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Die
Erfindung geht aus von einem elektomagnetisch betätigbaren
Einspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruches. Aus der US-PS
4 934 605 ist schon ein elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil bekannt,
das eine Ventilnadel hat, welche durch einen mit ihr verbundenen
Anker bei Erregung einer Magnetspule gegen einen Kern gezogen wird,
so daß die
Ventilnadel mit einem an ihr ausgebildeten Dichtsitz von einer an
einem Düsenkörper ausgebildeten
konischen Ventilsitzfläche
abhebt. Die Ventilnadel weist einen sich in Strömungsrichtung an einen Zylinderabschnitt
anschließenden
Endkonus auf, der seinerseits in einen wiederum zylindrischen Endzapfen übergeht.
Der Dichtsitz ist als Rundung am Übergang zwischen dem Zylinderabschnitt
und dem Endkonus ausgebildet. Die Kontur der Rundung folgt einer äußeren Mantelfläche eines
gedachten Torus mit einer Ventilnadellängsachse als Mittelpunkt.
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Die
Zumessung des Brennstoffes erfolgt in Abspritzöffnungen, die in einer Lochplatte
angeordnet sind, die eine stromabwärtige Endöffnung des Düsenkörpers überdeckt.
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Der
beim Öffnen
des Einspritzventils frei werdende enge Ringspalt zwischen Ventilnadel
und Ventilsitzfläche
führt zu
hohen Strömungsgeschwindigkeiten
des Brennstoffes. Die im Ringspalt auf Grund der Viskosität des Brennstoffes
auftretenden Strömungsverluste
hängen
linear von der Strömungsgeschwindigkeit
ab, so daß eine
hohe Strömungsgeschwindigkeit
im Ringspalt zu hohem Druckverlust der Brennstoffströmung führt.
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Durch
die Geometrie der Ventilnadel ist der Impulsflußvektor der Brennstoffströmung auf
dem gesamten Weg zwischen dem Ringspalt und den Abspritzöffnungen
stark in Richtung der Abspritzöffnungen
orientiert, wodurch eine Anisotropie bezüglich der Mengenteilung der
aus den einzelnen Abspritzöffnungen
abgespritzten Brennstoffmenge entsteht.
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Zur
Aufnahmen von Kennlinien sowie zur Erprobung des Betriebsverhaltens
werden am Einspritzventil Versuche mit Ersatzfluiden für handelsüblichen
Brennstoff durchgeführt.
Um von diesen Modellversuchen ausgehend Aussagen für das Einspritzventil
treffen zu können
muß die
hydraulische Änlichkeit
trotz unterschiedlicher Stoffkennwerte, z.B. der Viskosität des Ersatzfluides,
gewährleistet bleiben.
Die Orientierung des Impulsflußvektors
der Brennstoffströmung
in Richtung der Abspritzöffnungen
auf dem Weg zwischen dem Ringspalt und den Abspritzöffnungen
erschwert die Einhaltung der hydraulischen Ähnlichkeit bei Verwendung von
Ersatzfluiden.
