DE4137786C2 - Elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventil nach der Gattung des Patentanspruches.

Aus der US-PS 3,646,914 ist schon ein elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine bekannt, das eine in einer Bohrung einer Ventilendkappe eines Ventilgehäuses des Einspritzventils eingeschraubte, rohrförmige Hubeinstellhülse hat, die sowohl als Kern wie auch als Anschlag für ein mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilschließglied dient. Bei geöffnetem Einspritzventil liegt eine stromaufwärtige Stirnseite eines Ankers, der mit dem Ventilschließglied fest verbunden ist, an einer dem Anker zugewandten Stirnseite der Hubeinstellhülse an. Durch Verdrehen der Hubeinstellhülse ragt diese je nach Drehrichtung mehr oder weniger weit in das Einspritzventil hinein. Auf diese Art und Weise ist der Hub des Ventilschließgliedes einstellbar. Der Hub des Ventilschließgliedes wird durch Eindrehen der Hubeinstellhülse verkleinert. Umgekehrt vergrößert sich der Hub, wenn die Hubeinstellhülse weiter aus dem Einspritzventil herausgedreht wird. Durch die Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Hubes des Ventilschließglieds wird die statische Einspritzmenge des Einspritzventils vergrößert bzw. verkleinert.

Das Ventilschließglied ist von einer Rückstellfeder beaufschlagt, die sich an einer in die Hubeinstellhülse eingeschraubten Federeinstellhülse abstützt und das Ventilschließglied in Richtung des Ventilsitzes vorspannt. Die im erregten Zustand von der Magnetspule erzeugte Magnetkraft, die den Anker in Richtung der Magnetspule bewegt und das Ventilschließglied von dem Ventilsitz abhebt, wirkt der Kraft der Rückstellfeder entgegen. Durch ein Eindrehen der Federeinstellhülse in Richtung des Ventilschließgliedes wird die Vorspannung der Rückstellfeder erhöht, wodurch sich die Zeit, die bis zur vollständigen Öffnung des Einspritzventils vergeht, verlängert. Durch eine Veränderung der Vorspannung der Rückstellfeder wird die während des Öffnungs- bzw. Schließvorgangs abgespritzte dynamische Einspritzmenge eingestellt. Die Einstellung der statischen wie auch der dynamischen Einspritzmenge erfolgt unabhängig voneinander am vollständig montierten Einspritzventil.

Ist das Einspritzventil vollständig geöffnet, liegt die stromaufwärtige Stirnseite des Ankers an der dem Anker zugewandten Stirnseite des Kerns an. Bei einer folgenden Schließbewegung haftet der Anker in Folge Adhäsion und Restmagnetismus an der Stirnseite des Kerns, wodurch die Schließbewegung mit einer geringen Verzögerung beginnt. Dadurch, daß die Schließbewegung des Ventilschließglieds den Aktivierungssignalen eines elektronischen Steuergerätes nur mit Verzögerung folgt, weist das Brennstoff-Luft-Gemisch eine nicht optimale Zusammensetzung auf, die sich in erhöhten Emissionswerten, ungenügender Leistung und schlechten Laufeigenschaften der Brennkraftmaschine zeigt.

Aus der DE 31 48 978 A1 ist es bereits bekannt, eine Ventilnadel mit einem Ringanschlag zu versehen, der bei vollständig geöffnetem Einspritzmenge an einer Ringanschlagscheibe anliegt, wodurch eine Berührung zwischen Anker und Kern verhindert wird. Die statische Einspritzmenge läßt sich dabei nur im nicht montierten Zustand des Einspritzventiles durch Austausch der einen Ringanschlagscheibe gegen eine andere Ringanschlagscheibe mit abweichender Dicke ändern.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Einspritzventil derart zu verbessern, daß trotz der Möglichkeit der getrennten Einstellung von statischer und dynamischer Brennstoffeinspritzmenge am fertig montierten Einspritzventil bei vollständig geöffnetem Einspritzventil zwischen Anker und Kern ein schmaler Restluftspalt besteht.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches gelöst.

Dabei ergibt sich der Vorteil, daß ein Haften des Ankers an der Stirnseite des Kerns ausgeschlossen ist und das mit dem Anker fest verbundene Ventilschließglied den Aktivierungssignalen eines elektronischen Steuergerätes im wesentlichen verzögerungsfrei folgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Einspritzventil, Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnittes des Einspritzventils mit einem Anker und einer Hub- und einer Federeinstellhülse.

