DE3937523C2 - Kraftstoffinjektor für einen Benzinmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung umfaßt einen Kraftstoffinjektor für einen Ben­ zinmotor, umfassend:

• (a) ein Gehäuse mit einem vorderen Ende, einem rückwärtigen Ende, einem mittigen Loch, welches das vordere und rückwärtige Ende verbindet, und einem Schulterteil, der innerhalb des zentralen Lochs zwischen dem vorderen und rückwärtigen Ende angeordnet ist, wobei sich das rück­ wärtige Ende in Verbindung mit einer Zuführung für unter Druck stehenden Kraftstoff befindet;
• (b) eine Magnetspulenanordnung, die innerhalb des mittigen Lochs des Gehäuses am rückwärtigen Ende des Gehäuses angeordnet ist, wobei die Magnetspule ein mittiges Loch aufweist, das koaxial zu dem mittigen Loch des Gehäuses angeordnet ist;
• (c) eine magnetische Statoranordnung, die innerhalb des mittigen Lochs der Magnetspulenanordnung angeordnet ist;
• (d) ein Ventilsitzteil, das eine konische Ausnehmung in der Rückseite hat, die zu einer Einspritzdüse führt, welche durch den mittigen Teil des Ventilsitzteils verläuft, wobei das Ventilsitzteil innerhalb des mittigen Lochs des Gehäuses und am vorderen Ende des Gehäuses ange­ ordnet und am Gehäuse befestigt ist;
• (e) eine Kugelventilanordnung, die ein Kugelteil am vorde­ ren Ende und einen Flachanker am rückwärtigen Ende hat;
• (f) eine nicht-magnetische Platte, die zwischen den Schul­ terteil des Gehäuses und das Ventilsitzteil zwischengefügt ist;
• (g) eine Federeinrichtung, welche die Kugelventilanordnung gegen das Ventilsitzteil vorspannt, so daß das Kugel­ teil normalerweise in einem Schließzustand gegen die konische Ausnehmung des Ventilsitzteils anliegt;
• (h) wobei die Kugelventilanordnung in Ansprechung auf die Erregung der Magnetspulenanordnung in eine Öffnungs­ position bewegbar ist, so daß der unter Druck stehende Kraftstoff von dem rückwärtigen Ende des Gehäuses vor­ bei an der Kugelventilanordnung durch die konische Aus­ nehmung des Ventilsitzteils und durch die Einspritzdüse fließt.

Der Kraftstoffinjektor, auf den sich die vorliegende Er­ findung bezieht, eignet sich insbesondere für ein elektro­ nisch gesteuertes oder geregeltes Kraftstoffinjektionssystem zur Steuerung oder Regelung der Kraftstoffinjektion mittels Bewegen der Kugelventilanordnung.

Ein elektronisch gesteuertes oder geregeltes Kraftstoffin­ jektionssystem, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, weist einen Kraftstoffinjektor 100 auf. Ein üblicher Kraftstoffinjektor 100 ist so ausgebildet, daß er ein solenoidbetätigter Kraft­ stoffinjektor ist, der dazu dient, die Zeit des Beginns der Injektion, die Dauer der Injektion und die Zeit des Stoppens der Injektion mittels eines Solenoidventils durch einen Stromimpuls, der von einer elektronischen Steuer- oder Re­ geleinheit 200 übertragen wird, zu steuern oder zu regeln. Sobald der solenoidbetätigte Kraftstoffinjektor startet, wird Kraftstoff unter dem jeweiligen Druck eingespritzt. Wenn das Solenoidventil geschlossen wird, wird das Ein­ spritzen des Kraftstoffs gestoppt. Auf diese Weise kann mit­ tels Stromimpulsen die Zeit für den Beginn und das Ende der Injektion gesteuert werden, und durch die Dauer des jewei­ ligen Stromimpulses kann das Injektionsvolumen q von Kraftstoff pro Zyklus gesteuert werden. Der Kraftstoff­ druck wird durch eine Kraftstoffpumpe 300 erzeugt und kann durch einen Druckregulierer 400 eingestellt werden.

Gegenwärtig sind Kraftstoffinjektoren für Benzinmotor-Ein­ spritzsysteme meistens solenoidbetätigt. Ein solcher Kraft­ stoffinjektor mit Kugelventilanordnung ist beispielsweise in US 4 662 567 beschrieben.

