DE4009236A1 - Elektromagnetisches einspritzventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Ein­ spritzventil zur Abgabe von Brennstoff in das Saugrohr einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Ein derartiges Einspritzventil ist beispielsweise Ge­ genstand der DE-A1 25 01 283 und soll dort durch Anord­ nung eines Zumeßventils und nachfolgender Anordnung ei­ ner Zerstäubungseinrichtung eine exakte Zumessung und gute Aufbereitung des Brennstoffs gewährleisten.

Zwar scheint dies für ein einziges Einspritzventil ge­ währleistet zu sein, aber schon bei der Verwendung mehrerer Einspritzventile tritt die sogenannte Exem­ plarstreuung auf, wodurch bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern ungleiche Brennstoffmengen in das Saugrohr eingespritzt werden und ungleiche Verbren­ nung mit der bekannten Folge Abgasvergiftung entstehen kann.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, das angegebene Einspritzventil so zu gestalten, daß Exemplarstreuungen ohne Auswirkung auf den Motorbe­ trieb bleiben bzw. überhaupt nicht auftreten können.

Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst worden.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildun­ gen des Gegenstandes nach Anspruch 1 angegeben.

Mit der Erfindung erzielbare Vorteile sind in der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung angegeben, das in der Zeichnung dargestellt ist.

Diese zeigt:

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Einspritzventils nach der Erfindung in Verbindung mit einem Brennstoffzuführ­ und -abführsystem;

Fig. 2 eine alternative Ausbildung des Einspritzventils nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt in geschnittener Ansicht ein elektromagne­ tisches Einspritzventil 1, bestehend aus einem Brenn­ stoffzumeßventil 2, das in einer mit einem Brennstoff­ zuführsystem 3 verbundenen Druckkammer 4 angeordnet ist und einen als Ventilglied 5 wirkenden Anker 6 aufweist, der durch ein Elektromagnetsystem 7 gegen Federkraft verstellt werden kann. An dem in ein Saugrohr einer Brennkraftmaschine hineinragenden Ende weist das Ein­ spritzventil 1 eine als Schnarrventil 8 ausgebildete Zerstäubungseinrichtung 9 auf. In einer zwischen Zumeß­ ventil 2 und Zerstäubungseinrichtung 9 bestehenden Lei­ tung 10 ist ein Brennstoffdurchflußmeßsystem 11 ange­ ordnet, das aus einem Meßzylinder 12 innerhalb der Lei­ tung 10 sowie einem Freikolben 13 gebildet ist, wobei die Bewegung des Freikolbens 13 durch ein Weger­ fassungssystem 14 erfaßt wird, das mit Laserstrahl, Ultraschall, Induktion oder Kapazität arbeitet und des­ sen Werte in einem der Brennkraftmaschine zugeordneten Steuergerät verarbeitet werden.

Der Anker 6 bzw. das Ventilglied 5 ist in einer Anker­ führung 15 aufgenommen und axial durchbohrt und ragt mit einem Ende in die Druckkammer 4 hinein und mit dem anderen Ende in eine Entlastungskammer 16, die (über Leitungen) mit einem Brennstoffabführsystem 17 verbun­ den ist, das in den Brennstofftank führt.

Das Ventilglied 5 weist einen federbelasteten Kragen 18 auf, so daß das Ventilglied 5 mit einer Stirnfläche 19 gegen einen Flachsitz 20 gedrückt wird und die Leitung 10 gegen die Entlastungskammer 16 abgedichtet ist.

Das in die Druckkammer 4 hineinragende Ende wirkt mit einer anderen Stirnfläche 21 mit einer Dichtfläche 22 eines Zapfens zusammen, wenn die Magnetkräfte wirken, wobei dabei eine federbelastete Ventilplatte 23 von ei­ nem weiteren Kragen 24 des Ventilgliedes 5 angehoben und ein Verbindungskanal 25 zur Druckkammer 4 geöffnet und der im Ventilglied 5 bestehende Kanal zur Druckkam­ mer 4 geschlossen wird.

