DE3878599T2 - Elektromagnetisches kraftstoffeinspritzventil. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Ein derartiges Ventil ist in EP-A-0 042 799 gezeigt.
• Die Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Kraftstoffeinspritzventils, das fähig ist, unter Druck stehenden Kraftstoff in verwirbelten Kraftstoff unter geringen Druckverlusten umzuwandeln, um eine Kraftstoffeinspritzung mit ausgezeichneten vergasungscharakteristiken zu erzielen.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Das Kraftstoff-Drallelement dient dem Zweck, einen nach unten strömenden Kraftstoffstrom sowie einen radialen Kraftstoffstrom zum Ventilsitz und zur Einspritzöffnung zu steuern und ihre Druckverluste so einzustellen, daß sie klein sind. Der druckbeaufschlagte Kraftstoff, dem von dem Drallelement eine Wirbelkraft erteilt wird, strömt in den von dem Kugelventil und dem Ventilsitz gebildeten Ringspalt, der enger als die Strömungskanäle des Drallelements ist, und wird anschließend durch die Kraftstoffeinspritzöffnung eingespritzt, deren Querschnittsfläche kleiner als die Ringfläche ist. Infolgedessen kann das elektromagnetische Einspritzventil der Erfindung die potentielle Energie des druckbeaufschlagten Kraftstoffs wirkungsvoll in die Wirbelströmungsenergie umwandeln, um ihn in die Kraftstoffeinspritzöffnung einzuleiten, und kann den Kraftstoff aus der Einspritzöffnung mit einer ausreichenden Wirbelkraft einspritzen und zuführen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt, der ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
• Fig. 2 ist ein Vertikalschnitt, der eine Anordnung aus einem Kraftstoff-Drallelement und einer Ventilführung zeigt;
• Fig. 3 ist eine Ansicht in einer in Fig. 2 mit A bezeichneten Richtung;
• Fig. 4 ist ein Querschnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 3;
• Fig. 5 ist ein Diagramm, das ein experimentelles Ergebnis einer Beziehung zwischen einer Nutbreite und einer Durchflußrate zeigt;
• Fig. 6 ist ein Diagramm, das ein experimentelles Ergebnis einer Beziehung zwischen einer Nuttiefe und einer Durchflußrate zeigt;
• Fig. 7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Kraftstoffverwirbelungskraft und einem Koeffizienten der Durchflußrate gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt;
• Fig. 8 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Exzentrizität der Nut und der Durchflußrate zeigt;
• Fig. 9 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Ventilhub und der Durchflußrate zeigt;
• Fig. 10 ist eine Ansicht, die einen Ringspalt zeigt, der zwischen dem Kugelventil und dem Ventilsitz gebildet ist;
• Fig. 11 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Durchmesser einer Öffnung und der Durchflußrate zeigt;
• Fig. 12 ist ein Diagramm, das eine Änderung der Durchflußgeschwindigkeit entlang dem Durchflußkanal des Kraftstoffs und dessen Durchflußrate zeigt;
• Fig. 13 und 14 sind Querschnitte, die Kugelventilbereiche gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung zeigen;
• Fig 15 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Hauptteil einer weiteren Ausführungsform zeigt; und
• Fig. 16 ist ein Querschnitt entlang der Linie XVI-XVI von Fig. 15.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
• Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1-9 beschrieben. Der Aufbau und Betrieb eines elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils 1 (nachstehend einfach als "Einspritzventil" bezeichnet) werden nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Das Einspritzventil 1 ist von dem Typ, daß ein Ventilbereich nach Maßgabe von EIN/AUS-Signalen mit einer von einer Steuereinheit (nicht gezeigt) berechneten Einschaltdauer geöffnet und geschlossen wird, wodurch die Kraftstoffeinspritzung erfolgt. Ein Magnetkreis umfaßt ein zylindrisches Joch 3 mit einem Boden, einen Kern 2 mit einem Verschlußkörperbereich 2a zum Verschließen einer Öffnung des Jochs 3 und einem zapfenartigen Bereich 2b, der entlang einer Mittellinie des Jochs 3 verläuft, und einen Plunger 4, der dem Kern 2 mit einem Zwischenraum gegenübersteht. Entlang der Mittellinie des zapfenartigen Bereichs 2a des Kerns 2 ist ein Loch gebildet, in das eine Feder 10 eingesetzt ist, die als Federelement dient, um einen beweglichen