DE3704543A1 - Kraftstoff-einspritzventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine, aufweisend einen in einem Gehäuse angeordneten Elektromagneten, einen Anker und ein mit diesem verbundenes federbelastetes Dichtelement.

Elektromagnetisch betätigbare Kraftstoff-Einspritzventile werden im Saugrohr einer Brennkraftmaschine eingebaut und haben die Aufgabe, während der Zeitdauer eines kurzen elektrischen Betätigungsimpulses eine genau dosierte Menge an Kraftstoff in das Saugrohr abzugeben. Bei einem Kraftstoff-Einspritzventil nach dem Stand der Technik wird ein mit dem Anker eines Elektromagneten verbundenes durch die Kraft einer Schrauben­ feder auf einen Ventilsitzkörper angedrücktes Dichtelement während des Betätigungsvorganges von diesem abgehoben.

Bei hoher Drehzahl der Brennkraftmaschine und entsprechend rascher Impulsfolge machen sich Trägheitskräfte von Dichtelement, Anker und Feder störend bemerkbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftstoff- Einspritzventil er eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß die beim Betätigen bewegte Masse möglichst gering ist und daß sich eine hohe Dynamik des Ventils ergibt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Dichtelement scheibenförmig und zugleich als Anker des Elektromagneten ausgebildet ist und daß das Gehäuse als ringförmiger der Oberfläche des Dichtelementes benachbarter Polschuh des Elektromagneten ausgebildet ist.

Auf diese Weise wird die Kraft des Elektromagneten nicht nur durch einen üblicherweise als Kern angeordneten zentralen Polschuh, sondern zusätzlich durch einen diesen beabstandet konzentrisch umgebenden ringförmigen zweiten Polschuh auf den aus ferromagnetischem Material bestehenden Anker übertragen.

Erfindungsgemäß ist der Anker gleichzeitig als Dichtelement ausgebildet, so daß nur ein einziges Bauteil erforderlich ist.

Die scheibenförmige Ausbildung des Ankers ermöglicht eine Ausführung mit geringer Materialstärke, so daß die Masse dieses bewegten Teiles extrem niedrig ist. Da abgesehen von dem ringförmigen Luftspalt zwischen zentralem und zweitem Polschuh das Dichtelement auf nahezu seiner gesamten Oberfläche vom Elektromagneten angezogen wird, ist ein äußerst schnelles Ansprechen gewährleistet.

Die Anpreßkraft des auf einem dem Elektromagneten gegenüber­ liegenden Ventilsitz aufliegenden Dichtelementes wird vorteil­ hafterweise durch eine das Dichtelement konzentrisch umgebende Membranfeder erzeugt. Die Membranfeder kann am äußeren Umfang im Gehäuse befestigt werden und sollte im Zentrum das Dichtelement mit radialem Spiel führen und nur auf diesem aufliegen, ohne eingespannt zu sein. Auf diese Weise werden Verspannungen der Membranfeder wirkungsvoll vermieden. An ihrem äußeren Umfang wird die Membran vorteilhafterweise zwischen dem Boden des Ventilgehäuses und einer dieses abschließenden Kappe von ringförmigen Sitzflächen an Kappe und Gehäuse aufgenommen.

Gleichzeitig ist die Herstellung eines derartigen Kraftstoff- Einspritzventiles besonders einfach und rationell durchführbar. Damit Kraftstoff in dem Raum unterhalb der Membranfeder und somit zum Ventilsitz gelangen kann, ist es günstig, in der Membranfeder Durchbrüche anzuordnen, so daß auf eine ge­ sonderte Kraftstoffzufuhr in diesen Raum verzichtet werden kann.

Die Anordnung von Durchbrüchen in der Membranfeder hat außerdem den Vorteil, daß der Strömungswiderstand der beim Betätigen in axialer Richtung bewegten Membranfeder erheblich reduziert wird. Es ist vorteilhaft, die Durchbrüche schlitzförmig und im wesentlichen zirkular und/oder radial verlaufend gleichmäßig über den Umfang verteilt anzuordnen. Auf diese Weise wird gleichzeitig die Elastizität der Membran erhöht, so daß eine weichere Federcharakteristik erreicht wird. Die schlitzförmigen Durchbrüche können auch spiralförmig angeordnet sein in der Form einer mehrgängigen Spirale. Bei beiden Ausführungen kann sowohl am äußeren Umfang als auch benachbart zum Dichtelement jeweils ein ringförmiger massiver Bereich der Membran vorteilhaft sein.