Der Freikolben 13 teilt den Meßzylinder 12 in einen Meßzylinderabschnitt 26, der mit dem Verbindungskanal 25 und der Zerstäubungseinrichtung 8, 9 verbunden ist, und einen Meßzylinderabschnitt 27 auf, der entweder mit der Entlastungskammer 16 oder mit der Druckkammer 4 verbunden ist, je nachdem, welche von zwei möglichen Schaltstellungen das Ventilglied 5 eingenommen hat.

Der Freikolben 13 weist einen Bypaßkanal 28 mit einem Differenzdruckventil 29 auf. Die obere Totpunktlage des Freikolbens 13 ist durch einen Anschlagabsatz 30 defi­ niert. Der Verbindungskanal 25 weist einen Drosselab­ schnitt 31 auf.

Fig. 2 zeigt alternativ die Anordnung des Bypaßkanals in der Ventilwandung, wobei der Bypaßkanal 28′ in der zweiten Schaltstellung des Ventilgliedes 5 durch die Stirnfläche 19 des Ventilgliedes 5 gegenüber der Ent­ lastungskammer 16 verschlossen ist oder - gestrichelt dargestellt - in den Meßzylinderabschnitt 27 einmünden kann. Bei Öffnung des Bypaßkanals 28′ in den Meßzylin­ derabschnitt 26 hinein durch den Freikolben 13 wird der Freikolben 13 hydraulisch verriegelt, worauf in der nachfolgenden Funktionsbeschreibung noch eingegangen wird.

Funktionsbeschreibung

Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Einspritzventils 1 bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern ist jedes zu den Zylindern führende Saugrohr mit einem Ein­ spritzventil 1 ausgestattet, wodurch eine auf die Zünd­ folge bezogene sequentielle und selektive Einspritzung erreichbar ist, die durch das erwähnte elektronische Steuergerät nach vorgegebenem Programm gesteuert wird. Das Brennstoffzuführsystem 3 besteht aus einer Brenn­ stoffpumpe, einem Druckregler und einem Rücklaufkanal zum Brennstofftank (nicht dargestellt) und stellt in der Druckkammer 4 Brennstoff mit einem vorgegebenen Druck bereit.

Das elektronische Steuergerät gibt an die einzelnen Einspritzventile ein Steuersignal aus, mit dem das Elektromagnetsystem 7 beaufschlagt ist.

Bei der dargestellten Ausführung des Einspritzventils 1, es kommen auch weitere Ausführungen infrage, die im Rahmen der Erfindung liegen, erfolgt die Einspritzung in das Saugrohr immer dann, wenn das Elektromagnetsy­ stem 7 stromlos ist, wie in Fig. 1 dargestellt ist.

In dieser Phase sind der Verbindungskanal 25 und der Bypaßkanal 28 geschlossen und der Meßzylinderabschnitt 27 mit dem Druck des in der Druckkammer 4 befindlichen Brennstoffs beaufschlagt. Dieser Druck belastet den Freikolben 13, so daß dieser gegen den im Meßzylin­ derabschnitt 26 enthaltene Brennstoff drückt. Da dieser durch den geschlossenen Verbindungs- bzw. Bypaßkanal nicht abfließen kann, erhöht sich der Druck bis zu ei­ nem Wert, bei dem das Schnarrventil geöffnet wird. Ab diesem Zeitpunkt steigt der Druck in dem Meßzylinderab­ schnitt 26 nicht mehr an, so daß die in den Meßab­ schnitt 27 geförderte Brennstoffmenge zu keiner Druck­ erhöhung führt, sondern den Freikolben 13 aus seiner Ruhestellung in den Meßzylinderabschnitt 26 hinein­ schiebt.

Der Freikolben 13 ist vorteilhafterweise aus einem Werkstoff gleicher Dichte wie der des Brennstoffs her­ gestellt und verursacht während der Verstellung keine nennenswerten Leckagen, da keine Druckdifferenz zwi­ schen den Meßzylinderabschnitten 26, 27 bestehen kann. Die bei der Verstellung des Freikolbens 13 in den Meßzylinderabschnitt 26 geschobene Brennstoffmenge ent­ spricht dem Weg, den der Freikolben 13 ausführt.