Abschnitt 4A gegen eine Sitzfläche 9 einer kleinen Öffnung 8 zu drücken, die in einer Ventilführung 7 gebildet ist, wobei der bewegliche Abschnitt 4A aus dem Plunger 4, einer Stange 5 und einem Kugelventil 6 besteht. Um eine vorgegebene Last einzustellen, ist ein oberes Ende der Feder 10 in Kontakt mit einem unteren Ende eines Federeinstellelements 11 gehalten, das zentral in den Kern 2 eingesetzt ist. Um zu verhindern, daß der Kraftstoff zur Außenseite aus einem Zwischenraum zwischen dem Kern 2 und dem Einstellelement 11 überläuft, ist zwischen beiden ein O-Dichtring 12 angeordnet. Ein O-Dichtring 13 ist außerdem in einem Zwischenraum zwischen dem Kern 2 und dem Joch 3 angeordnet, um den Austritt des Kraftstoffs zur Außenseite zu verhindern. Eine Spule 15 zum Magnetisieren des Magnetkreises ist auf einen Spulenkörper 14 gewickelt und rundum in Kunststoff eingeformt. Ein Anschlußelement 18 einer Spulenanordnung 16, die aus diesen Komponenten besteht, ist in eine Öffnung 17 in einem geflanschten Bereich des Kerns 2 eingeführt, und zwischen dem Anschlußelement 18 und dem Kern ist ein O-Dichtring angeordnet. Ein Bundring 20 ist ausgebildet, um einen Einlaß der Öffnung 17 abzudecken, um zu verhindern, daß ein Formkunststoff 19a an der Außenseite des Einspritzventils 1 (nachstehend als Jochformkunststoff bezeichnet) in das Innere des Einspritzventils 1 während des Formvorgangs eindringt. Zwischen dem Spulenkörper 14 und dem Kern 2 ist ein Zwischenraum 21 gebildet, und ein oberer Kanal 22 und ein unterer Kanal 23 sind als Kanäle für den Kraftstoff und den Kraftstoffdampf gebildet. Eine Ringnut 25 ist um das Joch 3 herum gebildet, und ein O-Dichtring 24 ist darin gehalten, um zu verhindern, daß der Kraftstoff aus einem Zwischenraum zwischen dem Einspritzventil 1 und einer kastenförmigen Buchse (nicht gezeigt) austritt. In dem Außenrand des Jochs 3 sind ein Eintrittskanal 26, durch den der Kraftstoff eingeleitet wird, und ein Austrittskanal 27 gebildet, durch den der überschüssige Kraftstoff, der Gasblasen enthält und im Einspritzventil 1 stehenbleibt, abgeleitet wird. Im Boden des Jochs 3 ist ein Plungeraufnahmebereich 28 zur Aufnahme des beweglichen Abschnitts 4A gebildet. Ein Ventilführungsaufnahmebereich 30, der größeren Durchmesser als der Plungeraufnahmebereich 28 hat und ausgebildet ist, um einen Verschluß 29 und die Ventilführung 7 aufzunehmen, ist an einem Vorderende des Jochs 3 geformt. Um das Joch 3 herum ist ein ringförmiger Filter 31 vorgesehen, um zu verhindern, daß Schmutz oder Fremdstoffe, die in dem in der Leitung strömenden Kraftstoff vorhanden sind, zur Ventilsitzseite durch den Kraftstoffzuführkanal 26 eindringen. Ein Anschlußelement 32, über das die Signale von der Steuereinheit zu der Wicklung 15 übertragen werden, ist mit dem Anschlußelement 18 verbunden. Diese Anschlußelemente 18 und 32 sind mittels Formkunststoff mit dem Oberende des elektromagnetischen Ventils umgossen, um einen Formverbinder 33 zu bilden. Der bewegliche Abschnitt 4A besteht aus dem Plunger 4 aus Magnetmaterial, der mit einem Ende des Plungers 4 verbundenen Stange 5, dem Kugelventil 6, das mit dem anderen Ende der Stange 5 gekoppelt ist, und einem Führungsring 34, der an dem oberen Öffnungsbereich des Plungers 4 befestigt ist und aus nichtmagnetischem Material besteht. Der Führungsring 34 wird von einer Innenwand 35 eines hohlen Abschnitts geführt, der in einem oberen Endbereich des Kerns 2 gebildet ist, und das Kugelventil 6 wird von einer Innenumfangsfläche 38 eines zylindrischen Kraftstoffdrallelements 37 geführt, das in einen hohlen Bereich 36 der Ventilführung 7 eingesetzt ist. Die Sitzfläche 9 für das Kugelventil 6 ist unmittelbar unter dem zylindrischen Kraftstoff-Drallelement 37 in der Ventilführung 7 vorgesehen. Die Einspritzöffnung 8 ist in der Sitzfläche 9 mittig gebildet. Ferner ist in der Ventilführung 7 eine zylindrische Aussparung 39 gebildet, die in einer zu der Sitzfläche 9 entgegengesetzten Richtung verläuft. Ein O-Dichtring 40 ist zwischen der Buchse (nicht gezeigt) und einer Außenumfangsfläche der Ventilführung 7 angeordnet, um den Kraftstoff dicht abzuschließen. Bei der Ausführungsform ist ein O-Dichtringaufnahmebereich 41 als eine Ringnut um die Ventilführung 7 herum gebildet.