Jedoch basiert die Idee der Ausbildung der Kugelventilanordnung generell auf der Art und Weise eines Dieselkraftstoffsinjektors, der eine Ventilnadel und einen Ventilkörper aufweist. Der Beginn und das Ende der Kraft­ stoffinjektion wird bei einem solchen Dieselkraftstoffinjek­ tor mittels des Verschiebens der Ventilnadel gesteuert, die einen präzisen Sitz im Ventilkörper besitzt. Demgemäß müssen sowohl die Ventilnadel als auch der Ventilkörper ziemlich präzise unter hohen Kosten bearbeitet werden, und insbeson­ dere muß die Bearbeitung des tiefen und langen inneren Lochs des Ventilkörpers sowie des Konus in dem tiefen Loch mit einer sehr aufwendigen Bearbeitungsmaschinerie erfolgen. Aufgrund dieser Verhältnisse ist dieser Kraftstoffinjektor üblicher Art ein Bauelement, das hohe Herstellungskosten verursacht.

Außerdem ist es so, daß bei üblichen Kraftstoffinjektoren Bearbeitungsfehler stets ein unterschiedliches bzw. anderes dynamisches Ansprechen beim Öffnen und/oder Schließen des Ventils verursachen; als Ergebnis hiervon ist es nicht mög­ lich, eine gewisse Genauigkeit des Kraftstoffinjektionsvolu­ mens pro Zyklus innerhalb der Kraftstoffinjektoren der glei­ chen Spezifikation aufrechtzuerhalten.

Darüberhinaus wird sowohl in der vorgenannten US 4 662 567 als auch in der unten näher erörterten DE 30 23 757 A1 und in der ihr weitgehend entsprechenden US 4 394 973 wie auch in der weiteren US 4 711 397 die technische Lehre gegeben, eine Vollkugel als Ventilkörper vorzusehen, wodurch sich eine relativ hohe Trägheit der Kugelventilanordnung und da­ mit ein verhältnismäßig beschränktes Systemansprechen des Kraftstoffeinspritzsystems ergibt.

Ein Kraftstoffinjektor der eingang genannten gattungsgemäßen Art ist aus der vorstehend erwähnten DE 30 23 757 A1 be­ kannt, und dieser Kraftstoffinjektor ist so ausgebildet, daß der Flachanker durch eine Federzunge gelenkig mit dem Ge­ häuse verbunden ist, was auf der der Federzunge abgewandten Seite des Flachankers zu einem relativ großen Spalt zwischen dem Stator, welcher als Magnetkern allein das magnetische Anziehen des Flachankers bewirkt, und dem Flachanker führt.

Dieser Spalt ist gerade dort groß, wo - bezogen auf die sich aus der gelenkigen Verbindung ergebende Mechanik - der ent­ scheidende Kraftangriff zum Hochziehen des Flachankers durch das Magnetfeld erfolgt. Da die magnetische Kraft proportional dem Quadrat der Flußdichte, multipliziert mit dem wirksamen Bereich zwischen dem Stator und dem Flachanker ist, hat dieser relativ große und ungünstig gelegene Spalt den Net­ toeffekt, daß er die auf den Flachanker wirkende magnetische Kraft signifikant reduziert, so daß dadurch das Systeman­ sprechen noch problematischer wird, als es bereits durch die oben angesprochene Verwendung einer Vollkugel als Ventil­ körper ist.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, das Systemanspre­ chen eines mit einem Kraftstoffinjektor der gattungsgemäßen Art ausgerüsteten Kraftstoffeinspritzsystems signifikant zu verbessern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß

• (1) das Kugelteil eine Halbkugel ist;
• (2) das Gehäuse ein aus weichmagnetischem Material ausge­ bildetes magnetisches Gehäuse ist;
• (3) die konische Ausnehmung in einem Hohlraum in der kon­ kaven Rückseite des Ventilsitzteils vorgesehen ist;
• (4) die Rückseite des Ventilsitzteils straff gegen den Schulterteil des Gehäuses mittels eines Schraubenblocks befestigt ist; und
• (5) die Halbkugel innerhalb des in dem Ventilsitzteil aus­ gebildeten Hohlraums angeordnet ist.

Gemäß den vorstehenden Merkmalen wird die obige Aufgabe durch Herabsetzung der Trägheit des Ventilkörpers und Ver­ stärkung der Magnetwirkung bei günstigerer Ausbildung des Magnetkreises wie folgt erreicht:

• (a) Dadurch, daß das Kugelteil als Halbkugel ausgebildet ist, wird die sich hin- und herbewegende Masse innerhalb des Kraftstoffinjektors herabgesetzt. Da einer der Hauptfaktoren, der das Systemansprechen beeinflußt, die Kugelventilträgheit ist, und da die Kugelventilträgheit in direktem Bezug zu dem Gewicht der sich hin- und herbewegenden Masse steht, wird das Systemansprechen durch Minimierung des Gewichts der Kugelventilanordnung verbessert.
• (b) Während in dem Kraftstoffinjektor nach der DE 30 23 757 A1 nur der Stator als Magnetkern der Spule das magne­ tische Anziehen des Flachankers bewirkt, ist in dem er­ findungsgemäßen Kraftstoffinjektor auch das Gehäuse aus weichmagnetischem Material hergestellt, so daß sich ein günstigerer Magnetkreis ergibt, und zwar in Verbindung damit auch dadurch, daß die konische Ausnehmung in einem Hohlraum in der konkaven Rückseite des Ventil­ sitzes vorgesehen ist, da hierdurch der Ventilsitz den Magnetfluß vom Gehäuse her besser übertragen kann, was das Systemansprechen verbessert.
• (c) Weiter wird dadurch, daß die Rückseite des Ventilsitz­ teils straff gegen den Schulterteil des weichmagne­ tischen Gehäuses befestigt und die Halbkugel innerhalb des in dem Ventilsitzteil ausgebildeten Hohlraums ange­ ordnet ist, die Magnetwirkung infolge guter und kurzer Wege des Magnetkreises verstärkt, so daß auch hierdurch das Systemansprechen verbessert wird.

Demgemäß kann der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor den Beginn und das Ende der Kraftstoffinjektion mittels des Ku­ gelventils anstatt mittels der oben erwähnten Ventilnadel und des oben erwähnten Ventilkörpers steuern oder regeln. Die kleine flache Armatur des erfindungsgemäßen Kraftstoff­ injektors ist sehr flink und handlich, leicht zu ver- und bearbeiten, und sie kann unter in hohem Maße vermindeten Kosten hergestellt werden. Die flache Kugelventilanordnung aus Flachanker und Halbkugel, die in dem Kraftstoffinjektor nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann einen größeren Magnetflußbereich zum Erzielen stärkerer magne­ tischer Kräfte für die Aufnahme durch das Kugelventil lie­ fern, und sie entwickelt darüberhinaus ein dynamisches Ansprechen des Kraftstoffinjektors.

Außerdem ist der Aufbau des Kraftstoffinjektors gemäß der vorliegenden Erfindung einfacher im Vergleich mit konven­ tionellen Kraftstoffinjektoren. Weiterhin verursacht der er­ findungsgemäße Kraftstoffinjektor im allgemeinen keine Stö­ rungen, Schwierigkeiten, Defekte o. dgl. im Gebrauch. In dem Fall, in dem trotzdem irgendeine Störung, Schwierigkeit oder irgendein Defekt auftreten sollte, ist diese Störung, Schwierigkeit oder dieser Defekt leichter durch Wartung, Re­ paratur o. dgl. auszuschalten, wobei die Wartung überhaupt leichter und einfacher ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In dem Kraftstoffinjektor gemäß einer Weiterbildung der Er­ findung ist der Federdruck auf die Kugelventilanordnung aus Halbkugel und Flachanker einstellbar so daß eine Verzögerung bezüglich der Zeit, zu welcher der Ventilkörper öffnet oder schließt, erzeugt werden kann, und das Injektionsvolumen läßt sich in relativ engen Grenzen aufrechterhalten.

Die Erfindung sei nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand einiger, besonders bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht, die ein elektronisch gesteuertes bzw. geregeltes Kraftstoffinjektionssystem veran­ schaulicht;

Fig. 2 eine Längsschnittansicht, welche den Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform eines Kraftstoffin­ jektors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3 eine Erläuterungsansicht, welche die Bewegung der Kugelventilanordnung des Kraftstoffinjektors der Fig. 2A veranschaulicht; und

Fig. 4 eine Ansicht, welche eine andere Ausführungsform eines Ventilsitzes in einem Kraftstoffinjektor nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

In der nun folgenden detaillierten Beschreibung von bevor­ zugten Ausführungsformen sei zunächst auf Fig. 2 Bezug ge­ nommen, wonach der darin gezeigte Kraftstoffinjektor folgen­ de Hauptteile umfaßt:
Ein magnetisches bzw. aus weichmagnetischem Material herge­ stelltes Gehäuse 2; eine Magnetspulenanordnung 5, 6, 7; eine magnetische Statoranordnung 8; ein Ventilsitzteil 3; eine Kugelventilanordnung 10, 11; eine nichtmagnetische Platte 12; eine Federeinrichtung 1, 9; und einen Schraubenblock 4; sowie mehrere O-Ringe.

