DE3876770T2 - Elektromagnetisches brennstoffeinspritzventil. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Kraftstoffinjektor, der sich besonders zur Versorgung eines Fahrzeugmotors mit interner Verbrennung eignet und der eine Abzweigung des Magnetflusses zu der Injektionsdüse verhindert oder reduziert.
• Es sind elektromagnetische Kraftstoffinjektoren bekannt, z.B. aus der GB-A-297 237 und aus der FR-A-2 106 831, die ein üblicherweise aus Stahl oder ferromagnetischem Material gefertigtes Gehäuse mit einer hervorstehenden Injektionsdüse aufweisen, das einen Tauchkolben zum Öffnen oder Schließen der Düse, einen einteilig mit dem Tauchkolben ausgebildeten Anker und einen Kern mit einer elektrischen Wicklung beherbergt, der so ausgebildet ist, daß er, wenn die Wicklung mit Strom versorgt wird, den Anker anzieht und damit den Tauchkolben betätigt, um die Düse für die erforderliche Kraftstoffinjektionszeit zu öffnen.
• Eine wesentliche Schwierigkeit bei den bekannten Injektoren des oben genannten Typs, insbesondere solcher mit Ankern, die so ausgelegt sind, daß sie den magnetischen Fluß radial schließen, ist, daß ein gewisser Verlust an magnetischem Fluß, der vom Elektromagnet, d. h. dem Kern und der Wicklung, zur Steuerung des Tauchkolbens erzeugt wird, auftritt. Bestimmte Feldlinien können nämlich über das Gehäuse oder längs diesem und über die Düse geschlossen werden. Da aus Gründen der mechanischen Festigkeit beide, die Düse und der Tauchkolben, üblicherweise aus ferromagnetischem Material gefertigt sind, bewirkt die durch einen solchen Streufluß erzeugte elektromagnetische Anziehung, daß der Tauchkolben auf dem Dichtungssitz an der Düse haftet, was zu einem verzögerten Öffnen der Düse, einer gegenüber der erwünschten Kraftstoffmenge verringerten Injektion und einer verminderten Leistungsfähigkeit des Injektors als ganzem führt.
• Die Aufgabe der Erfindung ist es, für einen verbesserten elektromagnetischen Kraftstoffinjektor zu sorgen, der so ausgelegt ist, daß er die magnetischen Streuflüss über das ferromagnetische Injektorgehäuse reduziert oder völlig verhindert und der trotzdem einen einfachen, kostengünstigen Aufbau hat.
• Um diese Aufgabe zu lösen, wird durch die Erfindung ein elektromagnetischer Kraftstoffinjektor, wie im Anspruch 1 angegeben ist, geschaffen.
• Eine Ausführungsform der Erfindung soll als Beispiel mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben werden, die einen Teillängsschnitt eines elektromagnetischen Kraftstoffinjektors gemäß der Erfindung zeigt.
• Die Referenznummer 1 auf der beiliegenden Zeichnung bezeichnet einen elektromagnetischen Kraftstoffinjektor, der sich zur Versorgung aller bekannten Typen eines Motors mit interner Verbrennung (nicht gezeigt), besonders eines Fahrzeugmotors, auf bekannte Weise eignet. Der Injektor 1 enthält ein Gehäuse 2, dessen vom magnetischen Fluß durchsetzter Teil aus ferromagnetischem Material, z. B. Stahl, und dessen restlicher Teil aus unmagnetischen Material gefertigt ist, einen Elektromagnet 3, der aus einem röhrenförmigen, ferromagnetischen Kern 4 und einer koaxial auf der Außenseite des Kerns 4 angeordneten elektrischen Wicklung 5 besteht, einen Anker 6, der gleichfalls aus ferromagnetischem Material gefertigt und so ausgebildet ist, daß er vom Kern 4 angezogen wird, wenn die Wicklung 5 mit elektrischen Strom versorgt wird, einen einteilig mit dem Anker 6 ausgebildeten Tauchkolben 7 bekannten Typs, eine Injektionsdüse 8, in der der Tauchkolben 7 gleitet, und einen Anschluß 9 zur Kraftstoffzuführung in das Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 beherbergt den Elektromagnet 3, den Anker 6 mit dem Tauchkolben 7 und ein ringförmiges Verriegelungsteil 10 der Düse 8, während deren restlicher Teil axial aus dem Gehäuse 2 heraussteht. Der Anschluß 9 schließt das Gehäuse 2 flüssigkeitsdicht auf der der Düse gegenüberliegenden Seite