• Nachstehend werden ein Montageverfahren für das Einspritzventil und ein Einstellverfahren für die Durchflußrate beschrieben. Zuerst wird ein Montageverfahren für den elektromagnetischen Teil erläutert. Nachdem der O-Dichtring 19 auf das Anschlußelement 18 der Spulenanordnung 16 aufgebracht ist, wird das Anschlußelement 18 in die in dem geflanschten Teil des Kerns 2 gebildete Öffnung 17 eingesetzt, und anschließend wird der Bundring 20 von oberhalb des Anschlußelements 18 eingesetzt. Danach wird der O-Dichtring 13 um den unteren Teil des Verschlußkörperbereichs des Kerns 2 herum angebracht, und die Anordnung 16 wird in das Joch 3 eingesetzt. Dabei wird ein Kernkontaktflächenbereich 42, der in einem inneren oberen Endbereich des Jochs 3 gebildet ist, in Axialrichtung gepreßt, so daß das Material des Jochs 3 zum plastischen Fließen in Radialrichtung in eine Nut veranlaßt wird, die um den Verschlußkörperteil des Kerns 2 herum gebildet ist, wodurch die Befestigung aufgrund der Begrenzungskraft erfolgt. Das heißt, es wird ein sogenanntes "Metallfließverfahren" durchgeführt. Um das Kugelventil 6 an der Innenwandfläche 38 des Drallelements 37 zu führen und den nichtmagnetischen Ring 34 an der vorderendigen Innenwandfläche 35 des Kerns 2 zu führen, um also den geführten Bereich an den beiden Bereichen zu führen, um ihn in Axialrichtung zu bewegen, ist es wichtig, daß die exakte Konzentrizität zwischen dem Innendurchmesser des Ventilführungs-Aufnahmebereichs 30 des Jochs 3 und der Innenwandfläche 35 des Kerns 2 in dem beweglichen Bereich gewährleistet ist. Daher wird der Vorgang des Fließens des Metalls durchgeführt, während gleichzeitig der Innendurchmesser des Aufnahmebereichs 30 der Ventilführung 7 und die Innenwandfläche 35 des Kerns 2 konzentrisch präzise abgestützt sind. Danach wird das Anschlußelement 32 an dem Anschlußelement 18 mittels einer Befestigung wie Aufpressen, Löten, Schweißen oder dergleichen festgelegt. Danach wird dieser Teil in Kunststoff eingeformt.
• Nachstehend wird ein Montageverfahren für die Ventilführungsanordnung erläutert. Die Ventilführungsanordnung besteht aus dem beweglichen Abschnitt 4A, dem Drallelement 37 für den Kraftstoff und der Ventilführung 7. In bezug auf den beweglichen Abschnitt 4A werden das Kugelventil 6 und die Stange 5, die aus rostfreiem Stahl bestehen, der vergütet und gehärtet ist, miteinander durch Widerstandsschweißen, Laserschweißen und dergleichen verschweißt. Danach werden das andere Ende der Stange 5 und der Plunger 4 aneinander befestigt durch Verformen der Innenwand des Plungers 4 in eine Nut 44, die in dem Außenumfang der Stange 5 gebildet ist, so daß das Metall zum Fließen gelangt. Außerdem wird die Verbindung zwischen dem Führungsring 34 und dem Plunger 4 durch das Fließen von Metall hergestellt, indem eine Endfläche 45 auf der Kugelventilseiite des Plungers 4 mit einem Element abgestützt und der Führungsringkontaktbereich 46 am vorderendigen Innenumfangsrand des Plungers 4 in axialer Richtung mit Preßkraft beaufschlagt wird, wodurch dem Führungsring 34 eine radiale Begrenzungskraft erteilt wird.
• Das Drallelement 37 für den Kraftstoff ist in einer Form unter Einsatz einer Sintermetallegierung zu Zylindergestalt geformt und auf die Innenwand 36 der Ventilführung 7 gepreßt. Dabei wird die Außenumfangsfläche 47 (an vier Stellen) des Drallelements 37 in eine Nut 48 der Ventilführung 7 hinein durch das Fließen von Metall verformt (siehe Fig. 2 und Fig. 3). Dabei wird zwar bei dieser Ausführungsform die Festlegung durch das Fließen von Metall wie vorstehend beschrieben erreicht, aber die Funktionsfähigkeit des Drallelements 37 für den Kraftstoff kann auch erhalten werden, indem mit einem elastischen oder federnden Element in Richtung A von Fig. 2 befestigt wird.
• In das Drallelement 37 sind axiale Nuten 49 und radiale Nuten 50 eingeformt. Bei der gezeigten Ausführungsform haben die axialen Nuten 49 D-Gestalt. Diese Nuten 49 und 50 sind gebildet für den Durchgang des in der Axialrichtung zugeführten Kraftstoffs. Der durch die Nuten 49 strömende Kraftstoff wird radial nach innen von den Nuten 50 eingeleitet, deren Mittellinien die Mittelachse nicht schneiden. Diese Konstruktion dient dem Zweck, dem Kraftstoff eine Wirbelbewegung zu erteilen, um seine Vergasung zu verbessern, wenn der Kraftstoff durch die Einspritzöffnung 8 in der Ventilführung 7 eingespritzt wird.