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Aus
den Dokumenten
DE 38
41 142 A1 ,
DE 31
16 954 A1 ,
DE
39 39 093 A1 ,
FR
2 436 887 A und
DE
41 23 692 A1 sind jeweils bereits elektromagnetisch betätigte Brennstoffeinspritzventile
für Brennstoffeinspritzanlagen
bekannt, die sich dadurch auszeichnen, dass sie ein in Richtung
einer Ventillängsachse
betätigbares
kugelförmiges
Ventilschließteil besitzen,
das mit einer konisch sich verjüngenden Ventilsitzfläche zusammenwirkend
einen Dichtsitz bildet und stromabwärts des Dichtsitzes eine Endfläche hat,
die einer Lochplatte, einer Spritzlochscheibe bzw. einem Spritzlochabschnitt
eines Ventilsitzkörpers
mit jeweils mehreren Abspritzöffnungen
zugewandt ist. Ausgehend vom Dichtsitz sind zwischen der Endfläche des
Ventilschließteils
und der Lochplatte bzw. dem Spritzlochabschnitt Strömungsquerschnitte
für die
Brennstoffströmung
gebildet, wobei die Strömungsquerschnitte
jeweils durch einen axialen Abstand in Richtung der Ventillängsachse
und einen Durchmesser gebildet sind und die Strömungsquerschnitte eine Reihe
von nacheinander durchströmten
Mantelflächen
darstellen. Bei diesen bekannten Brennstoffeinspritzventilen sind
die Strömungsquerschnitte
zwischen dem Dichtsitz und den Abspritzöffnungen so ausgelegt, dass
sie entweder zu den Abspritzöffnungen
hin deutlich abnehmen (
DE 38
41 142 A1 ,
1,
DE 31 16 954 A1 ,
DE 39 39 093 A1 ,
FR 2 436 887 A ,
DE 41 23 692 A1 )
oder zunehmen (
DE 38
41 142 A1 ,
3).
Ein konstanter Strömungsquerschnitt über den
durchströmten
Abschnitt stromaufwärts
der Abspritzöffnungen
entsprechend der Gleichung A = π D
H = konst. ist bei keiner der bekannten Lösungen gewünscht.
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Das
erfindungsgemäße, elektromagnetisch betätigbare
Einspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches
hat demgegenüber
den Vorteil, daß die
wenigstens eine Abspritzöffnung
im wesentlichen nur mit Druckenergie beaufschlagt ist. Dadurch wird,
für den
Fall, daß eine
Lochplatte mehrere Abspritzöffnungen
aufweist, eine
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gleichmäßige Verteilung
der von den einzelnen Abspritzöffnungen
abgegebenen Brennstoffmengen erreicht, so daß der vom Einspritzventil erzeugte
Spritzkegel eine symmetrische Form aufweist, und die damit verbundene
homogene Tröpfchenverteilung
eine gleichmäßige Verbrennung
des Gemisches im Brennraum einer Brennkraftmaschine gewährleistet.
Durch den parallel zur Lochplatte ausgerichteten Impulsflußvektor
der Strömung
entsteht eine starke Strömungsumlenkung
in die Abspritzöffnungen.
Dadurch kann eine einseitige Strömungsablösung in
den Abspritzöffnungen
erzeugt werden. Aus Versuchen hat sich ergeben, daß solche
Strömungsablösungen durchflußkontrollierend
wirken und somit die Streuung der Durchflußmenge zwischen verschiedenen
Einspritzventilen vermindert wird.
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So
wird durch einen von einem Ringspalt am Dichtsitz in Richtung der
Abspritzöffnungen
konstant gehaltenen Strömungsquerschnitt
eine Beschleunigung der Strömung
mit der Folge eines starken Druckabfalles verhindert. Durch eine
Vergrößerung des
axialen Abstandes zwischen der stromabwärtigen Endfläche des
Ventilschließteiles
und der Lochplatte mit abnehmender Entfernung zur Ventillängsachse
wird eine Verkleinerung des dazwischen liegenden Strömungsquerschnittes
vermieden. Damit erfolgt nahezu keine Strömungsbeschleunigung oder -verzögerung.
Fehlende Strömungsbeschleunigung reduziert
die geschwindigkeitsabhängigen
Strömungsverluste.
Fehlende Strömungsverzögerung reduziert
Strömungsinstabilitäten und
inhomogene Impulsverteilungen vor der Lochplatte.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Einspritzventils möglich.
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Durch
eine geeignete Wahl der Form einer Aussparung an einer stromabwärtigen Endfläche des Ventilschließteils bzw.
an einer dem Ventilschließteil zugewandten
Seite der Lochplatte ist eine gezielte Beeinflussung der Strömung möglich.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Einspritzventiles,
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2 eine
vergrößerte Darstellung
des ersten Ausführungsbeispieles
nach 1 in Teilansicht,
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3 eine
vergrößerte Darstellung
eines zweiten Ausführungsbeispieles
des Einspritzventils in Teilansicht,
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4 eine
vergrößerte Darstellung
eines dritten Ausführungsbeispieles
des Einspritzventils in Teilansicht.