Der Aufbau und die Funktionsweise dieser Teile seien nach­ stehend erläutert:
Die Magnetspulenanordnung 5, 6, 7 umfaßt eine Magnetspule 5, einen Spulenkörper 6 und zwei Anschlüsse 7. Wenn Strom über die Anschlüsse 7 durch die Magnetspule 5 fließt, bewirkt er eine elektromotorische Kraft ε, wobei die Beziehung ε = NI gilt, worin N die Anzahl der Magnetspulenwindungen und I die Größe des hindurchfließenden Stroms sind. Diese elektromoto­ rische Kraft bildet einen Magnetflußkreis durch verschiedene magnetische Materialien aus. Der Spulenkörper 6 ist dazu vorgesehen, um zur Ausbildung einer Spulenanordnung bzw. einer Spule Draht darauf zu wickeln, insbesondere emaillier­ ten Draht. Der Spulenkörper 6 und die isolierte Umkleidung 71 der Anschlüsse 7 können beispielsweise aus Kunststoff­ materialien hergestellt sein.

Die magnetische Statoranordnung 8 weist einen magnetischen Stator aus weichmagnetischem Material auf. Der vorstehend erwähnte Magnetflußkreis wird infolgedessen durch einen Schulterteil 81, das mittige Rohr 82, die flache Armatur 10 und das magnetische Gehäuse 2 ausgebildet.

Die Federeinrichtung 1, 9 umfaßt eine im eingebauten Zustand zusammengedrückte Feder 1 und ein Federeinstellrohr 9, das gleichzeitig Teil der magnetischen Statoranordnung 8 ist. Das Federeinstellrohr 9 ist im Inneren des mittigen Rohrs 82 aufgenommen, und weiterhin kann sich dieses Federeinstell­ rohr 9 in dem mittigen Rohr 82 aufgrund manueller Ein­ stellung nach aufwärts oder abwärts bewegen, so daß es die Feder 1 mehr oder weniger zusammendrückt. Da das andere bzw. dem Federeinstellrohr 9 abgewandte Ende der Feder 1 auf die Endfläche 101 der Kugelventilanordnung 10, 11 drückt, kann die Belastungskraft, die auf die Kugelventilanordnung 10, 11 von der zusammengedrückten Feder 1 ausgeübt wird, durch Verstellen der Position des Federeinstellrohrs 9 verändert werden.

Die Kugelventilanordnung 10, 11 umfaßt einen Flachanker 10 und eine Halbkugel 11 mit einem zylindrischen Zapfen 110, der am rückwärtigen Ende der Halbkugel 11 ausgebildet und fest bzw. straff in einem mittigen Loch des Flachankers 10 aufgenommen ist, so daß auf diese Weise die Kugelventil­ anordnung 10, 11 ausgebildet ist. Es sei hier darauf hin­ gewiesen, daß der zylindrische Zapfen 110 auch zum Posi­ tionieren des inneren Hohlraums der Feder 1 vorgesehen sein kann. Wie oben erwähnt, kann der Flachanker 10, da er auch ein Element des Magnetflußkreises ist, aus weichmagnetischem Material ausgebildet sein, und es sind darin mehrere gleich­ verteilte Löcher, vorzugsweise gleichen Abstands voneinander und gleichen Durchmessers, als Kraftstoffdurchgänge 102 aus­ gebildet. Weiterhin kann der Flachanker 10 auch zusammen mit der Halbkugel 11 einstückig ausgebildet sein. Der Flachanker 10 ermöglicht es, eine Konkavität bzw. Vertiefung in seiner Oberseite auszubilden, um das Fixieren der Feder 1 zu er­ leichtern und zu vereinfachen, wie in Fig. 2B gezeigt ist. Wenn kein Strom fließt, drückt die Belastungskraft der Feder 1 auf den Flachanker 10, und als Ergebnis hiervon wird das vordere Ende der Halbkugel 11 dicht und fest auf die End­ fläche 31 der konischen Ausnehmung 32 des Ventilsitzteils 3 gedrückt, so daß sich das vordere Ende der Halbkugel 11 dicht auf der Endfläche 31 der konischen Ausnehmung 32 des Ventilsitzteils 3 abstützt.

Das Ventilsitzteil 3 ist in dem mittigen Loch 21 installiert, das am vorderen Ende des magnetischen Gehäuses 2 vorgesehen ist. Eine dünne Platte 12 mit hohem magnetischen Widerstand, wie beispielsweise eine Platte aus rostfreiem Stahl oder eine Chromplattierungsschicht, ist als Abdeckung zwischen der Endfläche 31 des Ventilsitzteils 3 und der Endfläche 22 des zur Positionierung dienenden Schulterteils 23 des magnetischen Gehäuses 2 vorgesehen, wobei dieses Ventil­ sitzteil 3 und die Platte 12 an der Endfläche 22 des Schul­ terteils 23 des magnetischen Gehäuses 2 mittels des Arre­ tierens bzw. Festziehens des fixierenden Schraubenblocks 4 befestigt sein können. Nachdem der Schraubenblock 4 fest­ gezogen worden ist, kann der Gewindeteil 41 zwischen dem Schraubenblock 4 und dem vorderen Ende des Gehäuses 2 einer Laserschweißung unterworfen werden, um die Festziehposition zu sichern.