• Das Drallelement 37 ist unter Berücksichtigung der folgenden Überlegung ausgelegt und hergestellt und auf die Innenwandfläche 36 der Ventilführung 77 gepreßt.
• Die die statische Durchflußrate des Kraftstoffs beeinflussenden Faktoren sind ein Druckabfall in den Durchflußkanälen des Drallelements 37 und eine dem Kraftstoff zu erteilende Wirbelkraft. Der Druckabfall im Durchflußkanal hängt in der Hauptsache von der Querschnittsfläche der Nuten ab. Eine Querschnittskonfiguration der radialen Nut 50 der Ausführungsform ist in Fig. 4 gezeigt (d. h. ein Querschnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 3). Die Querschnittsfläche A1 wird durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt unter Anwendung eines hydrodynamisch äquivalenten Durchmessers, der eine Funktion der Breite W und der Tiefe H der in Fig. 4 gezeigten Nut ist:
• wobei n = die Anzahl der Nuten.
• Die Querschnittsfläche A1 ist so festgelegt, daß das Verhältnis = A1/A3 (A3 ist die Querschnittsfläche der Einspritzöffnung 8 und durch die folgende Gleichung ausgedrückt) in einem Bereich zwischen 1,5 und 6,5 liegt und der Druckabfall auf einen kleinstmöglichen Pegel verringert wird.
• Die Ergebnisse der von den Erfindern durchgeführten Experimente sind in den Fig. 5 und 6 gezeigt. Es kann gezeigt werden, daß die Auswirkung der Verluste sehr klein ist.
• Fig. 5 zeigt die Auswirkung der Nutbreite W auf die statische Durchflußrate, wobei eine Änderungsrate der Durchflußrate innerhalb eines Toleranzbereichs ±a relativ zu der Bezugs-Nutbreite WO 0,2 % oder weniger beträgt. Fig. 6 zeigt eine Auswirkung der Nuttiefe H zu der statischen Durchflußrate, wobei eine Änderungsrate der Durchflußrate innerhalb eines Toleranzbereichs ±a relativ zu der Bezugs- Nuttiefe HO 0,1 % oder weniger beträgt. Daher sind die Auswirkungen der Nut auf die statische Durchflußrate gering und unter den oben beschriebenen Konstruktionsbedingungen vernachlässigbar. Dabei ist in den Fig. 5 und 6 die statische Durchflußrate QO eine Ziel-Durchflußrate, Qmax ist +3 % von QO, und Qmin ist -3 % von QO. Die Toleranz ±a beträgt ca. 20 µm bei dieser Ausführungsform.
• Die Auswirkung der Wirbelkraft auf die statische Durchflußrate wird verringert. Eine Wirbelzahl S, die ein Parameter für die Stärke der Verwirbelung ist, wird als das Verhältnis zwischen "Winkelmoment" und dem Vielfachen des "Moments in Axialrrichtung der Einspritzung" und "Radius der Einspritzöffnung" ausgedrückt. Diese Wirbelzahl S ist schließlich durch die folgende Gleichung gegeben:
• S = (Winkelmoment)/{(Moment in Axialrichtung der Einspritzung) x (Durchmesser der Öffnung)}
• = 2 [2] L/(nds²) (3)
• mit L = die Exzentrizität der Nut (siehe Fig. 4);
• ds = ein Wert, der durch den hydrodanamisch äquivalenten Durchmesser unter Anwendung der Nutbreite W und der Nuttiefe H gegeben ist (siehe Gleichung (1)); und
• n = die Anzahl der Nuten.
• Eine Wirkung der Größe der Wirbelzahl S zu der statischen Durchflußrate wird unter Bezugnahme auf die folgende Gleichung in Verbindung mit den Ergebnissen der von den Erfindern durchgeführten Versuche erläutert. Die Durchflußrate Q ist durch die folgende Gleichung (4) gegeben:
• mit Q = Durchflußrate, Co = der Koeffizient der Durchflußrate, d = der Durchmesser der Öffnung, γ = die relative Dichte und P = der Kraftstoffdruck. Der Koeffizient der Durchflußrate Co in der Gleichung (4) ist abhängig von dem charakteristischen Wert K, der ein Kehrwert der Wirbelzahl S gemäß der Gleichung (3) ist, und ihrer aus dem Experiment von Fig. 7 erhaltenen Beziehung ist. Wie Fig. 7 zeigt, sind bei der Ausführungsform die Nuten so ausgelegt, daß der Kraftstoff sie in einem Bereich durchströmen kann, in dem die Änderungsrate des Koeffizienten der Durchflußrate Co klein gehalten wird. Das heißt, daß die Größe der Wirbelzahl S in der Gleichung (3) durch die Exzentrizität L der Nuten gewählt werden kann. Selbstverständlich ist die Exzentrizität L mit einer Dimension bestimmt, um die Änderungsrate des Koeffizienten der Durchflußrate Co klein zu machen. Das wird durch die experimentellen Ergebnisse bewiesen, die von den Erfindern erhalten wurden und in Fig. 8 gezeigt sind.