Der im Vergleich zu einem kegel- oder kugelförmigen Ventil größere Durchmesser des scheibenförmigen flachen Dichtelementes wird besonders vorteilhaft dann genutzt, wenn das Dichtelement im Ruhezustand auf einem kreislinienförmigen Ventilsitz aufliegt, dessen Durchmesser unwesentlich kleiner als der Durchmesser des Dichtelementes ist. Bei einer derartigen Anordnung wird bereits bei geringem axialen Hub des Dichtelementes für den Kraft­ stoffluß eine relativ große Fläche freigegeben, welche dem Produkt von Kreisumfang mal Hub entspricht.

Wegen des großen Kreisumfanges ist nur ein geringer Hub erforderlich, um eine Fläche freizugeben, die wenigstens dem Querschnitt von mehreren im Ventilsitzkörper angeordneten Kraftstoff-Einspritzdüsen entspricht. Der geringe erforderliche Hub wiederum begünstigt die Ausbildung eines entsprechend geringen Luftspaltes zwischen der Oberfläche des Dichtelementes und den Polschuhen des Magneten. Ein geringer magnetischer Luftspalt bedeutet aber nichts anderes als die Entfaltung einer hohen magnetischen Anziehungskraft.

Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritz­ ventiles sei hervorgehoben, daß infolge des flachen Dichtele­ mentes eine exakte radiale Führung nicht erforderlich ist, sofern die Fläche des Dichtelementes in jedem Betriebszustand den Ventilsitz vollständig abdeckt. So ist ein gewisses radiales Spiel durchaus erwünscht, um die Leichtgängigkeit der bewegten Teile sicherzustellen. Axiale Schwingungen, wie sie bei Verwendung einer Schraubenfeder auftreten können, werden durch die Anordnung der Membranfeder vollständig ausgeschlossen. Der Flachanker selbst neigt aufgrund seiner geringen Masse nicht zu Resonanzschwingungen im Bereich der Betätigungsfrequenzen. Da die gesamte Fläche des Ankers als Dichtfläche zur Verfügung steht, kann der Durchmesser im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen wesentlich reduziert werden.

Zusammen mit der einer Membranfeder eigenen progressiven Kennlinie ist eine hohe Dynamik des Systems erreichbar und ein rasches Öffnen und Schließen des Dichtelementes möglich. Eine besonders günstige Federkraftkennlinie wird erhalten, wenn die Membranfeder dem Radius folgend einen S-förmigen Querschnitt aufweist, wobei zentraler Bereich und peripherer Bereich in verschiedenen Ebenen angeordnet sind. Eine zur Ausübung einer Schließkraft auf das Dichtelement vorteilhafte Vorspannung der Membranfeder wird erreicht, wenn der periphere Bereich in eine entgegen der Öffnungsrichtung gegenüber dem zentralen Bereich versetzten Ebene angeordnet wird.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachstehenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Die einzige Figur zeigt schematisch im Querschnitt den Bodenbereich eines erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzventils (10). Dieses weist ein hohlzylinderförmiges Gehäuse (12) auf, in dem koaxial zu seiner Längsachse (14) beabstandet durch einen Luftspalt (16) eine Spule (18) angeordnet ist, welche im Zentrum einen stabförmigen Kern (20) aus ferromagnetischem Material aufweist. An dem in der Figur nicht dargestellten Ende der Spule (18) sind Kern (20) bzw. Gehäuse (12) scheibenförmig ausgebildet und miteinander verbunden.

Die zylindrische Wandung (22) des Gehäuses (12) ist am hier dargestellten freien Ende (24) des Kerns (20) zur Längsachse (14) hin abgewinkelt und als flacher Boden (26) ausgebildet, der sowohl im Zentrum einen ringförmigen Luftspalt (28) zum Kern freiläßt als auch benachbart zur Wandung (22) mehrere über den Umfang gleichmäßig verteilte Öffnungen (30), (32) aufweist.