Der unter Druck stehende Kraftstoff fließt dann durch das innere Loch 91 des Federeinstellrohrs 9 in den Hohlraum der Feder 1 und dann weiter durch die kleinen Löcher 83 an dem vorderen Ende der magnetischen Statoranordnung 8 und dann durch die Mehrzahl von Kraftstoffdurchgängen 102 des Flach­ ankers 10 und füllt schließlich den gesamten Kraftstoff­ injektor vollständig.

Die Funktion der O-Ringe 33, 61 und 62 besteht darin, eine Leckage von Kraftstoff aus dem Inneren des Kraftstoffin­ jektors unter Druck zu verhindern.

Wenn kein elektrischer Strom in der Magnetspule 5 fließt, stützt sich das vordere Ende der Halbkugel 11 dicht auf der Endfläche 31 der konischen Ausnehmung 32 ab, und zwar auf­ grund des Wirkens der Federkraft der Feder 1. Wenn sowohl die Oberfläche des vorderen Endes der Halbkugel 11 als auch die Endfläche 31 der konischen Ausnehmung 32 des Ventil­ sitzteils 3 feingeschliffen sind, kann eine Abdichtungsfunktion erzielt werden, durch die eine Leckage des unter Druck ste­ henden Kraftstoffs verhindert wird.

Wenn die Anschlüsse 7 der beiden Enden der Magnetspule 5 mit einer geeigneten Stromquelle verbunden werden, fließt Strom durch die Magnetspule 5 und steigt allmählich an, so daß ein Magnetflußkreis durch die Bauelemente ausgebildet wird, die aus weichmagnetischem Material hergestellt sind, das heißt, es geht ein Magnetfluß durch den Schulterteil 81 der magne­ tischen Statoranordnung, das Rohr 82 und durch den Spalt zwischen der Endfläche 84 der magnetischen Statoran­ ordnung 8 und der Endfläche des Flachankers 10. Dieser Ma­ gnetfluß geht durch den Flachanker 10 hindurch und auch durch die dünne Platte 12, die einen hohen magnetischen Widerstand hat. Schließlich geht der Magnetfluß durch die Endfläche 22 des Schulterteils 23 des magnetischen Gehäuses 2 und den Gehäusekörper 24, so daß sich auf diese Weise der Magnet­ flußkreis schließt.

Jetzt wird der Flachanker 10 durch die Endfläche 84 der ma­ gnetischen Statoranordnung 8 und die Endfläche 22 des Schul­ terteils 23 des magnetischen Gehäuses 2 angezogen. Je größer der Strom wird, um so stärker wird die anziehende Magnet­ kraft, bis die Kraft der Feder 1 mit der der Flachanker 10 belastet ist,und der statische Kraftstoffdruck überwunden werden. In diesem Augenblick beginnt sich die Kugelven­ tilanordnung 10, 11 zu bewegen, und die Halbkugel 11 hebt sich dadurch von dem Ventilsitz ab, und der unter Druck stehende Kraftstoff fließt aus dem Spalt, welcher zwischen der Halbkugel 11 und der Endfläche 31 der konischen Aus­ nehmung 32 des Ventilsitzteils 3 ausgebildet wird, nach außen und wird schließlich aus dem kleinen Loch 34 oder den kleinen Löchern 34 in der Mitte des Ventilsitzteils 3 in­ jiziert. Nachdem die Kugelventilanordnung 10, 11 angezogen und vom Ventilsitzteil 3 abgehoben ist, wird der Flachanker 10 auf der dünnen Platte 12, welche den hohen magnetischen Widerstand hat, positioniert. Dann ist der Kraftstoffinjek­ tor in einem vollständig geöffneten Zustand, wie in Fig. 3B gezeigt ist, wobei die Entfernung, um welche sich die Kugel­ ventilanordnung 10, 11 bewegt (diese Entfernung wird hier als Abhebung L bezeichnet), wie in Fig. 3A gezeigt, auf diese Weise den Spalt zwischen der Endfläche 101 des Flach­ ankers 10 und der dünnen Platte 12 in geschlossenem Zustand bestimmt. Im vollständig geöffneten Zustand ergibt sich eine Kraftstoffinjektionsströmungsrate (cm³/min) von , wobei folgendes gilt:

∝ · wΔP

und worin A die Querschnittsfläche des Injektionslochs oder der Injektionslöcher und ΔP der Injektionsdruck sind.