Dieser Weg wird nun fortlaufend vom Wegerfassungssystem 14 festgestellt und als Signal dem Steuergerät zuge­ führt und in diesem ausgewertet, bis die vorbestimmte einzuspritzende Brennstoffmenge erreicht wird, worauf ein Signal an das Elektromagnetsystem 7 abgegeben wird.

Hierdurch wird der Anker 6 bzw. das Ventilglied 5 (ge­ mäß einer ersten Schaltstellung) gegen die Federkraft bewegt und mit der Stirnfläche 21 gegen die Dichtfläche 22 des Zapfens gedrückt, wobei gleichzeitig der Kragen 18 die Ventilplatte 23 anhebt und die Stirnfläche 19 des Ventilgliedes 5 den Flachsitz 20 freigegeben hat, so daß der Meßzylinderabschnitt 26 mit der Druckkammer 4 und der Meßzylinderabschnitt 27 mit der Entlastungs­ kammer 16 verbunden sind.

Mit Öffnung des Meßzylinderabschnittes 27 in die Ent­ lastungskammer 16, diese ist mit dem Brennstoffabführ­ system 17 verbunden, in dem ein geringerer Druck als in der Druckkammer 4 und Öffnungsdruck des Schnarrventils 8 herrscht, fällt schlagartig der Druck in diesem Ab­ schnitt 26, so daß das Schnarrventil 8 schließt. Aus der Druckkammer 4 wird nun über den geöffneten Verbin­ dungskanal 25 Brennstoff in den Abschnitt 26 gedrückt, so daß der Freikolben 13 belastet und gegen den mit der Entlastungskammer 16 verbundenen Abschnitt 27 bewegt wird, bis der Freikolben 13 gegen den Anschlagabsatz 30 anschlägt, wodurch seine Totstellung definiert ist. Durch den nun wieder ansteigenden Druck in Abschnitt 26 wird in dieser Totstellung das Differenzdruckventil 29 geöffnet, dessen Öffnungsdruck geringer als das des Schnarrventils 8 ist, so daß Brennstoff aus der Druck­ kammer 4 über den Bypaßkanal 28 im Freikolben 23 in die Entlastungskammer 16 strömen kann und das Einspritzven­ til 1 spült, wodurch warmer Brennstoff und Dampfblasen, die sich ggf. bilden, über das Brennstoffabführsystem 17 abgeführt werden können.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist der Bypaßkanal in der Ventilwandung angeordnet. Wird der Freikolben 13 durch den steigenden Druck belastet und bewegt, wird der Bypaßkanal 28′ geöffnet, wodurch der Druck schlagartig fällt und die Verstellung beendet wird, wo­ mit die Totpunktstellung erreicht und hydraulisch verriegelt ist. Da der Verbindungskanal 25 gegenüber dem Bypaßkanal 28′ durch den Drosselabschnitt 31 ge­ drosselt ist, stellt sich in beiden Ausführungen in dieser Phase ein Druck ein, der geringer ist als der Öffnungsdruck des Schnarrventils 8.

Wird nun nach Erreichen der Freikolben-Totpunktstellung das Elektromagnetsystem 7 durch ein Signal des Steuer­ gerätes abgeschaltet, wiederholt sich die Funktion ge­ mäß der zweiten Schaltstellung, wie oben beschrieben.

Vorteile der Erfindung

Mit dem erfindungsgemäßen Einspritzventil ist es mög­ lich geworden, die durch Sollvorgabe festgelegte Brenn­ stoffmenge durch Istwerterfassung der das Einspritzven­ til durchströmenden Einspritzmenge genau einzuhalten.

