DE3718784A1

DE3718784A1 - Elektromagnetische kraftstoffeinspritzduese

Info

Publication number: DE3718784A1
Application number: DE19873718784
Authority: DE
Inventors: Tooru Ishikawa; Tokuo Kosuge
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-06-04
Filing date: 1987-06-04
Publication date: 1987-12-10
Also published as: KR880000687A; KR940010740B1; JPS62284956A; US4811905A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Kraftstoff einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, insbesondere mit einem Kraftstoffkanal im Kern eines elektromagnetischen Betätigungsorgans.

Es ist eine elektromagnetische Kraftstoffeinspritzdüse be kannt, bei der Kraftstoff in einen Kraftstoffsteller im Kern des elektromagnetischen Betätigungsorgans durch eine zentrale Kraftstofführungsbohrung im Kern eingeleitet wird. Diese Art Kraftstoffeinspritzdüse ist z. B. in der nicht geprüften JP-Patentveröffentlichung Nr. 55-1 07 061 ange geben.

Eine solche Kraftstoffeinspritzdüse weist im allgemeinen den Nachteil auf, daß eine turbulente Kraftstoffströmung, die sich aus der Konfiguration des Kraftstoffeinlaßteils der Einspritzdüse ergibt, zu Gaseinschlüssen (oder Blasen) und Pulsationserscheinungen im Kraftstoff führt. Solche Gaseinschlüsse und Pulsationserscheinungen wirken sich auf die Dosiergenauigkeit der Kraftstoffeinspritzdüse insbe sondere dann nachteilig aus, wenn diese in einem Niedrig impuls-Ansteuerbereich betrieben wird. Dadurch wird es wie derum schwierig, den Betriebsbereich der Einspritzdüse im Niedrigimpuls-Ansteuerbereich zu erweitern.

Aufgabe der Erfindung ist somit die Bereitstellung einer elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzdüse, bei der das Auftreten von Gaseinschlüssen und Pulsationserscheinungen des Kraftstoffdrucks infolge von Verwirbelungen stark unterdrückt ist, so daß der Niedrigimpuls-Ansteuerbereich der Einspritzdüse erweitert ist, und bei der ferner die Einstellgenauigkeit der Kraftstoffeinspritzmenge der Ein spritzdüse verbessert ist.

Die elektromagnetische Kraftstoffeinspritzdüse nach der Erfindung, mit einer elektromagnetischen Wicklung, mit einem Kern, der eine Mittenbohrung zur Aufnahme von Kraft stoff in der Einspritzdüse begrenzt, und mit einem im we sentlichen rohrförmigen Kraftstoffsteller, der in der Mit tenbohrung angeordnet ist und einen Kraftstoffkanal be grenzt, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff steller ein aufstromseitiges Ende hat, das von einem Ein trittsende der Mittenbohrung in Abstromrichtung beabstandet ist, und daß die Mittenbohrung im Kern einen im wesentli chen kegelstumpfförmigen Innenumfangsflächenteil aufweist, der zwischen dem Eintrittsende der Mittenbohrung und dem aufstromseitigen Ende des Kraftstoffstellers liegt und in Richtung zum Kraftstoffsteller konvergiert, so daß eine laminare Strömung des Kraftstoffs zu dem und in den Kraft stoffsteller bewirkt ist.

Die kegelstumpfförmige Innenumfangsfläche der Mittenbohrung minimiert das Auftreten von Turbulenzen des Kraftstoff stroms und damit von Kavitation infolge der Turbulenzen, wodurch die Pulsationen des Kraftstoffdrucks in der Ein spritzdüse vermindert und dadurch die Dosiergenauigkeit des im Niedrigimpuls-Ansteuerbereich der Einspritzdüse einge spritzten Kraftstoffs verbessert wird, was in einer Erwei terung des Arbeitsbereichs der Einspritzdüse resultiert.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine konventionelle elektromagnetische Einspritzdüse;

Fig. 2 eine Grafik, die das Meßergebnis von Kraft stoffdruck und Ansteuerstrom in der elektro magnetischen Kraftstoffeinspritzdüse von Fig. 1 wiedergibt;

Fig. 3 eine Grafik, die das Meßergebnis des Ein spritzverlaufs der Einspritzdüse von Fig. 1 zeigt;