Daher wird durch die Größe des Injektionslochs 122 oder der Injektionslöcher 122 bestimmt. Nachdem der Kraftstoff­ injektor geöffnet hat, wird, wenn der eingegebene Stromim­ puls weiter aufrechterhalten wird, die Kugelventilanordnung 10, 11 in dem vollständig geöffneten Zustand gehalten, und das Injektionsvolumen V ergibt sich aus der Beziehung V = · Δt, wobei Δt die Dauer des Fortbestehens des ge­ öffneten Zustands repräsentiert, so daß das Injektionsvolumen V durch die Dauer des eingegebenen Stromimpulses bestimmt wird. Sobald dagegen der Stromimpuls zuende ist und die magnetische Anziehungskraft allmählich verschwindet, drückt die Feder 1 die Kugelventilanordnung 10, 11 zurück auf das Ventilsitzteil 3, und die Kraftstoffinjektion hört auf.

Um zu verhindern, daß die Restmagnetkraft zu groß wird, das heißt so groß, daß sie ein schnelles Zurückdrücken der Ku­ gelventilanordnung 10, 11 auf das Ventilsitzteil 3 verhin­ dert, ist die Endfläche 22 des Schulterteils 23 des magne­ tischen Gehäuses 1 mit der Schicht aus der dünnen Platte 12, die einen hohen magnetischen Widerstand bzw. einen hohen Wider­ stand gegen Magnetfluß hat bedeckt. Wenn der Flachanker 10 vollständig angezogen ist, bildet diese dünne Platte 12 einen isolierenden Spalt zwischen der Endfläche 101 des Flachankers 10 und der Endfläche 22 des Schulterteils 23. Wenn der eingegebene Stromimpuls einmal zuende gegangen ist, reduziert dieser isolierende Spalt die Restmagnetkraft des Magnetflusses, so daß die Kugelventilanordnung 10, 11 aufgrund des Wirkens der Federkraft der Feder 1 schnell auf den Ventilsitz zurückgedrückt wird, um die Kraftstoffinjek­ tion zu beenden.

Wie oben erwähnt, wird die Kugelventilanordnung, wenn der Stromimpuls eingegeben wird, um eine gewisse Dauer verzö­ gert, bevor sie sich in die vollständig geöffnete Position zu verschieben beginnt, und diese Verzögerungsdauer sei hier als Öffnungsverzögerung T1 bezeichnet. Andererseits wird die Kugelventilanordnung, wenn der Strom zuendegegangen ist, durch die Restmagnetkraft um eine gewisse Dauer verzögert, bevor sie beginnt, sich in die vollständig geschlossene Po­ sition zu bewegen, und diese Verzögerungsdauer sei hier als Schließverzögerung T2 bezeichnet. Unter der Wirkung der gleichen Belastungskraft der Feder könnte es dazu kommen, daß die Öffnungsverzögerung T1 und die Schließverzögerung T2 für die Kugelventilanordnung von verschiedenen Kraftstoffin­ jektoren in ihren Kenndaten variiert werden, und zwar her­ vorgerufen durch Fehler bzw. Toleranzen, die während des Verarbeitens und Herstellens verursacht werden, so daß dadurch die Kraftstoffinjektion q (cm³/Zeit) variiert werden würde. Jedoch ist es bei der Ausbildung der magnetischen Statoranordnung in dem Kraftstoffinjektor nach der Erfindung möglich, die Federkraft auf die Kugelventilanordnung zu verändern, so daß dadurch die Variationen bzw. Abweichungen der Kugelventilanordnungen in der Öffnungsverzögerung T1 und in der Schließverzögerung T2 korrigiert werden, die sich aus Toleranzen und Fehlern ergeben, welche während des Bearbeitens und Herstellens verursacht werden, so daß infolgedessen die hergestellten Kraftstoffinjektoren so abgeglichen werden können, daß die Kugelventilanordnung eines jeden Kraftstoffinjektors unter der Wirkung eines Stromimpulses der gleichen Dauer in gleicher Weise innerhalb eines Zyklus geöffnet, vollständig geöffnet gehalten und geschlossen wird. Das Injektionsvolumen q kann hierbei noch mit einer gewissen Genauigkeit aufrechterhalten werden, wie beispielsweise mit einer Genauigkeit von ± 3%.