Bekannte Störfaktoren, die bisher großen Einfluß hat­ ten, Alterung, Verschleiß, Ablagerungen usw., haben nun keinen bzw. nur geringen Einfluß auf das Ein­ spritzverhalten. Bei der Verwendung mehrerer Einspritz­ ventile haben bisher auftretende Exemplarstreuungen ge­ ringen Einfluß und diese liegen nur noch im Rahmen des­ sen, was durch das Wegerfassungssystem verursacht wird. Durch Spülung des Einspritzventils in den Phasen ohne Einspritzung ist sichergestellt, daß Brennstofferwär­ mung mit Dampfblasenbildung bei Motorbetrieb nicht mehr auftreten kann. Der Einsatz des erfindungsgemäßen Ein­ spritzventils stellt einen störungsfreien, wirtschaft­ lichen und schadstoffarmen Betrieb einer Brennkraftma­ schine, zum Beispiel in Straßenfahrzeugen, sicher.

Claims (8)

1. Elektromagnetisches Einspritzventil zur Abgabe von Brennstoff in das Saugrohr einer Brennkraftmaschine, mit einem Brennstoffzumeßventil, das von einem Anker betätigt wird, der unter magnetischer Kraft gegen Federkraft bewegt wird, und einer als Schnarrventil ausgebildeten, in das Saugrohr hineinragenden Zerstäubungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Zumeßventil (2) und Zerstäubungseinrichtung (9) ein Durchflußmeßsystem (11) angeordnet ist, das aus einem Meßzylinder (10), einem Freikolben (13) und einem Freikolben-Wegerfassungssystem (14) besteht.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Brennstoffzumeßventil (2) eine erste Schaltstellung aufweist, bei der ein mit der Zerstäu­ bungseinrichtung (9) verbundener Meßzylinderabschnitt (26) einerseits des Freikolbens (13) mit einem Brennstoffzuführsystem (3) und ein andererseits des Freikolbens (13) bestehender Meßzylinderabschnitt (27) mit einem Brennstoffabführsystem (17) verbunden sind, und eine zweite Schaltstellung, bei der der letztge­ nannte Meßzylinderabschnitt (27) mit dem Brennstoffzu­ führsystem (3) und der andere Meßzylinderabschnitt (26) mit dem Brennstoffzuführsystem (3) nicht verbunden sind.

3. Einspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Brennstoffzumeßventil (2) ein vom Anker (6) betätigtes oder als Anker ausgebildetes Ventilglied (5) aufweist, das axial durchbohrt ist und mit einer Stirnfläche (21) mit einer Dichtfläche (22) zusammen­ wirkt und mit einem Kragen (24) auf eine Ventilplatte (23) eines Verbindungskanals (25) einwirkt und die Ver­ bindungen zwischen dem Brennstoffzuführsystem (3) und dem Meßzylinderabschnitt (26) kontrolliert und mit ei­ ner anderen Stirnfläche (19) mit einem Flachsitz (20) zusammenwirkt und die Verbindung zwischen einer mit dem Brennstoffabführsystem (17) verbundenen Entlastungskam­ mer (16) oder der Druckkammer (4) und dem Meßzylin­ derabschnitt (27) kontrolliert, wobei ein Bypaßkanal (28, 28′) zwischen den beiden Meßzylinderabschnitten (26, 27) besteht, der in der Freikolben-Totpunktlage bei bestehender Verbindung zwischen der Druckkammer (4) und dem Meßzylinderabschnitt (26), der mit der Zerstäubungseinrichtung verbunden ist, geöffnet wird.

4. Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bypaßkanal (28) im Freikolben (13) ange­ ordnet ist und ein Differenzdruckventil (29) aufweist, wobei die Totpunktlage durch einen Anschlagabsatz (30) definiert ist (mechanische Verriegelung).

5. Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bypaßkanal (2S′) in der Ventilwandung angeordnet ist und bei Öffnung durch den Freikolben (13) die Totpunktlage definiert (hydraulische Verriege­ lung).

6. Einspritzventil nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Verbindungskanal (25) gegenüber dem Bypaßkanal (28, 28′) gedrosselt ist.

9. Einspritzventil nach Anspruch 3, 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bypaßkanal (28′) in der zweiten Schaltstellung des Brennstoffzumeßventils (2) durch die Stirnfläche (19) des Ventilgliedes (5) verschlossen ist.

8. Einspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Freikolben-Weger­ fassungssystem (14) mit Laserstrahl, Ultraschall, In­ duktion oder Kapazität arbeitet.