werden.
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Bei dem magnetischen Ring 42 gemäß Fig. 7 ist die Schicht 78 mit den
Rillen 42a mit dem Körperteil 76 verbunden. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8
wird der untere Oberflächenbereich des magnetischen Ringes 42 mit den Rillen 42a
durch Eindiffundieren von Schwefel sulfurisiert, so daß eine nichtmagnetische Schicht
80 aus Eisensulfid an dem unteren Oberflächenbereich des magnetischen Ringes 42
ausgebildet wird. In Fig. 8 ist die Dicke dieser nichtmagnetischen Schicht 80 mit
B gekennzeichnet.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 wird eine nichtmagnetische Schicht
82 als selbständiges Bauteil an der unteren Oberfläche des magnetischen Ringes 42
mit den Rillen 42a angebracht. Diese Schicht 82 kann beispielsweise durch Platinieren
der unteren Oberfläche des magnetischen
Ringes 42 mit Chrom oder
einem anderen nichtmagnetischen Material erfolgen, oder es kann durch Ionen-Abscheidung
Titannitrid an der unteren Oberfläche des magnetischen Ringes 42 aufgebracht werden.
Alternativ hierzu kann die nicht magnetische Schicht 82 durch Abscheidung eines
nichtmagnetischen Pulvers, wie zum Beispiel Aluminiumoxyd-Pulver an der unteren
Oberfläche des magnetischen Ringes 42 gebildet werden, oder es kann nichtmagnetisches
Material an der unteren Oberfläche mittels Laser- oder Elektronenstrahlen abgeschieden
werden.
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In Fig. 10 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem die nichtmagnetische
Schicht 82 an der unteren Oberfläche des magnetischen Ringes 42 ausgebildet ist,
wobei der Ring 42 wie in der Ausführungsform gemäß Fig. 7 aus dem Ring-Körperteil
76 und der Schicht 78 besteht.
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Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen sind die Rillen 42a
oder Vertiefungen 42b an der unteren Oberfläche des magnetischen Ringes 42 ausgebildet.
Bei den Ausführungsformen gemäß den Figuren 11 bis 15 sind jedoch Rillen 56a auf
der oberen Oberfläche des beweglichen Bauteiles 56 und nicht auf der unteren Oberfläche
des magnetischen Ringes 42 ausgebildet. In den Ausführungsformen gemäß den Figuren
11 bis 15 sind die Rillen 56a, wie die Rillen 42a in Fig. 5 parallel und in gleichmäßigen
Abständen zueinander gleichmäßig über die obere Oberfläche des beweglichen Bauteiles
56 verteilt. Alternativ hierzu können die Rillen 56a durch Rillen oder Vertiefungen
ersetzt werden, die ähnlich denen in den Figuren 3 oder 6 sind. Die Ausführungsformen
gemäß den Figuren 11 bis 15 unterscheiden sich von denen gemäß den Figuren 7 bis
10 nur darin, daß die Rillen auf der oberen Oberfläche des beweglichen Bauteiles
56 ausgebildet sind. Daher sind in den Figuren 11 bis 15 gleiche Bezugszeichen zur
Kennzeichnung gleicher oder ähnlicher Bauteile wie in den Figuren 7 bis 10 verwen-
det
und eine Beschreibung dieser Bauteile wird hier nicht mehr vorgenommen. Das bewegliche
Bauteil 56 in den Figuren 12 bis 15 ist aus einem im wesentlichen scheibenförmigen
Körperteil 84 und einer scheibenförmigen Schicht 86 gebildet, welche auf der oberen
Oberfläche des Körperteiles 84 befestigt ist. Die Rillen 56a sind in der oberen
Oberfläche der Schicht 86 ausgebildet.
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In Fig. 16 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem sowohl
der magnetische Ring 42 als auch das bewegliche Bauteil 56 mit den Rillen 42a bzw.
56a versehen sind. Wenn in diesem Fall die Rillen 42a auf dem magnetischen Ring
42 radial verlaufend angeordnet sind, wie beispielsweise in Fig. 16 dargestellt,
sind die Rillen 56a auf dem beweglichen Bauteil 56 zueinander parallel angeordnet.
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In allen bisher beschriebenen Ausführungsformen können die Rillen
42a und 56a bzw. die Vertiefungen 42b nicht nur durch eine spanlose Fertigung wie
zum Beispiel Gießen geformt werden, es sind auch Ätzvorgänge oder elektrochemische
Verfahren denkbar, mit der die untere Oberfläche des magnetischen Ringes 42 oder
die obere Oberfläche des beweglichen Bauteiles 56 bearbeitet werden.
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