• In Fig. 8 ist die Änderungsrate der statischen Durchflußrate in einem Toleranzbereich ja relativ zu der Bezugs-Exzentrizität LO ±1 % oder kleiner. Diese Durchflußratenänderung entspricht dem schraffierten Bereich in Fig 8. Man kann sagen, daß die Durchflußratenänderung der Änderung des Koeffizienten Co der Durchflußrate von Comin zu Comax gemäß Fig. 7 entspricht.
• Wie oben beschrieben, ist die Auswirkung des Drallelements 37 für den Kraftstoff auf die Änderung der statischen Durchflußrate relativ gering. Es ist möglich, ein kostengünstiges Drallelement 37 mit einfacher Struktur bereitzustellen, das keine hohe mechanische Präzision erfordert. Nachdem das Drallelement 37 mit den gewünschten Dimensionen mit relativ geringer mechanischer Präzisions-Toleranz gefertigt ist, wird das Drallelement 37 mittels Fließens von Metall mit der Nut 48 der Innenwandfläche 36 der Ventilführung 7 zusammengefügt.
• Anschließend wird die Einstellung eines Hubs des beweglichen Abschnitts 4A erläutert. Der Hub kann durch die Dimension eines Zwischenraums zwischen der Aufnahmefläche 5a eines Halsbereichs der Stange 5 und dem Verschluß 29 bestimmt werden.
• Ein Resultat eines Versuchs im Hinblick auf die Auswirkung des Hubs 1 auf die statische Durchflußrate ist in Fig. 9 gezeigt. Wie aus Fig. 9 ersichtlich ist, wird die Durchflußrate entsprechend der Zunahme des Hubs 1 abrupt erhöht und wird sanft allmählich erhöht, um im wesentlichen auf einem Konstantwert QO gehalten zu werden. Die Querschnittsfläche A1 in dem durch einen Hub gebildeten ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Kugelventil 6 und dem Ventilsitz 9 ist durch die folgende Gleichung (5) gegeben, wobei auf Fig. 10 Bezug genommen wird.
• wobei D&sub1; die untere Seite des gezeigten Trapezoids, D die obere Seite des Trapezoids, d. h. der Sitzdurchmesser, und h die Höhe des Trapezoids ist.
• Unter Verwendung eines Verhältnisses (= A&sub2;/A&sub3;) der Querschnittsfläche A&sub2; zu der Querschnittsfläche A&sub3; der Kraftstoffeinspritzöffnung 8 wird das Verhältnis , das eine Konstant-Durchflußrate Q&sub0; gibt, größer als 1. Im Fall der Ausführungsform, wie in Fig. 9 gezeigt, ist die Querschnittsfläche A&sub2; in einer Dimension mit einer ausreichenden Toleranz in einem Bereich ±a relativ zu dem Bezugshub l&sub0; bestimmt. Das Verhältnis bei der Toleranz von -a des Hubs l&sub0; ist 2 oder größer. Im übrigen beträgt die Dimension a ca. 20 µm, wie bereits beschrieben wurde.
• Wie oben beschrieben, ist der Betrag des Hubs des beweglichen Abschnitts 4A ein Absolutbetrag, der die statische Durchflußrate nicht beeinflußt, und ist durch die hinreichend große Toleranz bestimmt. Beim Stand der Technik muß der Hub des Ventils in einem gewünschten Bereich eingestellt werden durch Schleifen der Endfläche der Ventilführung und/oder der Aufnahmefläche 5a des Halsbereichs der Stange, und zwar nach einer Versuchsmontage, um die Durchflußrate zu bestimmen.
• Gemäß der Erfindung genügt es, nur die Einstellung der Dimensionen der Komponenten durchzuführen. Dadurch wird die Montagearbeit erleichtert und vereinfacht.
• Eine Auswirkung der statischen Durchflußrate der Einspritzöffnung 8, die in der Ventilführung 7 gebildet ist, wird nachstehend erläutert. Die statische Durchflußrate des durch die einzige Einspritzöffnung 8 strömenden Kraftstoffs ist in Fig. 11 gezeigt. Die Änderungsrate der statischen Durchflußrate innerhalb der Toleranz ±b relativ zu dem Bezugs-Öffnungsdurchmesser d&sub0; ist 1,5 % oder kleiner. Der Wert von b beträgt ca. 5 µm.
• Wie bereits beschrieben, ist eine Beziehung der Querschnittsfläche A3 der Einspritzöffnung 8 durch die folgende Formel gegeben unter Anwendung der Querschnittsfläche A2 des ringförmigen Zwischenraums bei dem vollen Hub des beweglichen Abschnitts 4A und der Nutfläche A1 des Drallelements 37 für den Kraftstoff:
• A1 > A2 > A3 (6).
• Das Einspritzventil 1 gemäß der Ausführungsform ist so aufgebaut, daß der Kraftstoff aus der Einspritzöffnung 8 gemessen wird.