Fig. 4 eine größere Teilschnittdarstellung der elek tromagnetischen Einspritzdüse von Fig. 1, wobei die Kraftstoffverwirbelung in der Ein spritzdüse gezeigt ist;

Fig. 5 eine größere Teilschnittdarstellung einer Aus führungsform der elektromagnetischen Ein spritzdüse nach der Erfindung;

Fig. 6 eine Grafik, die das Meßergebnis des Kraft stoffdrucks in der Einspritzdüse nach der Erfindung zeigt; und

Fig. 7 eine der Fig. 5 ähnliche Darstellung, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Es sollen zuerst Aufbau und Funktionsweise einer typischen bekannten Einspritzdüse erläutert werden. Die Einspritzdüse ist allgemein mit 1 bezeichnet und hat einen Sitz 8, der eine Düsenöffnung begrenzt, die geöffnet und geschlossen werden kann, so daß Druckkraftstoff intermittierend auf grund von elektrischen Signalimpulsen, die an eine elektro magnetische Wicklung geführt werden, eingespritzt wird. Wenn ein Stromimpuls an die elektromagnetische Wicklung 3 angelegt wird, wird ein Magnetkreis gebildet, der durch einen Kern 5, ein Joch 4 und einen Stößel 2 verläuft, so daß der Stößel 2 nach rechts in Fig. 2 von einer elektro magnetischen Kraft angetrieben wird. Der Stößel 2 ist mit einem Nadelventil 10 fest verbunden, das in einem Düsen körper 9 verschiebbar aufgenommen ist. Wenn der Stößel 2 nach rechts bewegt wird, wird die Düsenöffnung im Sitz 8 geöffnet, so daß der Druckkraftstoff eingespritzt wird. Der Kraftstoff wurde von einer nicht gezeigten Kraftstoffpumpe druckbeaufschlagt und von einem Kraftstoffdruckregler (nicht gezeigt) geregelt. Der Kraftstoff wird dann durch einen Filter 11 in einem äußeren Ende des Kerns 5 in einen Kraftstoffeintrittsteil 12 geleitet. Wenn die Kraftstoff düse im Sitz 8 geöffnet wird, kann der Kraftstoff durch einen Kraftstoffsteller 6 und dann entlang der Innen- und der Außenfläche des Stößels 2 strömen. Der Kraftstoff strömt dann durch einen ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Nadelventil 10 und dem Düsenkörper 9 und wird aus der Einspritzöffnung in ein Saugrohr eines nicht gezeigten Motors eingespritzt.

Fig. 2 zeigt Ergebnisse von Messungen des Kraftstoffdrucks im Kraftstoffeintrittsteil 12 der Einspritzdüse 1, und Fig. 3 zeigt den Einspritzverlauf der Einspritzdüse. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ändert sich der Kraftstoffdruck im Kraftstoffeintrittsteil 12 pulsierend, wenn der elektro magnetischen Wicklung 3 der Einspritzdüse ein Ansteuerstrom zugeführt wird. Aus Fig. 3 geht hervor, daß der Einfluß von Pulsationen des Kraftstoffdrucks stärker wird, wenn die Dauer der Ansteuerimpulse kleiner wird, und daß die Schwan kungen der Kraftstoffeinspritzmengen im eigentlichen Ar beitsbereich der Einspritzdüse groß sind.

Einer der Gründe für die Pulsation des Kraftstoffdrucks im Einlaßteil ist eine Kraftstoffstrom-Verwirbelung, die ent sprechend Fig. 4 durch die komplizierte Konfiguration des Kraftstoffdurchtritts im Eintrittsteil, der durch den Kern 5, den Kraftstoffsteller 6 und den Filter 11 gebildet ist, erzeugt wird. Die Wirbelströmung des Kraftstoffs bewirkt Schwingungen bzw. Pulsationen des Kraftstoffdrucks und führt zur Bildung von Blasen im Kraftstoff, was im Auftre ten von Kavitationserscheinungen resultiert.