ab und enthält gemäß der gezeigten Ausführungsform ein ringförmiges Innenelement 11, das einteilig mit dem Kern 4 ausgebildet ist und einen Außenflansch 12 aufweist, auf dem die Kante 13 des Gehäuses 2 verstemmt ist, und eine Kunststoff-Außenabdeckung 14, die das Element 11 und ein Sockel 15 bekannten Typs zur Versorgung des Elektromagneten 3 einschließt. Der Kraftstoff wird der Düse 8 durch ein Rohr 16 zugeführt, das im röhrenförmigen Kern 4 eingesetzt ist und außerdem für einen axialen Halt einer auf den Tauchkolben 7 wirkenden Feder 18 sorgt. Der Tauchkolben 7 ist gleitverschiebbar im Gehäuse 2 und in der Düse 8 durch ein Paar Hexagonalabflachungen 18a geführt und sorgt für die Kraftstoffzufuhr am Auslaß 19 der Düse 8, entweder mit Hilfe der Abflachungen 18a, die jeweils seitliche Kanäle zwischen dem Tauchkolben 7 und den ihn umgebenden Teilen ausbilden, oder durch den Tauchkolben 7 selbst, wenn dieser vom bekannten, röhrenförmigen Typ ist. Der Auslaß 19 wird normalerweise durch den Tauchkolben 7 geschlossen, der an einem den Auslaß 19 umgebenden Dichtungssitz 20 aufgrund des von der Feder 18 ausgeübten Drucks anliegt. Wenn der Elektromagnet 3 erregt ist, wird der Ausgang 19 durch die axiale Stellung des Tauchkolbens 7 in bezug auf die dem Anker 6 gegenüberliegende, flache Stirnseite 21 des Kerns 4 gesteuert, da der mit dem Tauchkolben 7 einteilig ausgebildete Anker 6 zum Kern 4 hin gezogen wird. Die axiale Stellung des Tauchkolbens 7 wird ihrerseits bestimmt durch die Lage eines im Gehäuse 2 fest angebrachten Anschlagerings 22, wobei mit seiner Stirnfläche 32 eine ringförmige Rippe 24 an dem Tauchkolben 7 in Berührung kommt, um so einen minimalen Luftspalt zwischen dem Anker 6 und dem Kern 4 herzustellen, d. h. den axialen Abstand, der zwischen der Stirnfläche 21 und dem Anker 6 verbleibt, wenn der Elektromagnet 3 erregt und die Düse 8 geöffnet ist. Der Anker 6 ist axial zwischen dem Ring 22 und dem Kern 4 eingefügt, ist gesichert durch das Endstück 25 des Tauchkolbens 7 und trägt unmittelbar die Feder 18.
• Gemäß der Erfindung ist das Gehäuse 2, statt aus einem Teil oder einer Anzahl sich in fester Verbindung miteinander befindenden Teilen wie bei den bekannten Injektoren ausgebildet zu sein, im wesentlichen an der Stirnfläche 21 des Kerns 4 in zwei voneinander unabhängige Elemente 28 und 29 aufgeteilt, die koaxial befestigt miteinander eine Einheit bilden und zwischen denen ein Abstandselement 30 aus unmagnetischem Material wie Messing oder Titan vorgesehen ist. Genauer dargestellt, besteht das erste Element 28 aus ferromagnetischem Material, ist im wesentlichen zylindrisch und bildet eine erste innere Kammer 31, die den Kern 4, die elektrische Wicklung 5, die Feder 18 und die durch das Rohr 16 gebildete Kraftstoffzufuhreinrichtung beherbergt. Das Element 28 endet zu der Düse 8 hin in einem zylindrischen, mit Außengewinde versehenen Endstück 32, das durch eine flache Stirnseite 33 begrenzt ist, die im wesentlichen bündig mit der Stirnfläche 21 des Kerns 4 liegt und die so bearbeitet ist, daß sie perfekt koplanar zu dieser ist. Das zweite Element 29 des Gehäuses 2 besteht aus unmagnetischem Material, ist im wesentlichen tassenförmig und bildet eine zweite innere Kammer 35, die den Anker 6 und den Tauchkolben 7 axial gleitverschiebbar beherbergt. Die Kammer 35 beherbergt außerdem den Anschlagering 22 und das unmagnetische Abstandselement 30, das gleichfalls aus einen Ring ähnlich dem Ring 22 besteht, aber mit einem größeren Innendurchmesser, um den Anker 6 koaxial aufzunehmen. Der unmagnetische Ring 30, der koaxial an den Ring 22 angrenzend angeordnet ist, ist in axial festgelegter Weise zwischen der Stirnfläche 33 des Elements 28 und einer axialen Schulter, die durch eine Endwandung 36 des Elements 29 gebildet ist, eingefügt und von einer solchen axialen Länge, das jeglicher Kontakt zwischen dem Element 29 und