• Das Verhältnis ist 2 oder größer, wie bereits beschrieben wurde. In diesem Fall umfaßt der Druckabfall der Einspritzöffnung 8 95 % oder mehr des gesamten Druckabfalls. Es wird angenommen, daß die vorgenannte Messung durch die Einspritzöffnung 8 ausgeführt wird. Die Tatsache, daß die Änderungsrate der Durchflußrate unter Berücksichtigung der Auswirkung des Drallelements 37 auf die Durchflußrate, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 5-8 erläutert wurde, und die Auswirkung des Hubs auf die Durchflußrate gemäß der Erläuterung nach den Fig. 9 und 10 ca. ±1 % beträgt, bedeutet, daß die Kraftstoffregelung durch die Einspritzöffnung 8 stattfindet.
• Wie oben beschrieben, wird die statische Durchflußrate im wesentlichen von dem Hub nicht beeinflußt. Die statische Durchflußrate wird zwar durch das Drallelement 37 um ca. ±1 % geändert und wird durch die Öffnung um ca. ±1,5 % geändert, aber die Änderung wird innerhalb des Bereichs von ±3 %, also innerhalb des Zielbereichs hinsichtlich der Montage des Einspritzventils, ausreichend unterdrückt.
• Das Einspritzventil gemäß der Erfindung ist also ein kostengünstiges Einspritzventil, bei dem eine Demontage und eine erneute Montage und eine kostenintensiive Nacharbeitung für die Justierung der statischen Durchflußrate nicht notwendig sind. Dabei kann selbstverständlich die statische Durchflußrate innerhalb des objektiven Präzisionsbereichs gesteuert werden, auch wenn die statische Durchflußrate an der Öffnung an der Ventilführung 7 gemessen wird, bevor das Drallelement 37 mit der Ventilführung 7 verpreßt wird.
• Wie vorstehend beschrieben, wird die montierte Ventilführungseinheit in den Ventilführungs-Aufnahmebereich 30 des Jochs 3 der elektromagnetischen Anordnung gemeinsam mit dem Verschluß 29 eingesetzt, um die beiden Einheiten zusammenzubauen. Die beiden Einheiten werden aneinander befestigt durch die vorderendige Innenumfangswand des Jochs 3, die in der Nut 51 in dem Außenumfang der Ventilführung 7 gebildet ist, indem das Metall zum Fließen gebracht wird. In diesem Fall ist der Verschluß 29 mit einer Dicke vorgegeben, daß ein vorbestimmter Luftspalt erhalten wird, so daß das Vorderende des Plungers 4 und das Vorderende des Kerns 2 nicht in direkte Berührung miteinander gebracht werden, wenn der bewegliche Abschnitt 4A von der Magnetkraft angezogen wird. Dann wird das Justierelement 11, auf dessen Vorderende die Feder 10 gehalten ist und der auf seinem Umfang den O- Dichtring 12 trägt, in die Öffnung, die in der Mitte des Kerns 2 gebildet ist, von einer entgegengesetzten Seite der Ventilführung 7 her eingesetzt. Andererseits werden der Filter 31 und der O-Dichtring 24 auf dem Außenumfang des Jochs 3 angebracht und in einem Hilfselement (nicht gezeigt) aufgenommen. Dann beginnt der Test der Einspritzmenge. Bei dem Kraftstoffeinspritztest wird die Einspritzmenge zuerst unter der Bedingung gemessen, daß der bewegliche Abschnitt 4A seinen vollen Hub ausführt, und die Einspritzmenge zu diesem Zeitpunkt wird als die gewünschte Einspritzmenge bestätigt.
• Danach wird das Ansprechverhalten des beweglichen Abschnitts 4A bestimmt durch Ändern einer Federkraft der Feder 10, so daß die Kraftstoffeinspritzmengen während des Konstantzyklus und die konstante Ventilöffnungsdauer auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Dann wird der Außenrand eines oberen Vorsprungs 52 des Kerns 2 in Radialrichtung aus der Öffnung des Formkunststoffs gepreßt, so daß die Innenwand des Kerns in den genuteten Bereich 53 des Stellelements 11 zum Festlegen eintritt.
• Der Betrieb des so aufgebauten Einspritzventils nach der Erfindung wird nun beschrieben. Das Einspritzventil 1 wird nach Maßgabe von elektrischen EIN/AUS-Signalen gesteuert, die der elektromagnetischen Spule 15 zugeführt werden, um den beweglichen Abschnitt zum Öffnen/Schließen des Ventils zu betätigen, wodurch die Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird. Die elektrischen Signale werden der Spule 15 als Impulse zugeführt. Wenn der Strom in der Spule 15 fließt, wird der Magnetkreis von dem Kern 2, dem Joch 3 und dem Plunger 4 gebildet, so daß der Plunger 4 zum Kern 2 hin angezogen wird. Wenn der Plunger 4 verschoben wird, wird das mit dem Plunger 4 integrale Kugelventil 6 bewegt, so daß es von der Sitzfläche des Ventilsitzes 9 der Ventilführung 7 abgehoben wird, um den Durchtritt zu der Einspritzöffnung 8 zu öffnen. Der Kraftstoff wird von einer Kraftstoffpumpe mit Druck beaufschlagt und von einem Kraftstoffdruckregler (nicht gezeigt) eingestellt, so daß er durch den Filter 34 aus dem Zuführkanal 26 zum Inneren der elektromagnetischen Ventilanordnung fließt und verwirbelt dem Sitzbereich durch den unteren Kanal 23 der Spulenanordnung 16, den Außenumfang des Plungers 4, den Zwischenraum zwischen dem Verschluß 29 und der Stange 5 und die Nuten 49 und 50 des Drallelements 37 zugeführt wird. Dann wird der Kraftstoff durch die Einspritzöffnung 8 geleitet, um beim Öffnen des Ventils in den Ansaugkrümmer eingespritzt zu werden.