Das in Fig. 1 der Zeichnung beispielhaft dargestellte Einspritzventil einer Brennstoffeinspritzanlage einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine hat ein Ventilgehäuse 1, in dem auf einem Spulenträger 2 eine Magnetspule 3 angeordnet ist. Die Magnetspule 3 hat einen elektrischen Steckanschluß 4, der in einem das Ventilgehäuse 1 teilweise umgreifenden Kunststoffring 5 eingebettet ist. Der Spulenträger 2 der Magnetspule 3 sitzt in einem Spulenraum 6 des Ventilgehäuses 1 auf einem Kern 7, der als Teil einer den Brennstoff zuführenden Ventilendkappe 8 in das Ventilgehäuse 1 ragt. Die Ventilendkappe 8 ist mit einem Anschlußstutzen 9 an eine nicht dargestellte Brennstoffversorgungsleitung angeschlossen. Das Ventilgehäuse 1 umschließt, der Ventilendkappe 8 abgewandt, teilweise einen Düsenkörper 11.

Eine Ventilnadel 12 durchdringt mit radialem Abstand eine Führungs­ bohrung 13 im Düsenkörper 11. Die Führungsbohrung 13 geht an dem stromabwärtigen Ende in eine konische Ventilsitzfläche 14 über, die mit einem am stromabwärtigen Ende der Ventilnadel 12 ausgebildeten Konus 15 einen Dichtsitz 14, 15 bildet. Die konische Ventilsitz­ fläche 14 geht, einer Abspritzöffnung 19 zugewandt, in einen z. B. zylindrischen Düsenkörperkanal 20 über. Der Düsenkörperkanal 20 wird von einem dünnen Plättchen 21 überdeckt, das zwischen dem Düsenkör­ per 11 und einer Aufbereitungshülse 22, die z. B. auf den Düsenkörper 11 aufgeschraubt ist, eingespannt ist. Das Plättchen 21 weist wenig­ stens eine Zumeßbohrung 23 auf, die in einen Abspritzkanal 27 mün­ det, der auf der stromabwärtigen Seite in der Abspritzöffnung 19 en­ det.

Die Ventilnadel 12 hat beispielsweise zwei durch einen Distanzab­ schnitt 28 voneinander getrennte Führungsabschnitte 29, 30, die bei­ spielsweise als Vierkant ausgeführt sind. Die Kanten der Führungsab­ schnitte 29, 30 sind gerundet und bilden je Vierkant vier Führungs­ flächen 31, die an der Wandung der Führungsbohrung 13 zumindest teilweise anliegen. Der Radius der Führungsflächen 31 ist gering­ fügig kleiner als der Radius der Führungsbohrung 13, so daß die Ven­ tilnadel 12 weitgehend spielfrei und axial beweglich im Düsenkörper 11 angeordnet ist. Die vier Führungsflächen 31 jedes Vierkantes sind durch jeweils eine z. B. ebene Überströmfläche 35 voneinander ge­ trennt, die nicht an der Wandung der Führungsbohrung 13 anliegt. Durch den zwischen der Wandung der Führungsbohrung 13 und den vier Überströmflächen 35 des Vierkantes freibleibenden Querschnitt strömt der Brennstoff an dem jeweiligen Führungsabschnitt 29, 30 vorbei in Richtung der Abspritzöffnung 19.

Die Ventilnadel 12 endet an der dem Konus 15 abgewandten Seite mit einem z. B. rohrförmigen Befestigungsabschnitt 36, der zumindest teilweise in eine Aufnahmebohrung 37 eines Ankers 38 so eingepaßt ist, daß eine stromaufwärtige Stirnseite 41 des Befestigungsab­ schnittes 36 der Ventilnadel 12 innerhalb der Aufnahmebohrung 37 des Ankers 38 liegt und ein Teil 42 der Wandung der Aufnahmebohrung 37 nicht vom Befestigungsabschnitt 36 der Ventilnadel 12 überdeckt ist. Der Befestigungsabschnitt 36 der Ventilnadel 12 ist mit dem Anker 38 fest verbunden, z. B. verlötet oder verschweißt. Die Wandung des Be­ festigungsabschnittes 36 ist in einem Abschnitt 43 zwischen einer stromabwärtigen Stirnseite 44 des Ankers 38 und dem dem Anker 38 zu­ gewandten Führungsabschnitt 29 am Umfang mit wenigstens einer Brenn­ stoffaustrittsöffnung 46 versehen. Der Brennstoff tritt durch wenig­ stens eine an der stromaufwärtigen Stirnseite 41 des Befestigungsab­ schnitts 36 der Ventilnadel 12 gelegene Brennstoffeintrittsöffnung 47 in den Befestigungsabschnitt 36 der Ventilnadel 12 ein und folgt einer Zentralbohrung 48, die er durch die Brennstoffaustrittsöffnung 46 wieder verläßt. Über die Führungsabschnitte 29, 30 strömt der Brennstoff in Richtung der Abspritzöffnung 19.