Es sei nun auf die Fig. 3A und 3B Bezug genommen, aus denen ersichtlich ist, daß der injizierte Kraftstoff, da die Mitte des Ventilsitzteils 3 ein einziges bzw. einzelnes Loch 34 ist, in einem einzigen Injektionsbündel mit einem kleinen Sprühwinkel auftritt. Um nun ein größeres Sprühmuster zu erhalten, kann die Ausbildung des Ventilsitzteils 3 bzw. der Ventilanordnung einen Aufbau aus einer Kugelventilanordnung und einem Ventilsitzteil annehmen, die in Fig. 4 gezeigt ist. Der mittige Teil des Ventilsitzteils ist hier ein Senkloch 35 in Gestalt einer Kugelschale. Außerdem sind in dem Ventilsitzteil mehrere schräge Löcher 36 gebohrt, die vorzugsweise gleichmäßig verteilt sind und vorzugsweise gleichen Durchmesser haben, und diese Löcher 36 verlaufen von dem Senkloch 35 zu einem mittigen Austrittsloch 45. Auf diese Weise sind die Austrittsenden dieser schrägen Löcher 36 in dem mittigen Austrittsloch 45 des fixierenden Schraubenblocks 4 ausgebildet. Daher werden, sobald der Kraftstoff durch die verschiedenen schrägen Löcher 36 strömt, mehrere kleine Injektionsbündel mit horizontaler Strömungsverteilung erzeugt. Diese verschiedenen kleinen Injektionsbündel werden in dem mittigen Austrittsloch 45 des festgezogenen Schraubenblocks 4 gemischt und bilden schließlich ein gemischtes Injektionsbündel mit Wirbelstromcharakteristik, die aus dem mittigen Austrittsloch 45 heraus injiziert werden. Der injizierte Sprühstrahl hat einen großen Sprühwinkel und ist vom Wirbelstrom- bzw. Wirbeltyp, und der Sprühwinkel wird durch die Bohrschiefe der verschiedenen schrägen Löcher bestimmt.

Aufgrund der obigen Beschreibung können wesentliche Merkmale und Vorteile des hier vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors insbesondere wie folgt angegeben werden:
Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, ermöglicht es der Zusam­ menbau bzw. das Zusammenpassen zwischen der Kugelventil­ anordnung 10, 11 und dem Ventilsitz 3, daß die Kugelventil­ anordnung 10, 11 während des Vorgangs des Öffnens und Schließens in einem schwimmenden Zustand ist. Wenn sie in den vollständig geöffneten Zustand angezogen wird, wird der Flachanker 10 auf der dünnen Platte 12 hoher magnetischer Widerstandsfähigkeit fixiert. Wenn dagegen die Magnetkraft verschwindet und die Halbkugel 11 schließt, wird sie automatisch auf der Endfläche 31 der konischen Ausnehmung 32 des Ventilsitzes 3 schließlich fixiert, so daß sie eine Abdichtung für den Kraftstoff bildet. Basierend auf dem Prinzip der schwimmenden Kugelventilanordnung 10, 11 ist es nicht erforderlich, daß die Kugelventilanordnung 10, 11 ziemlich präzise mit dem Ventilsitz 3 zusammenpaßt, und der Prozeß des Herstellens der Kugelventilanordnung 10, 11 (ein­ schließlich des Flachankers 10 und der Halbkugel 11), des Ventilsitzes 3 und des fixierten Lochs 21 des Gehäuses kann mit nur allgemeiner bzw. üblicher Ver- und Bearbeitungsaus­ rüstung erfolgen. Durch die Erfindung werden Produktions­ kosten tatsächlich in großem Ausmaß im Verhältnis zu den Produktionskosten eines konventionellen Kraftstoffinjektors mit Nadelventil und Ventilsitz minimalisiert. Außerdem ist es, da die Position des Federeinstellrohrs 9 in der magneti­ schen Statoranordnung 8 verändert werden kann, so, daß eine Änderung der Kraft erzielt werden kann, die von der Feder 1 auf den Flachanker 10 ausgeübt wird. Daher kann man Variationen in der Verzögerung des Öffnens und Schließens der Kugelventilanordnung 10, 11 korrigieren, die aus Toleranzen oder Fehlern entstehen, welche während der Be- und Verarbeitung verursacht werden, so daß infolgedessen die Kugelventilanordnung des Kraftstoffinjektors eine gewisse bzw. vorbestimmte Genauigkeit der Injektion pro Zyklus, die sich durch den Prozeß des Öffnens, des Vollgeöffnetbleibens und des vollständigen Schließens unter der Wirkung der Dauer des gleichen Stromimpulses ergibt, hat, indem sie auf eine solche gewisse bzw. vorbestimmte Genauigkeit trotz der Produktionstoleranzen abgeglichen werden kann.