• Wenn die elektromagnetisch Spule 15 entregt wird, wird der bewegliche Abschnitt 4A von der Feder 10 mit Druck beaufschlagt und in Richtung des Ventilsitzes bewegt, um die Sitzfläche des Ventilsitzes 9 mit der Ventilkugel 6 zu verschließen.
• Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß es nicht notwendig ist, eine Justiereinrichtung für die Durchflußrate vorzusehen. Der Beitrag zur Kraftstoffvergasung wird nachstehend erläutert.
• Wenn der Kraftstoff das Drallelement 37 erreicht, strömt der Kraftstoff aus den axialen Nuten 49 im Drallelement 37 und den radialen Nuten 50 zu der Sitzfläche des Ventilsitzes 9. In diesem Fall wird der Wirbelstrom an Auslässen der radialen Nuten erzeugt, die in bezug auf die axiale Mittellinie exzentrisch geformt sind. Der Wirbelstrom wird an der Abstromseite durch den Ringspalt in der Sitzfläche des Ventilsitzes 9 gefördert, wo praktisch kein Energieverlust eintritt. Der Kraftstoffstrom erreicht dann die Einspritzöffnung, während er gleichzeitig eine ausreichende Wirbelenergie behält.
• Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, ist der Druckabfall des Kraftstoffs, der durch die Nuten 49 und 50 und den Ringspalt zwischen der Sitzfläche des Ventilsitzes 9 und dem Kugelventil 6 in der gehobenen Stellung desselben strömt, sehr klein. Es ist daher möglich, den Kraftstoff verwirbelt zuzuführen, wahrend der ursprüngliche Kraftstoffdruck gleichzeitig beibehalten wird, und der Kraftstoff wird aus der Einspritzöffnung 8 mit einem ausreichenden Einspritzdruck und ausreichender Wirbelkraft eingespritzt, so daß ein sehr gut vergaster Kraftstoff erhalten werden kann.
• Fig. 12 zeigt eine Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs, der entlang den Durchflußkanälen gemessen wird, und die Durchflußrate des Kraftstoffs in dem Fall, daß das Einspritzventil nach der Erfindung verwendet wird. Wie aus Fig. 12 hervorgeht, ist die Durchflußgeschwindigkeit an der Einspritzöffnung maximal in dem Durchflußkanal vom Einlaß zum Auslaß. Es ist daher möglich, die Durchflußrate nur an der Einspritzöffnung, d. h. der kleinen Austrittsöffnung, zu messen. Das bedeutet, daß bei Herstellung der kleinen Austrittsöffnung mit hoher Konstruktionsgenauigkeit die Durchflußrate mit hoher Präzision gemessen werden kann.
• Fig. 13 zeigt eine andere Ausführungsform des Drallelements, wobei das Drallelement 37 so geformt ist, daß der Druckverlust durch die Nuten 49 und 50 sehr klein ist, weil die axialen Nuten 49 einen ausreichenden Zwischenraum haben, um den Kraftstoff zu erlauben hindurchzuströmen, und jede der radialen Nuten 50 eine verjüngte Form ohne jegliche Verluste des Kraftstoffstroms hat. Der Kraftstoff wird in die erste Wirbelkammer 54 eingeleitet.
• Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführungsform des Drallelements. Dabei bezeichnet 37 ein weiteres Drallelement, 49 sind axiale Nuten, und 50 bezeichnet radiale Nuten.
• Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, die gleiche Auswirkung wie bei der ersten Ausführungsform zu erhalten. Die Ausführungsform von Fig. 14 ist insofern vorteilhaft, als die Konstruktion relativ einfach und kostengünstig herstellbar ist.
• Die axialen Nuten 49 und die radialen Nuten 50 können mit jeder gewünschten Gestalt gebildet werden, wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist. Es ist also möglich, den Einspritzdruck und die Wirbelkraft des Kraftstoffs einzustellen, und es ist möglich, den von der Einspritzöffnung 8 ausgehend gebildeten Vergasungsverlauf zu wählen. Ferner kann selbstverständlich die gleiche Auswirkung auch dann erzielt werden, wenn die axialen Nuten 49 durch Abschrägen des Elements gebildet sind.