Das Ventilgehäuse 1 weist eine zu der Führungsbohrung 13 des Düsen­ körpers 11 koaxiale Gehäusebohrung 49 auf, die der Anker 38 mit Spiel durchragt. Bei stromdurchflossener Magnetspule 3 wird der An­ ker 38 in Richtung einer stromabwärtigen Stirnfläche 51 des Kerns 7 gezogen. Der Konus 15 der fest mit dem Anker 38 verbundenen Ventil­ nadel 12 hebt von der Ventilsitzfläche 14 ab und gibt einen ring­ spaltartigen Querschnitt frei, durch den der unter Druck stehende Brennstoff in Richtung der Abspritzöffnung 19 strömt.

In einer zur Aufnahmebohrung 37 des Ankers 38 koaxialen Durchgangs­ bohrung 60 der Ventilendkappe 8 ist eine rohrförmige Hubeinstell­ hülse 61 so angeordnet, daß ein Überhang 62 der Hubeinstellhülse 61 aus dem stromabwärtigen Ende der Durchgangsbohrung 60 aus dem Kern 7 herausragt. Die Hubeinstellhülse 61 ist in die Durchgangsbohrung 60 z. B. eingepreßt, so daß sich die Einpreßtiefe der Hubeinstellhülse 61 in die Durchgangsbohrung 60 der Ventilendkappe 8 durch Verschie­ ben der Hubeinstellhülse 61 mit einer nicht dargestellten Einstell­ vorrichtung verändern läßt. Ein Verstellen der Einpreßtiefe durch die während des Betriebs wirkenden Kräfte wird durch die kraft­ schlüssige Verbindung der Hubeinstellhülse 61 mit der Durchgangsboh­ rung 60 verhindert. Der Überhang 62 der Hubeinstellhülse 61 hat ei­ nen geringfügig kleineren Durchmesser als die Aufnahmebohrung 37 des Ankers 38 und ragt auch bei vollständig geschlossenem Einspritzven­ til zumindest teilweise in den nicht vom Befestigungsabschnitt 36 der Ventilnadel 12 bedeckten Teil 42 der Aufnahmebohrung 37 hinein. Ist das Einspritzventil vollständig geöffnet, wie in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt, liegt eine dem Anker 38 zugewandte Stirnseite 64 der Hubeinstellhülse 61 an der stromaufwärtigen Stirnseite 41 des Befestigungsabschnittes 36 der Ventilnadel 12 an. Zwischen der dem Anker 38 zugewandten Stirnfläche 51 des Kerns 7 und einer stromauf­ wärtigen Stirnseite 65 des Ankers 38 besteht auch in vollständig ge­ öffnetem Zustand des Einspritzventils ein Restluftspalt, der in Fig. 2 der Zeichnung mit "A" bezeichnet ist. Dieser Restluftspalt "A" verhindert, daß der Anker 38 am Kern 7 haftet.

Bei einer Berührung von Anker 38 und Kern 7 würden magnetische Rest­ kräfte und Zusammenhangskräfte zwischen Anker 38 und Kern 7 ein Haf­ ten des Ankers 38 am Kern 7 hervorgerufen. Die dadurch verzögerte Schließbewegung der Ventilnadel 12 hätte zur Folge, daß die Schließ­ bewegung der Ventilnadel 12 nicht exakt den Aktivierungssignalen ei­ nes nicht dargestellten, z. B. elektronischen Steuergerätes folgen würde. Dadurch entspräche die vom Einspritzventil tatsächlich abge­ spritzte Brennstoffmenge nicht exakt derjenigen, der von der Brenn­ kraftmaschine angesaugten Luftmasse entsprechenden Brennstoffmenge. Das aus der Luft und dem abgespritzten Brennstoff gebildete Gemisch würde also nicht eine optimale Zusammensetzung aufweisen, was zu Leistungseinbußen, erhöhten Emissionswerten und verschlechterten Laufeigenschaften der Brennkraftmaschine führen würde.

Die Einpreßtiefe der Hubeinstellhülse 61 bestimmt den Hub der Ven­ tilnadel 12 und somit die statische Einspritzmenge des Einspritzven­ tils. Wird die Hubeinstellhülse 61 weiter in die Ventilendkappe 8 eingeführt, vergrößert sich der Überhang 62 der Hubeinstellhülse 61, der aus dem Kern 7 herausragt, und der Hub der Ventilnadel 12 ver­ kleinert sich. Der verkleinerte Hub der Ventilnadel 12 hat eine ver­ ringerte statische Einspritzmenge zur Folge.