Fig. 5 zeigt eine erste Ausführungsform der elektromagneti schen Einspritzdüse. Dabei ist die Innenumfangsfläche des den Kraftstoffkanal begrenzenden Kerns 5 konisch ausgebil det, und der Kraftstoffsteller 6 liegt abstrom von der konischen Innenumfangsfläche des Kerns 5, um die Verwirbe lung und damit Kavitationen im Kraftstoffeintrittsteil 12 zu minimieren, so daß der Kraftstoff wirbelfrei in den Kraftstoffsteller 6 eingeleitet wird. Fig. 6 zeigt Meßer gebnisse der Druckänderung im Eintrittsteil 12 der Ein spritzdüse von Fig. 5 sowie Meßergebnisse der Druckände rungen in einer konventionellen Einspritzdüse. Man erkennt, daß die Kraftstoffdruckänderung in der Einspritzdüse nach der Erfindung nur etwa ¹/₃ der Druckänderung der konventio nellen Einspritzdüse beträgt. Es ist somit ersichtlich, daß durch die Erfindung die elektromagnetische Einspritzdüse im Niedrigimpuls-Ansteuerbereich in einem größeren Bereich arbeiten kann und außerdem die Ausbildung von Gaseinschlüs sen signifikant unterdrückt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist die äußere Endflä che des Kraftstoffstellers 6 angrenzend an den Kraftstoff eintrittsteil 12 mit einem Krümmungsradius von 1-1,5 mm sanft gerundet, wodurch der auf diese Endfläche des Kraft stoffstellers 6 auftreffende Kraftstoffstrom beeinflußt wird. Infolgedessen wird ein gleichmäßiger Kraftstoffstrom erzielt, wodurch Pulsationen des Kraftstoffdrucks und die Ausbildung von Gasblasen weiter vermindert werden.

Der Kraftstoffeintrittsteil 12 jeder Ausführungsform der Einspritzdüse wird nachstehend im einzelnen erläutert. Die Innenumfangsfläche des Eintrittsteils 12 des Kerns 5 umfaßt einen aufstromseitigen zylindrischen Endabschnitt 21, in dem ein Stützring 11 a für den Filter 11 im Preßsitz mon tiert ist. Die konische Innenumfangsfläche des Kerns 5 beginnt am Abstromende dieses zylindrischen Abschnitts 21 und definiert einen Kraftstoffkanal mit kegelstumpfförmiger Wandfläche 20. Der Kraftstoffsteller 6 verläuft in Axial richtung vom Abstromende der kegelstumpfförmigen Fläche 20 nach innen. Die Wandstärke des Kraftstoffstellers 6 ent spricht im wesentlichen der Wandstärke des Stützrings 11 a für den Filter 11.

Das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser des Kraft stoffstellers 6 und dem Innendurchmessers des Stützrings 11 a ist 1:2, und der Abstand zwischen dem Kraftstoffsteller 6 und dem Stützring 11 a ist etwa viermal so groß wie der Innendurchmesser des Kraftstoffstellers 6.

Die kegelstumpfförmige Wandfläche 20 des Kerns 5 gleicht im wesentlichen einer gedachten kegelstumpfförmigen Ebene, die durch die Linie erzeugt wird, die den Innenumfangsrand des Aufstromendes des Kraftstoffstellers 6 mit dem Innenum fangsrand des Abstromendes des Stützrings 11 a verbindet.

Der Filter 11 hat einen kegelstumpfförmigen Abschnitt, der zwischen der kegelstumpfförmigen Wandfläche 20 und der erwähnten gedachten kegelstumpfförmigen Ebene liegt, und einen abstromseitigen Endabschnitt, der im Schnitt längs der Filterachse gekrümmt ist. Das Abstromende des Filters 11 weist vom Eintritts- oder Aufstromende des Kraftstoff stellers 6 einen Abstand auf, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Kraftstoffstellers 6 ist.

Die kegelstumpfförmige Wandfläche 20 des im Kern 5 ausge bildeten Kraftstoffkanals und der einen gekrümmten Endab schnitt aufweisende kegelstumpfförmige Filter 11 erzeugen einen Effekt, der eine im wesentlichen laminare Strömung des Kraftstoffs erlaubt. Infolgedessen wird der Kraftstoff ruhig und gleichmäßig in den Kraftstoffkanal im Kraftstoff steller 6 eingeleitet.