der Stirnfläche 33 vermieden wird. Genauer dargestellt, sind die Ringe 30 und 22 und der ringförmige Teil 10 der Düse 8 Seite an Seite nacheinander im Inneren eines zylindrischen Sitzes 37 eingefügt, der einen Teil der Kammer 35 abgrenzt, und werden von dem Element 29 gegen die Stirnfläche 33 und zwischen diese und die Endwandung 36, die das Endstück des Sitzes 37 abgrenzt, gehalten. Das Element 29 endet zu dem Element 28 hin in einem mit Innengewinde versehenen Hülsenteil 38, das einen größeren Durchmesser hat als das Endstück 32, auf das es geschraubt ist, um die Elemente 28 und 29 miteinander zu verbinden. Im Inneren des Teils 38 ragt der Abstandsring 30 axial über den Sitz 37 heraus, besonders in bezug auf eine ringförmige Endwandung 40 des Hülsenteils 38, die die Stirnseite des Sitzes 37 abgrenzt, um erfindungsgemäß jegliche Berührung zwischen den Stirnseiten der Elemente 28 und 29 des Gehäuses 2 zu verhindern.
• Um ein Austreten des unter Druck dem Gehäuse 2 zugeführten Kraftstoffes zu verhindern, weist der Injektor 1 außerdem ein Paar Dichtungsringe 42 auf, wobei sich der eine zwischen dem Teil 10 und der Endwandung 36 und der andere zwischen der Stirnfläche 33 und der Endwandung 40 befindet. Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal schließt der Anker 6 den magnetischen Fluß in Radialrichtung, indem er durch eine im wesentlichen flache Scheibe gebildet ist, die einen solchen Durchmesser aufweist, daß sie sowohl der Stirnfläche 21 des Kerns 4 als auch wenigstens einem Teil der stirnseitigen Endfläche 33 des Elements 28 gegenüberliegt. In Kombination mit dem obigen Merkmal ist der Anker 6 am Tauchkolben 7 so befestigt und so ausgearbeitet, daß ein sehr genau vorbestimmter Abstand A zwischen ihm und der ringförmigen Rippe 24 sichergestellt ist. Daraus ergibt sich, auch aufgrund des schon beschriebenen Aufbaus des Gehäuses 2, daß die axiale Stellung des Ankers 6 in bezug auf die Stirnseite 21 ausschließlich vom Abstand A abhängt. Der erfindungsgemäße Injektor 1 kann deshalb so aufgebaut sein, daß er keine kalibrierten Anschlageringe 22, d. h. Ringe mit verschiedenen, speziell ausgewählten Dicken, benötigt, da die Öffnung im Injektor 1 einfach durch Einfügen eines nichtkalibrierten, geeignet maschinell bearbeiteten Rings 22 und des Abstandselements 30 gesteuert wird. Der Ring 22 kann hierfür auch einstückig mit dem Abstandselements 30 ausgebildet sein, um die Anzahl der Komponenten im Injektor 1 zu verringern, wobei dies nicht immer günstig ist in Hinblick auf die Härte und mechanische Festigkeit, die vom Ring 22 gefordert ist, um dem wiederholten Anprall der Rippe 24 zu widerstehen. Da die mechanische Festigkeit von Messing für diesen Zweck nicht ausreicht und die Baugruppe aus Ring 22 und Abstandselement 30 notgedrungen unmagnetisch sein muß, muß eine einstückige Ring/Abstandselement-Baugruppe notwendigerweise vollständig aus kostspieligem Titan bestehen.
• Die Vorteile des erfindungsgemäßen Injektors 1 zeigen sich deutlich in der vorstehenden Beschreibung. Durch das Teilen des Gehäuses am Luftspalt zwischen dem Kern und dem Anker, d. h. an der Stirnseite 21 des Kerns 4, durch die mittels eines unmagnetischen Abstandselements 30 an ihrer Stirnseite getrennten Gehäuseelemente 28 und 29 und durch das Ausbilden des untersten Teils aus unmagnetischem Material werden die Feldlinien gehindert aus dem Element 28 in das Element 29 einzutreten und damit zur Düse 8 zu gelangen, was das "Festkleben" von Tauchkolben 7 und Dichtungssitz 20 verhindert oder wesentlich verringert im Vergleich zu den bekannten Injektor-Typen. Darüber hinaus wird der Zusammenbau des Injektors 1 wesentlich durch den einfachen Einbau eines einteilig mit dem Tauchkolben 7 ausgebildeten Ankers 6 vereinfacht, der den magnetischen Fluß radial schließt, was das Erfordernis von kalibrierten Anschlageringen für den Tauchkolben vermeidet.