• Fig. 15 ist eine vergrößerte Ansicht eines elektromagnetischen Einspritzventils gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Fig. 16 ist ein Querschnitt entlang der Linie XVI-XVI von Fig. 15.
• In Fig. 15 ist 37 das Drallelement mit einem Flansch 51, dessen Außenumfangsfläche an der Innenfläche 36 der Ventilführung 7 befestigt ist. 52 ist ein Kraftstoffbad, das unter dem Flansch 51 gebildet ist. Der Kraftstoff strömt durch die radialen Nuten 50 zu einer ersten Wirbelkammer. 55 bezeichnet eine Vielzahl von Ausschnitten in dem Flansch 51, die mit dem Kraftstoffbad 52 in Verbindung sind.
• 57 ist eine zweite Wirbelkammer für den Kraftstoff, die durch den konischen Ventilsitz 9 unter der Ventilkugel 6 definiert ist. Diese Kammer unterstützt die Wirbelströmung des aus der ersten Wirbelkammer eingeleiteten Kraftstoffs.
• 29 bezeichnet den Verschluß, der in eine Abstützfläche 3a des Jochs 3 und eine Abstützfläche 7a der Ventilführung 7 eingesetzt ist. Der Verschluß 29 hat die Funktion, einen Zwischenraum zwischen einer Fläche 5a der Stange 5 und dem Verschluß 29 zu begrenzen, um einen Hubweg, d. h. die Aufwärtsbewegung der Ventikugel 6, zu unterhalten.
• Bei dieser Ausführungsform kann die gleiche Auswirkung wie bei der ersten Ausführungsform erreicht werden. Insbesondere ist es mit dieser Ausführungsform möglich, eine gleichmäßige Verteilung des unter Druck stehenden Kraftstoffs zu erreichen, bevor er in die radialen Nuten 50 strömt, und den unter Druck stehenden Kraftstoff wirkungsvoll in die Wirbelbewegung umzuwandeln.

Claims (6)

1. Elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil, das folgendes aufweist:

eine elektromagnetische Wicklungsanordnung (16); einen axial beweglichen Ventilabschnitt (4A) mit einem federkraftbeaufschlagten Plunger (4), der durch Aktivieren der Wicklungsanordnung (16) getrieben wird, mit einer Verbindungsstange (5) und mit einem Kugelventilelement (6), das einen voreingestellten konstanten Hub hat;

ein Drallelement (37), das axiale und exzentrische radiale Kraftstoffnuten (49, 50) aufweist, um den Kraftstoff einer Wirbelkammer (54) an der Abstromseite des gehobenen Ventilelements (6) zuzuführen;

einen Düsenkörper (7) mit einem Ventilsitz (9) und einer Kraftstoffeinspritzöffnung (8) mit kleinem Durchmesser, um eine vorbestimmte Menge des verwirbelten Kraftstoffs einzuspritzen, wobei die Kraftstoffeinspritzöffnung an der Abstromseite des Ventilsitzes angeordnet ist;

wobei die vorbestimmte Menge von Einspritzkraftstoff durch die Öffnungs- und Schließperiode des beweglichen Ventilabschnitts (4A) gesteuert wird;

und wobei die Fläche (A2) des kleinsten ringförmigen Zwischenraums, der zwischen dem gehobenen Ventilelement (6) und dem Ventilsitz (9) gebildet ist, größer als die Querschnittsfläche (A3) der Kraftstoffeinspritzöffnung (8) ist; dadurch gekennzeichnet,

daß der Hub des Ventilelements (6) auf einen solchen Betrag voreingestellt ist, daß die Querschnittsfläche (A1) von sämtlichen exzentrischen radialen Nuten (50) des Drallelements (37) größer als die Fläche (A2) des ringförmigen Zwischenraums ist; und

das Verhältnis (A2/A3) zwischen der Fläche (A2) des ringförmigen Zwischenraums und der Querschnittsfläche (A3) der Kraftstoffeinspritzöffnung (8) größer als 2 ist, so daß die statische Durchflußrate des Kraftstoff, der in einer Kraftstoffdurchflußbahn fließt, durch die Kraftstoffeinspritzöffnung (8) bestimmt ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede axiale Nut (49), die in der Umfangswand des Drallelements (37) gebildet ist, D-förmigen Querschnitt hat.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen exzentrischen Nuten (50) in der unteren Endwand des Drallelements (37) gebildet sind.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Nuten (50) des Drallelements (37) in Richtung zu der Wirbelkammer (9, 54) verjüngt sind.

5. Kraftstoffinspritzventil nach Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drallelement (37) eine Vielzahl von Ausschnitten (55) sowie ein ringförmiges Kraftstoffbad (52) aufweist, das mit den Ausschnitten (55) und mit den exzentrischen radialen Nuten (50) in Verbindung ist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Drallelement (37) durch Anbringen an der Innenwand (36) einer zylindrischen Ausnehmung in dem oberen Bereich des Düsenkörpers (7) über dem Ventilsitz (9) befestigt ist.