DE4038142C1 - Fuel injection valve for IC-engine - has spring loaded valve closure with magnetic actuator and throttled duct - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Ein­ spritzventil für Brennkraftmaschinen nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Einspritzventil ist beispielsweise aus der ′Technische Unterrichtung, L-Jetronic, VDT- U 3/3 DE′ der Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart 1, Deutschland bekannt.

Derartige Einspritzventile spritzen den Brennstoff in die Einzelsaugrohre der Zylinder vor die Einlaß­ ventile der Brennkraftmaschine. Sie stehen unter geregeltem Brennstoffdruck. Es heißt in der Druck­ schrift: ′Die Einspritzventile werden elektromagne­ tisch betätigt und durch elektrische Impulse vom Steuergerät geöffnet und geschlossen. Der Ventil­ körper enthält die Magnetwicklung und die Führung für die Düsennadel. Bei stromloser Magnetwicklung wird die Düsennadel durch eine Schraubenfeder auf ihren Dichtsitz am Ventilauslaß gedrückt. Wird der Magnet erregt, so wird die Düsennadel um etwa 0,1 mm vom Sitz abgehoben und der Kraftstoff kann durch einen kalibrierten Ringspalt austreten. Das vordere Ende der Düsennadel enthält zur Zerstäubung des Kraftstoffes einen Spritzzapfen mit Anschliff. An­ zugs- und Abfallzeit des Ventils liegen im Bereich von 1 bis 1,5 ms.′ Aus der JP 1-1 38 366 (A) Abstract liegt ein ähnliches Einspritzventil vor, bei dem die Durchströmkalibrierung durch einen stromauf des Magnetventilsitzes angeordneten Dros­ selabschnitt erfolgt. Es handelt sich somit um hochpräzise Bauteile, die durch die bei Motorbe­ trieb auftretenden Belastungen durch Hitze, Abgas, Brennstoffzusätzen etc. in ihrer Funktion gestört werden können.

Eine häufige Fehlerursache besteht darin, daß am in die Einzelsaugrohre hineinragenden Teil der Ein­ spritzventile Ablagerungen von Brennstoffzusätzen oder sogar Abgasbestandteilen, die über das nahe­ liegende Einlaßventil in die Einzelsaugrohre durch­ schlagen, entstehen. Diese führen über einen länge­ ren Zeitraum zu einer Veränderung der Kalibrierung des Einspritzventils insgesamt, auch bei Kalibrie­ rung über einen Drosselabschnitt, da sich die Druckabfälle an den einzelnen Durchflußwiderständen des Einspritzventils, an der vom Brennstoff durch­ strömten Elektromagneteinrichtung, dem aus Ventil­ sitz und Ventilschließkörper gebildeten Kalibrier­ spalt und der Zerstäubungseinrichtung verändern. Dies führt zu Brennstoffzumeßfehlern für einzelne Zylinder (Gleichverteilungsfehler), womit gestörter Motorlauf, verminderte Leistungsabgabe und erhöhter Schadstoffausstoß eintreten kann.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Ein­ spritzventil der angegebenen Art derart zu gestal­ ten, daß über die Lebensdauer des Einspritzventils eine hohe Konstanz der zugemessenen Brennstoffmenge trotz veränderter Druckabfälle im Ventil durch Ab­ lagerungen an dem in das Einzelsaugrohr hineinra­ genden Teil erreichbar wird.

Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst worden. Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes nach Anspruch 1 sind mit den Merkmalen der Unteransprü­ che angegeben.

Mit der Erfindung erreichbare Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispie­ len angegeben, die in der Zeichnung dargestellt sind. Die Zeichnung zeigt:

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines elektromagne­ tischen Einspritzventils nach der Erfindung.

Fig. 2 bis 6 Einzelheiten alternativer Ausbildungen des Einspritzventils nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines elektro­ magnetischen Einspritzventils 1 mit einem Brenn­ stoffanschluß 2 einer Elektromagneteinrichtung 3 mit einer Magnetwicklung 4, einem Magnetanker 5 so­ wie einem Ventilschließkörper 6, der unter der Kraftwirkung einer Feder 7 gegen einen Ventilsitz 8 belastet ist und unter der Kraftwirkung der er­ regten Elektromagneteinrichtung 3 vom Ventilsitz 8 abhebt, so daß sich ein kalibrierter Spalt 9 er­ gibt, durch den Brennstoff durchtreten kann. Strom­ ab des Kalibrierspaltes 9 weist das Einspritzventil 1 eine Zerstäubungseinrichtung 10 auf, die von ei­ nem Spritzzapfen 11 mit Anschliff gebildet ist, je­ doch kann auch eine andere Ausführung verwendet werden. Die Elektromagneteinrichtung 3 weist einen Anschluß 12 für eine elektrische Leitung auf, die zu einem nicht dargestellten elektronischen Steuer­ gerät führt.