Claims (5)

1. Elektromagnetischer Kraftstoffinjektor, mit:

- einem Gehäuse (2), das wenigstens teilweise aus ferromagnetischem Material gefertigt und in zwei unabhängige Elemente (28, 29) geteilt ist, die koaxial zueinander angeordnet sind;

- einem Abstandselement (30), das aus unmagnetischem Material gebildet und zwischen die zwei Elemente (28, 29) eingefügt ist;

- einem Kern (4), der eine elektromagnetische Wicklung (5) aufweist;

- einem Anker (6), der einteilig mit einem Tauchkolben (7) ausgebildet ist und von dem Kern entgegen der Wirkung einer flexiblen Einrichtung (18) angezogen wird, wenn die Wicklung mit elektrischem Strom gespeist wird;

- einer Düse (8) mit einer Öffnung, die durch die Axialstellung des Tauchkolbens bezüglich einer Stirnfläche (21) des Kerns (4) gegenüber dem Anker (6) gesteuert wird;

wobei der Tauchkolben (7), der Kern (4) mit der Wicklung und der Anker (6) innerhalb des Gehäuses (2) in solcher Weise aufgenommen sind, daß die Stirnfläche des Kerns bündig mit einer entsprechenden freien Endfläche (33) eines ersten der genannten Elemente (28, 29) liegt, worin der Kern (4) aufgenommen ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Düse (8) ein getrenntes Teil ist, welches einen Verriegelungsteil (10) aufweist, der in einem zweiten der genannten Elemente (28, 29) aufgenommen ist, während der restliche Teil axial aus dem zweiten Element (29) heraussteht und den Tauchkolben gleitend aufnimmt;

- das zweite Element (29) der genannten Elemente (28, 29) des Gehäuses aus unmagnetischem Material gebildet und mit dem ersten Element (28) verbunden ist sowie das Abstandselement (30) aufnimmt.

2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (28) aus ferromagnetischem Material gebildet ist, eine erste innere Kammer bildet, die den Kern (4), die elektrische Wicklung (5), die flexible Einrichtung (18) und Kraftstoffzufuhrmittel (16) aufnimmt sowie in einem zylindrischen, mit Außengewinde versehenen Endstück (32) endet, das durch die Stirnfläche (23) begrenzt ist, welche im wesentlichen bündig mit der Stirnfläche (21) des Kerns (4) liegt; wobei das zweite Element (29) im wesentlichen tassenförmig ist und eine zweite, innere Kammer bildet, die den Anker (6) und den Tauchkolben (7) innerhalb der Düse (8) in axial gleitverschiebbarer Weise aufnimmt, wobei das unmagnetische Abstandselement (30) in axial festgelegter Weise zwischen die Stirnfläche (33) des ersten Elements (28) und eine axiale Schulter eingefügt ist, die durch die Endwandung (36) des zweiten Elements (29) gebildet ist, und von einer solchen axialen Länge ist, daß jeglicher Kontakt zwischen der Stirnfläche des ersten Elements und dem zweiten Element vermieden wird; wobei das zweite Element zu dem ersten Element hin in einem mit Innengewinde versehenen Hülsenteil (38) endet, der auf das zylindrische, mit Gewinde versehene Ende des ersten Elements aufgeschraubt ist, um das erste Element und das zweite Element miteinander zu verbinden.

3. Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element (29) das unmagnetische Abstandselement und ein Anschlagelement (22) für den Tauchkolben gegen die Stirnfläche des ersten Elements hält; wobei das Abstandselement und das Anschlagelement beide sowie nacheinander im Inneren eines axialen Sitzes (37) eingefügt sind, der einen Teil der zweiten Kammer abgrenzt, wovon das unmagnetische Abstandselement axial im Inneren des Hülsenteils des zweiten Elements absteht.

4. Injektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement (30) und das Anschlagelement (28) für den Tauchkolben jeweils durch einen von koaxialen, aneinander angrenzenden Ringen gebildet sind; wobei zwischen der Stirnfläche des ersten Elements und dem zweiten Element ein Dichtring (42) angebracht ist, der an der Endwandung des Hülsenteils des zweiten Elements anliegt, welches den genannten axialen Sitz bildet, der das Abstandselement und das Anschlagelement aufnimmt.

5. Injektor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (6) den Magnetfluß radial schließt, indem er durch eine im wesentlichen flache Scheibe gebildet ist, die einen solchen Durchmesser aufweist, daß sie sowohl der Stirnfläche des Kerns (4) als auch wenigstens einen Teil der stirnseitigen Endfläche des ersten Elements (28) gegenüberliegt; und in Kombination mit dem obigen Merkmal dadurch, daß der Anker (6) einteilig mit dem Tauchkolben ausgebildet ist, so daß ein gegebener Abstand (A) zwischen ihm und einer axialen Schulter (24) an dem Tauchkolben bestimmt ist, die zum Zusammenwirken mit dem Anschlagelement bestimmt ist; wobei der Verriegelungsteil (10) der Düse (8) zwischen dem Anschlagelement (22) und der Endwandung des zweiten Elements (29) festgelegt ist.