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Das
in der Zeichnung beispielhaft dargestellte Einspritzventil für eine Brennstoffeinspritzanlage einer
gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine
hat ein Ventilgehäuse 1 aus
ferromagnetischem Material, in dem auf einem Spulenträger 2 eine
Magnetspule 3 angeordnet ist. Die Magnetspule 3 hat
eine Stromzuführung über einen Steckanschluß 4,
der in einen das Ventilgehäuse 1 teilweise
umgreifenden Kunststoffring 5 eingebettet ist.
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Der
Spulenträger 2 der
Magnetspule 3 sitzt in einem Spulenraum 6 des
Ventilgehäuses 1 auf
einem den Brennstoff zuführenden
Anschlußstutzen 7,
der teilweise in das Ventilgehäuse 1 ragt.
Das Ventilgehäuse 1 umschließt, dem
Anschlußstutzen 7 abgewandt,
teilweise einen Düsenkörper 9.
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Zwischen
einer Stirnfläche 11 des
Anschlußstutzens 7 und
einer zum genauen Einstellen des Ventils eine bestimmte Dicke aufweisenden
Anschlagplatte 12, die auf eine Innenschulter 13 des Ventilgehäuses 1 aufgesetzt
ist, befindet sich ein zylindrischer Anker 14. Der Anker 14 besteht
aus einem nicht korrosionsanfälligen,
magnetischen Mate rial und befindet sich mit geringem radialen Abstand
zu einem magnetisch leitfähigen
Absatz des Ventilgehäuses 1,
auf diese Weise zwischen Anker 14 und Absatz einen ringförmigen Magnetspalt
bildend, koaxial im Ventilgehäuse 1.
Von seinen beiden Stirnflächen
aus ist der zylindrische Anker 14 mit einer ersten 15 und
einer zweiten koaxialen Sackbohrung 16 versehen, wobei
die zweite Sackbohrung 16 sich zum Düsenkörper 9 hin öffnet. Erste 15 und
zweite Sackbohrung 16 sind miteinander durch eine koaxiale Öffnung 17 verbunden.
Der Durchmesser der Öffnung 17 ist
kleiner als der Durchmesser der zweiten Sackbohrung 16.
Der dem Düsenkörper 9 zugewandte
Endabschnitt des Ankers 14 ist als Verformungsbereich 18 ausgeführt. Dieser
Verformungsbereich 18 hat die Aufgabe, durch Umgreifen
eines, einen Teil eines Ventilschließteiles 27 bildenden
und die zweite Sackbohrung 16 ausfüllenden Haltekörpers 28 den
Anker 14 mit dem Ventilschließteil 27 formschlüssig zu
verbinden. Das Umgreifen des Haltekörpers 28 durch den
Verformungsbereich 18 des Ankers 14 wird durch
Einpressen von Material des Verformungsbereichs 18 in am
Haltekörper 28 befindliche
Rillen 29 erreicht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Ventilschließteil 27 als
Ventilnadel ausgebildet.
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Am
Boden der ersten koaxialen Sackbohrung 15 liegt eine Druckfeder 30 mit
ihrem einen Ende an, welche andererseits an einem im Anschlußstutzen 7 durch
Verschrauben oder Verstemmen befestigten Rohreinsatz 31 anliegt.
Die Druckfeder 30 beaufschlagt den Anker 14 und
damit das Ventilschließteil 27 mit
einer vom Anschlußstutzen 7 abgewandten
Kraft.