Erfindungsgemäß weist das dargestellte Einspritz­ ventil 1 im Brennstoffanschluß 2 ein Differenz­ druckregelventil 13 auf, das von einem im Anschluß­ kanal 14 angeordneten, unter der Kraftwirkung einer Feder 15 gegen einen Anschlag 16 liegenden Kolben 17 gebildet ist, der mit seinem Kolbenbund 18 ge­ genüber einem Ventilsitz 19 einen Drosselspalt 20 begrenzt. Im Kolbenboden ist ein Drosselabschnitt 21 angeordnet, der den Durchfluß des Brennstoffs drosselt. Stromab des Drosselspaltes 20 tritt der Brennstoff über eine oder mehrere Querbohrungen 22 in den Ventilkörper 23 ein und durchströmt die Elek­ tromagneteinrichtung 3, den Kalibrierspalt 9 und die Zerstäubungseinrichtung 10 in üblicher Weise.

Fig. 2 zeigt das Einspritzventil nach Fig. 1, wobei jedoch der Drosselabschnitt 21 und das Differenz­ druckregelventil 13 zwischen der Elektromagnetein­ richtung 3 und dem Kalibrierspalt 9 des Ventil­ sitzes 8 und des -schließkörpers 6 angeordnet sind. Hierfür liegt der Kolben 17 des Differenzdruckre­ gelventils 13 in einem Kanalabschnitt 24, weist ebenfalls einen Drosselabschnitt 21 auf, durch den jedoch eine Ventilstange 25 ragt, die die Verbin­ dung zwischen Ventilschließkörper 6 und Magnetanker 5 herstellt und mit einem Bund 26 den Ventilsitz 19 bildet, der gegenüber dem Kolbenbund 18 den Dros­ selspalt 20 begrenzt. Der Kolben 17 liegt unter der Kraftwirkung der Feder 15 gegen einen Anschlag 27 der Ventilstange 25 an.

Fig. 3 und 4 zeigen ebenfalls Ausführungsbeispiele bei dem Drosselabschnitt 21 und Differenzdruckre­ gelventil 13 zwischen der Elektromagneteinrichtung 3 und dem Kalibrierspalt 9 angeordnet sind, jedoch ist der Kolben 17 mit Drosselabschnitt 21 in Fig. 3 in einem Parallelkanal 28 zu einem Kanal 29 an­ geordnet, durch den die Ventilstange 25 hindurch­ ragt. Die Ventilstange 25 verschließt hierbei je­ doch mit mindestens einem Bund 30 den Kanal 29 für den Brennstoffdurchfluß.

In Fig. 4 ist der Drosselabschnitt 21 gegenüber der Ausführung nach Fig. 3 in einem parallel zum Kolben 17 angeordneten Kanal 31 ausgebildet, der in einen Ringkanal 32 am Drosselspalt 20 bzw. Kolbenbund 18 einmündet.

Fig. 5 zeigt eine Ausführung, bei der der Drossel­ abschnitt 21 und das Differenzdruckregelventil 13 zwischen Kalibrierspalt 9 und Zerstäubungseinrich­ tung 10 angeordnet sind, wobei, ähnlich wie in Fig. 2, der Kolben 17 in einem Kanal 33 angeordnet ist und den Drosselabschnitt 21 aufweist, durch den die Ventilstange 25 ragt, die die Verbindung zwischen Ventilschließkörper 6 und dem Spritzzapfen der Zer­ stäubungseinrichtung 10 herstellt und mit einem Bund 34 ebenfalls den Ventilsitz 19 bildet, der gegenüber dem Kolbenbund 18 den Drosselspalt 20 be­ grenzt. Auch hier liegt der Kolben 17 unter der Kraftwirkung der Feder 15 gegen den Anschlag 16 des Ventilkörpers 23 an.

Fig. 6 zeigt eine Ausführung, bei der Drosselab­ schnitt 21 und das Differenzdruckregelventil 13 stromab des Kalibrierspaltes 9 angeordnet sind. Hierbei bildet der zwischen dem Kolbenbund 18 und dem Spritzzapfen 10 bestehende Drosselspalt 20 gleichzeitig einen Zerstäuberspalt für die Zerstäu­ bungseinrichtung 10.

Funktionsbeschreibung

Bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern ist für jedes Einzelsaugrohr bzw. jeden Zylinder ein Einspritzventil 1 vorgesehen, die einzeln ent­ sprechend der Zündfolge durch elektrische Impulse vom Steuergerät geöffnet und geschlossen werden.

Hierbei ist das in Fig. 1 dargestellte Einspritz­ ventil 1 mit dem Brennstoffanschluß 2 an ein Brenn­ stoffsystem angeschlossen, das unter geregelten Druck stehenden Brennstoff zur Verfügung stellt.