Es hat sich gezeigt, daß Druckänderungen oder -pulsationen im Kraftstoffkanal im Eintrittsteil 12 der Einspritzdüse auch dann stark unterdrückt werden, wenn der Kraftstofför derdruck von 1 atm auf 2155 atm erhöht wird, so daß die elektromagnetische Einspritzdüse auch bei höherem Druck arbeiten kann.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß durch die Erfindung die Kraftstoffverwirbelung beseitigt wird, die bei den konventionellen elektromagnetischen Ein spritzdüsen unvermeidlich ist und nachteilige Auswirkungen auf die Dosiergenauigkeit des eingespritzten Kraftstoffs hat. Damit kann durch die Erfindung die elektromatische Einspritzdüse innerhalb eines erweiterten Bereichs und ins besondere im Niedrigimpuls-Ansteuerbereich arbeiten.

Claims

1. Elektromagnetische Kraftstoffeinspritzdüse mit einer elektromagnetischen Wicklung, mit einem Kern, der eine Mittenbohrung zur Aufnahme von Kraftstoff in der Einspritz düse begrenzt, und mit einem im wesentlichen rohrförmigen Kraftstoffsteller, der in der Mittenbohrung angeordnet ist und einen Kraftstoffkanal begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffsteller (6) ein aufstromseitiges Ende hat, das von einem Eintrittsende (12) der Mittenbohrung in Abstromrichtung beabstandet ist, und daß die Mittenbohrung im Kern (5) einen im wesentlichen kegelstumpfförmigen In nenumfangsflächenteil (20) aufweist, der zwischen dem Ein trittsende (12) der Mittenbohrung und dem aufstromseitigen Ende des Kraftstoffstellers (6) liegt und in Richtung zum Kraftstoffsteller (6) konvergiert, so daß eine laminare Strömung des Kraftstoffs zu dem und in den Kraftstoff steller (6) bewirkt ist.

2. Elektromagnetische Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Stützring (11 a), der an einem Eintrittsende (21) des kegelstumpfförmigen Innenumfangsflächenteils der Mitten bohrung festgelegt ist, und einen im wesentlichen kegel stumpfförmigen Filter (11), der von dem Stützring (11 a) gehalten und relativ zu dem kegelstumpfförmigen Innenum fangsflächenteil innen angeordnet ist und sich im wesent lichen entlang diesem erstreckt.

3. Elektromagnetische Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das aufstromseitige Ende des Kraftstoffstellers (6) einen Innenumfangsrand hat, der im Axialschnitt gesehen mit vorbestimmtem Krümmungsradius abgerundet ist (Fig. 7).

4. Elektromagnetische Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das aufstromseitige Ende des Kraftstoffstellers (6) einen Innenumfangsrand hat, der im Axialschnitt gesehen mit vorbestimmtem Krümmungsradius abgerundet ist (Fig. 7).

5. Elektromagnetische Kraftstoffeinspritzdüse mit einer elektromagnetischen Wicklung, mit einem von der Wicklung betätigten Stößel, mit einem fest mit dem Stößel verbunde nen Nadelventil, mit einem Düsenkörper, in dem eine Bohrung gebildet ist, die in einem Ventilsitz endet, in dem eine Düsenöffnung gebildet ist, wobei das Nadelventil in der Bohrung in bezug auf den Ventilsitz axialverschiebbar auf genommen ist und die Düsenöffnung schließt bzw. öffnet, so daß Druckkraftstoff intermittierend durch die Düsenöffnung einspritzbar ist, mit einem Kern der elektromagnetischen Wicklung, in dem eine Mittenbohrung für den Kraftstoffstrom in die Einspritzdüse gebildet ist, und mit einem in der Mittenbohrung angeordneten Kraftstoffsteller, der einen Kraftstoffkanal begrenzt und den Kraftstoffstrom zu der Kraftstoffdüse einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenbohrung in dem Kern (5) einen Kraftstoff kanalabschnitt aufweist, der zwischen einem Eintrittsende (12) des Kerns (5) und einem aufstromseitigen Ende des Kraftstoffstellers (6) liegt und einen Kraftstoffströmungs querschnitt hat, der sich über die Länge des Kraftstoff kanalabschnitts mit im wesentlichen gleichbleibender Rate stetig ändert.

6. Elektromagnetische Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das aufstromseitige Ende des Kraftstoffstellers (6) einen Innenumfangsrand aufweist, der im Axialschnitt des Kraftstoffstellers gesehen abgerundet ist.