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Das
Ventilschließteil 27 durchdringt
mit radialem Abstand eine Durchgangsbohrung 34 in der Anschlagplatte 12 und
wird in einer Führungsbohrung 35 des
Düsenkörpers 9 geführt. In
der Anschlagplatte 12 ist ein von der Durchgangsbohrung 34 zum
Umfang der Anschlagplatte 12 führender Schlitz 37 vorgesehen,
dessen lichte Weite größer ist
als der Durchmesser des Ventilschließteiles 27 in seinem von
der Anschlagplatte 12 umgebenen Bereich.
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Das
Ventilschließteil 27 hat
zwei Führungsabschnitte 39 und 40,
die dem Ventilschließteil 27 in der
Führungsbohrung 35 Führung geben
und einen Axialdurchgang für
den Brennstoff freilassen. Die Führungsabschnitte
sind beispielsweise als Vierkante ausgebildet. Die Führungsbohrung 35 geht
an ihrem stromabwärtigen
Ende in eine konisch ausgebildete Ventilsitzfläche 41 über. An
den stromabwärts liegenden
Führungsabschnitt 40 des
Ventilschließteiles 27 schließt sich
ein Zylinderabschnitt 44 geringeren Durchmessers an. Der
Zylinderabschnitt 44 endet, einer scheibenförmigen Lochplatte 46 zugewandt,
mit einer Endfläche 48.
Die Lochplatte 46 hat wenigstens eine, beispielsweise drei
Abspritzöffnungen 49,
durch die der Brennstoff stromabwärts der Ventilsitzfläche 41 abgespritzt
und zugemessen wird und ist in einen Absatz 54 des Düsenkörpers 9 eingepaßt und z.B.
durch Schweißen
oder Löten
fest mit diesem verbunden. Der Übergang
des Zylinderabschnittes 44 zur Endfläche 48 ist als Rundung 50 ausgeführt. Die
Rundung 50 des Ventilschließteiles 27 und die
Ventilsitzfläche 41 des
Düsenkörpers 9 bilden
einen Dichtsitz 50, 41. Bei stromdurchflossener Magnetspule 3 hebt
das Ventilschließteil 27 in
Richtung einer Ventillängsachse 53 von
der Ventilsitzfläche 41 ab
und gibt einen engen Ringspalt 55 zwischen der Ventilsitzfläche 41 und
der Rundung 50 des Ventilschließteiles 27 frei, durch
den der Brennstoff in Richtung der Abspritzöffnungen 49 strömt. Auf Grund
des geringen Querschnittes des Ringspaltes 55 wird der
Brennstoff dort stark beschleunigt.
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Ein
erfindungsgemäß stromaufwärts der
Abspritzöffnungen 49 liegender
und durch die Lochplatte 46 und die Endfläche 48 des
Ventilschließteiles 27 begrenzter
scheibenförmiger
Abspritzraum 58 ist im wesentlichen senkrecht zur Ventillängsachse 53 ausgerichtet.
Damit ergibt sich ein die Stärke
und die Richtung der Brennstoffströmung kennzeichnender Impulsflußvektor 60,
der eine parallel zur und konzentrisch um die Ventillängsachse 53 verlaufende gedachte
Mantelfläche 65 durchdringt,
die einen Durchmesser "D" und einen axialen
Abstand "H" zwischen Endfläche 48 und
Lochplatte 46 parallel zur Ventillängsachse 53 hat, und
im wesentlichen senkrecht auf die Ventillängsachse gerichtet ist. Die
Summe der Impulsvektoren in Richtung der Ventillängsachse 53 und damit
in Richtung der Abspritzöffnungen 49 ist
dagegen Null, so daß die
Abspritzöffnungen 44 fast
ausschließlich
durch Druckenergie beaufschlagt sind. Das Ausströmen des Brennstoffes aus den
Abspritzöffnungen 49 wird
in erster Näherung durch
die Druckdifferenz zwischen dem Abspritzraum 58 und dem
die Abspritzöffnungen 49 stromabwärts umgebenden
Außenraum
sowie die Geometrie der einzelnen Abspritzöffnungen 49 bestimmt.