Claims (4)

1. Kraftstoffinjektor für einen Benzinmotor, umfassend:

• (a) ein Gehäuse (2) mit einem vorderen Ende, einem rück­ wärtigen Ende, einem mittigen Loch, welches das vordere und rückwärtige Ende verbindet, und einem Schulterteil (23), der innerhalb des zentralen Lochs zwischen dem vorderen und rückwärtigen Ende angeordnet ist, wobei sich das rückwärtige Ende in Verbindung mit einer Zu­ führung für unter Druck stehenden Kraftstoff befindet;
• (b) eine Magnetspulenanordnung (5, 6, 7), die innerhalb des mittigen Lochs des Gehäuses (2) am rückwärtigen Ende des Gehäuses (2) angeordnet ist, wobei die Magnetspule (5) ein mittiges Loch aufweist, das koaxial zu dem mit­ tigen Loch des Gehäuses (2) angeordnet ist;
• (c) eine magnetische Statoranordnung (8), die innerhalb des mittigen Lochs der Magnetspulenanordnung (5, 6, 7) an­ geordnet ist;
• (d) ein Ventilsitzteil (3), das eine konische Ausnehmung (32) in der Rückseite hat, die zu einer Einspritzdüse (122) führt, welche durch den mittigen Teil des Ven­ tilsitzteils (3) verläuft, wobei das Ventilsitzteil (3) innerhalb des mittigen Lochs des Gehäuses (2) und am vorderen Ende des Gehäuses (2) angeordnet und am Gehäuse (2) befestigt ist;
• (e) eine Kugelventilanordnung (10, 11), die ein Kugelteil am vorderen Ende und einen Flachanker (10) am rück­ wärtigen Ende hat;
• (f) eine nicht-magnetische Platte (12), die zwischen den Schulterteil des Gehäuses (2) und das Ventilsitzteil (3) zwischengefügt ist;
• (g) eine Federeinrichtung (1, 9), welche die Kugelventilan­ ordnung (10, 11) gegen das Ventilsitzteil (3) vor­ spannt, so daß das Kugelteil (11) normalerweise in einem Schließzustand gegen die konische Ausnehmung (32) des Ventilsitzteils (3) anliegt;
• (h) wobei die Kugelventilanordnung (10, 11) in Ansprechung auf die Erregung der Magnetspulenanordnung (5, 6, 7) in eine Öffnungsposition bewegbar ist, so daß der unter Druck stehende Kraftstoff von dem rückwärtigen Ende des Gehäuses (2) vorbei an der Kugelventilanordnung (10, 11) durch die konische Ausnehmung (32) des Ventilsitz­ teils (3) und durch die Einspritzdüse (122) fließt;
  dadurch gekennzeichnet, daß
• (1) das Kugelteil eine Halbkugel (11) ist;
• (2) das Gehäuse (2) ein aus weichmagnetischem Material aus­ gebildetes magnetisches Gehäuse (2) ist;
• (3) die konische Ausnehmung (32) in einem Hohlraum in der konkaven Rückseite des Ventilsitzteils (3) vorgesehen ist;
• (4) die Rückseite des Ventilsitzteils (3) straff gegen den Schulterteil (23) des Gehäuses (2) mittels eines Schraubenblocks (4) befestigt ist; und
• (5) die Halbkugel (11) innerhalb des in dem Ventilsitzteil (3) ausgebildeten Hohlraums angeordnet ist.

2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Federeinrichtung (1, 9) ein Federeinstellrohr (9) umfaßt, das innerhalb eines zentra­ len Lochs der magnetischen Statoranordnung (8) angeordnet ist und dessen unteres Ende mit einer Feder (1) verbunden ist, während das untere Ende der Feder (1) gegen den Flach­ anker (10) anliegt.

3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachanker (10) aus einem weichmagnetischen Material und die Halbkugel (11) aus einem harten Material hergestellt ist, wobei die Halbkugel (11) am vorderen Ende eine gekrümmte Oberfläche hat und am rückwärtigen Ende mit einem zylindrischen Zapfen (110) ver­ sehen ist, wobei der zylindrische Zapfen (110) eng in ein mittiges Loch paßt, das in dem Flachanker (10) ausgebildet ist, und so vorgesehen ist, daß er in das innere Loch der als Druckfeder vorgesehenen Feder (1) paßt.

4. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachanker (10) und die Halbkugel (11) als einstückiger Körper ausge­ bildet sind, wobei der Flachanker (10) einen konkaven Druck­ federsitz auf seinem rückwärtigen Ende hat, durch welchen die Feder (1) an Ort und Stelle gehalten wird.