Den Luftspalt (28) eingrenzend ist auf dem Boden (26) in von der Spule (18) abweisender Richtung ein ringförmiger Vorsprung (34) mit flachem rechteckigem Querschnitt als Polschuh angeordnet, dessen Stirnfläche in der gleichen Ebene liegt, wie das freie Ende (24) des Kerns (20). Dieses und der Vorsprung (34) sind als Polschuhe der beiden Magnetpole eines durch die Spule (18) betätigbaren Elektromagneten (35) ausgebildet. Gegenüber den Polschuhen (24), (34) ist als Anker ein scheibenförmiges rundes als Flachdichtung zu bezeichnendes Dichtelement (36) angeordnet, das im Ruhezustand von einer der konzentrisch umgebenden Membranfeder (38) auf einen Ventilsitz (40) eines Ventilsitzkörpers (42) gedrückt wird. Wird die Spule (18) von elektrischem Strom durchflossen, so wird die aus ferromagnetischem Material bestehende Dichtung (36) von den Polschuhen (24), (34) angezogen und gibt bei geringer axialer Bewegung einen ringförmigen Durchlaß von großem Querschnitt am Ventilsitz (40) frei. Am Außenrand weist die Dichtung (36) auf der den Polschuhen (24), (34) zugewandten Seite eine ringförmige Ausnehmung zur Aufnahme der Membranfeder (38) auf. Der Außendurchmesser des den Polschuh bildenden Vorsprungs (34) ist gleich dem Außendurchmesser der Dichtung (36).

Der mehrere Kraftstoffdüsen (44), (46) aufweisende Ventil­ sitzkörper (42) aus nicht magnetischem Material ist im Zentrum einer über den Boden (26) des Gehäuses (12) gestülpten Kappe (48) angeordnet. Ein Endabschnitt (50) des einen Wulst (52) der Gehäusewand (22) überragenden Randes (54) der Kappe (48) ist umgebördelt und verbindet die Kappe (48) mit dem Gehäuse (12) formschlüssig. Am Übergang vom Rand (54) der Kappe (48) zum scheibenförmigen Bereich ist eine ringförmige Ausnehmung (56) zur Aufnahme einer Rundschnurdichtung (58) angeordnet.

lm lnneren der Kappe (48) ist am äußeren Umfang ein ringförmiger Vorsprung (60) mit rechteckigem Querschnitt angeordnet, auf dem die Membranfeder (38) aufliegt. Auf der dem Gehäuse (12) zugewandten Seite der Membranfeder (38) ist gegenüber dem Vorsprung (60) ein Distanzring (62) angeordnet, der gleichzeitig eine Abdichtung zwischen dem Boden (26) des Gehäuses (12) und dem Kappenrand (54) bewirkt.

Die Membranfeder (38) weist mehrere Durchbrüche (63), (64) auf, die als gleichmäßig über den Umfang verteilte im wesentliche in zirkularer und radialer Richtung verlaufende Schlitze ausgebildet sind. Auf diese Weise wird die Zufuhr von Kraftstoff über die Öffnungen (30), (32) zu den Einspritzdüsen (46), (48) bei vom Ventilsitz (40) abgehobene Dichtung (34) ermöglicht und der Strömungswiderstand beim Betätigen vermindert.

Claims (7)

1. Kraftstoff-Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine, aufweisend einen in einem Gehäuse angeordneten Elektromagneten, einen Anker und ein mit diesem verbundenes federbelastetes Dichtelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (36) scheibenförmig und zugleich als Anker des Elektromagneten (35) ausgebildet ist und daß das Gehäuse (12) als ringförmiger der Oberfläche des Dichtelementes (36) benachbarter Polschuh (34) des Elektromagneten (35) ausgebildet ist.

2. Kraftstoff-Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder als Membranfeder (38) ausgebildet ist.

3. Kraftstoff-Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranfeder (38) auf dem Dichtelement (36) mit radialem Spiel aufliegt.

4. Kraftstoff-Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zentraler Bereich und peripherer Bereich der Membran­ feder (38) in verschiedenen Ebenen stetig ineinander übergehenden Ebenen verlaufen.

5. Kraftstoff-Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranfeder (38) im wesentlichen zirkular und/oder radial verlaufende gleichmäßig über den Umfang verteilte schlitzförmige Durchbrüche (63, 64) aufweist.

6. Kraftstoff-Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Membranfeder (38) an ihrem äußeren Umfang am Boden (26) eines das Ventil aufnehmenden Gehäuses (12) zwischen einem ringförmigen Distanzring (62) und einem ringförmigen Vorsprung (60) einer das Gehäuse (12) abschließenden Kappe (48) erfolgt.

7. Kraftstoff-Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (36) im Ruhezustand auf einem kreislinienförmigen Ventilsitz (40) aufliegt, dessen Durch­ messer unwesentlich kleiner als der Durchmesser des Dichtelementes (36) ist.