Wird die Elektromagneteinrichtung 3 erregt, dann wird der Magnetanker 5 und damit der Ventilschließ­ körper 6 gegen die Kraft der Feder 7 bewegt und der Kalibrierspalt 9 geöffnet, so daß Brennstoff das Einspritzventil 1 durchströmt.

Hierbei strömt der Brennstoff durch den Drosselab­ schnitt 21 im Kolbenboden und erzeugt an diesem einen Druckabfall. Sobald die auf den Kolbenboden wirkende Druckdifferenz die Kraft der Druckfeder 7 übersteigt, weicht der Kolben 17 in seiner axialen Stellung gegen die Kraft der Feder 7 aus und redu­ ziert den Drosselspalt 20 in dem Maße, daß sich eine Durchflußmenge einstellt, bei welcher die Druckdifferenz an dem Drosselabschnitt 21 im Gleichgewicht zur Kraft der Feder 7 steht.

Damit wird erreicht, daß im eingeregelten Zustand stets eine bestimmte Druckdifferenz am Drosselab­ schnitt 21 herrscht. Da der Durchsatz von der Quer­ schnittsfläche des Drosselabschnitts 21 und der Druckdifferenz am Drosselabschnitt 21 abhängig ist, ergibt sich ein gleichbleibender Brennstoffdurch­ satz, unabhängig von der Aufteilung der Druckab­ fälle am Einspritzventil 1. Da die Druckdifferenz am Drosselabschnitt 21 nur auf ca. 0,1 bar geregelt wird, verbleibt ein ausreichend hohes Druckgefälle am Kalibrierspalt 9 und an der Zerstäubungseinrich­ tung 10. Der Kalibrierspalt 9 wird im Neuzustand um das Maß überdimensioniert, wie in diesem über der Lebensdauer mit Ablagerungen gerechnet werden muß. Mit zunehmenden Ablagerungen im Kalibrierspalt 9 verlagert sich automatisch die im sauberen Zustand am Ventilsitz 19 herrschende Druckdifferenz auf die am Kalibrierspalt 9 herrschende Druckdifferenz.

Unabhängig von den Ablagerungen am einzelnen Ein­ spritzventil ist damit der Durchsatz über die Le­ bensdauer der Einspritzventile konstant.

Die alternativen Ausführungen nach Fig. 2 bis 6 er­ geben die gleiche Funktion wie die Ausführung nach Fig. 1, wobei sich jedoch im Betrieb für einzelne Ausführungen Vorteile ergeben können. Darüber hin­ aus zeigen die Ausführungen Möglichkeiten auf, wie z. B. eine konstengünstige Herstellung möglich ist.

Das erfindungsgemäße Einspritzventil eignet sich für den Einsatz bei Brennkraftmaschinen, die in Fahrzeuge eingesetzt werden.

Claims (6)

1. Elektromagnetisches Einspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem durch eine Feder auf einen Ventilsitz belasteten Ventilschließkörper, der unter der Kraftwirkung eines erregten Magnet­ feldes vom Ventilsitz abhebt, so daß der unter Druck stehende Brennstoff durch einen Spalt austre­ ten kann, wobei der durch das Einspritzventil durchtretende Brennstoff durch einen kalibrierten Drosselabschnitt gedrosselt wird und ggf. in einer nachfolgenden Zerstäubungseinrichtung zerstäubt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der am Drosselabschnitt (21) auftretende Druckabfall durch ein Differenzdruckregelventil (13) mit einem Kolben (17) geregelt wird, wobei der Kolben mit seinem Kolbenbund (18) den Drosselspalt (20) des Differenzdruckventils (13) begrenzt.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselabschnitt (21) und das Differenzdruckregelventil (13) stromauf des aus Ventilsitz (8) und -schließkörper (6) gebildeten Spaltes (9), jedoch stromab der vom Brennstoff durchströmten Elektromagneteinrichtung (3) angeord­ net sind.

3. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselabschnitt (21) und das Differenzdruckregelventil (13) stromab des aus Ventilsitz (8) und -schließkörper (6) gebildeten Spaltes (9), jedoch stromauf einer nachfolgenden Zerstäubungseinrichtung (10) angeordnet sind.

4. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselabschnitt (21) und das Differenzdruckregelventil (13) stromab des Spaltes (9) angeordnet sind und der Drosselspalt des Differenzdruckregelventils (20) als Zerstäu­ bungseinrichtung (10) wirkt.

5. Einspritzventil nach einem der vorstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselabschnitt (21) in einem Kolbenboden des Kol­ bens (17) angeordnet ist.

6. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselab­ schnitt (21) in einem parallel zum Differenzdruck­ regelventil (13) bestehenden Kanal (28) angeordnet ist, der in einen Ringkanal (32) um den Drossel­ spalt (20) bzw. des Kolbenbundes (18) des Diffe­ renzdruckregelventils (13) einmündet.