Die Ventilnadel 12 wird von einer Rückstellfeder 66 beaufschlagt, die die Ventilnadel 12 in Richtung einer Schließstellung des Ein­ spritzventils vorspannt. Die Rückstellfeder 66 stützt sich einer­ seits an beispielsweise zwei sich kreuzenden Stegen 55, die die Brennstoffeintrittsöffnungen 47 des Befestigungsabschnittes 36 der Ventilnadel 12 trennen und andererseits an einer stromabwärtigen Stirnseite 67 einer rohrförmigen Federeinstellhülse 68 ab. Am Schnittpunkt der zwei Stege 55 ist ein Führungszapfen 56 ausgebil­ det, der das stromabwärtige Ende der Rückstellfeder 66 zentriert. Die Federeinstellhülse 68 ist koaxial in der Hubeinstellhülse 61 an­ geordnet, z. B. eingepreßt, so daß die Federeinstellhülse 68 unabhän­ gig von der Hubeinstellhülse 61 zur Einstellung der Federkraft der Rückstellfeder 66 mit einer nicht gezeigten Einstellvorrichtung ver­ schoben werden kann. Die kraftschlüssige Verbindung der Federein­ stellhülse 68 mit der Hubeinstellhülse 61 verhindert jedoch ein Ver­ stellen der Lage der Federeinstellhülse 68 durch die im Betrieb auf­ tretenden Kräfte. Der Brennstoff strömt vom Anschlußstutzen 9 der Ventilendkappe 8 durch einen Innenquerschnitt 69 der Federeinstell­ hülse 68 in Richtung der Abspritzöffnung 19.

Die Lage der Federeinstellhülse 68 relativ zu der stromaufwärtigen Stirnseite 41 des Befestigungsabschnittes 36 der Ventilnadel 12 be­ stimmt die Vorspannung der Rückstellfeder 66 und deren Kraft auf die. Ventilnadel 12. Die Öffnungsbewegung der Ventilnadel 12 wird maßgeb­ lich von der die Öffnungsbewegung bewirkenden Kraft der stromdurch­ flossenen Magnetspule 3 auf den Anker 38 und die entgegengesetzt wirkende Kraft der Rückstellfeder 66 bestimmt. Wird die Federkraft durch Verschieben der Federeinstellhülse 68 in Richtung der Stirn­ seite 41 der Ventilnadel 12 erhöht, verkleinert sich die Beschleuni­ gung der Öffnungsbewegung und erhöht sich die Beschleunigung der Schließbewegung mit der jeweils daraus resultierenden Vergrößerung bzw. Verkleinerung der dynamischen Einspritzmenge.

Nach dem Einstellen können die Hubeinstellhülse 61 und die Federein­ stellhülse 68 zusätzlich in ihrer Stellung fixiert werden, z. B. durch Verlöten, Verschweißen oder Verquetschen. Statische und dyna­ mische Einspritzmenge können mit Hilfe der Hubeinstellhülse 61 und der Federeinstellhülse 68 getrennt voneinander eingestellt werden. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Einspritzventils wird ver­ hindert, daß der Anker 38 den Kern 7 insbesondere bei vollständig geöffnetem Einspritzventil berührt und an diesem kurzzeitig haftet. Das Einspritzventil eignet sich insbesondere für Brennstoffein­ spritzanlagen gemischverdichtender, fremdgezündeter Brennkraft­ maschinen.

Claims (1)

1. Elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil für Brennkraftmaschi­ nen mit einem von einer Magnetspule umgebenen Kern, auf den ein An­ ker ausgerichtet ist, durch den ein mit einem festen Ventilsitz zu­ sammenwirkendes Ventilschließglied betätigbar ist, dessen Hub durch eine im Kern angeordnete Hubeinstellhülse einstellbar ist, und mit einer auf das Ventilschließglied wirkenden Rückstellfeder, deren Vorspannung durch eine in der Hubeinstellhülse angeordnete Federein­ stellhülse einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei voll­ ständig geöffnetem Einspritzventil, also bei an der Hubeinstellhülse (61) anliegendem Ventilschließglied (12), ein Restluftspalt "A" zwi­ schen einer Stirnseite (65) des Ankers (38) und einer Stirnfläche (51) des Kerns (7) besteht, der einen Kontakt des Ankers (38) mit dem Kern (7) verhindert.