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Der
Druck innerhalb des Abspritzraumes 58 ist eine weitgehend
ortsunabhängige
Größe, so daß an jeder
Abspritzöffnung 49 das
gleiche Druckgefälle herrscht
und jede Abspritzöffnung 49 eine
gleichgroße
Brennstoffmenge abgibt sowie der Spritzkegel eine gewünschte symmetrische
Form aufweist. Die Größe und Richtung
der Strahlaustrittsgeschwindigkeit wird erst in den einzelnen Abspritzöffnungen 49 bestimmt.
Eine bevorzugte Abgabe von Brennstoff durch eine einzelne Abspritzöffnung 49 ist
vermieden.
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Die
geeignete Gestaltung der Form sowohl der Endfläche 48 des Ventilschließteiles 27 als
auch der dem Ventilschließteil 27 zugewandten
Seite der Lochplatte 46 erlaubt eine gezielte Beeinflussung
der Brennstoffströmung
im Abspritzraum 58 ohne die Brennstoffströmung zu
beschleunigen. Durch eine Vergrößerung des
axialen Abstandes "H" zwischen der Endfläche 48 des
Ventilschließteiles 27 und
der Lochplatte 46 mit abnehmender Entfernung von der Ventillängsachse 53 wird
ausgehend von dem Ringspalt 55 am Dichtsitz 41, 50 eine
Verkleinerung des dazwischen liegenden Strömungsquerschnittes für den Brennstoff
vermieden. Im Idealfall wird so ein konstant verlaufender Strömungsquerschnitt
ohne Strömungsbeschleunigung
oder -verzögerung
erreicht. Die fehlende Strömungsbeschleunigung
reduziert die geschwindigkeitsabhängigen Strömungsverluste. Die fehlende
Strömungsverzögerung ver meidet
die damit verbundenen Strömungsinstabilitäten und
inhomogenen Impulsverteilungen stromaufwärts der Abspritzöffnungen 49.
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Die 2 zeigt
in Teildarstellung als erstes Ausführungsbeispiel eine vergrößerte Darstellung des
Bereiches um den Dichtsitz 41, 50 des Einspritzventiles
nach 1 mit einem Ventilschließteil 27, dessen Endfläche 48 von
der Rundung 50 ausgehend eine wannenförmige Aussparung 61 hat,
die zu einer Konstanthaltung des Strömungsquerschnittes der Brennstoffströmung im
Abspritzraum 58 zwischen der Endfläche 48 und der Lochplatte 46 mit den
oben genannten Eigenschaften führt.
Die dem Ventilschließteil 27 zugewandte
Seite der Lochplatte 46 ist eben ausgeführt.
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Die 3 zeigt
in Teildarstellung eine vergrößerte Darstellung
des Bereiches um den Dichtsitz 41, 50 des Einspritzventiles
gemäß eines
zweiten Ausführungsbeispieles
mit einer ebenen Endfläche 48 des
Ventilschließteiles 27 und
einer Lochplatte 46, die auf der dem Ventilschließteil 27 zugewandten Seite
eine wannenförmige
Aussparung 62 aufweist. Die wannenförmige Aussparung 62 ist
so ausgebildet, daß in
der oben beschriebenen Weise mit abnehmender Entfernung von der
Ventillängsachse
der Strömungsquerschnitt
für die
Brennstoffströmung
im Abspritzraum 58 konstant gehalten wird, so daß sich die
geschilderten vorteilhaften Eigenschaften ergeben.
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Eine
gegenüber
den beiden oben aufgeführten
Ausführungsbeispielen
verstärkte
Wirkung wird mit einem in 4 dargestellten
dritten Ausführungsbeispiel
erzielt. Sowohl die dem Ventilschließteil 27 zugewandte
Seite der Lochplatte 46 als auch die Endfläche 48 des
Ventilschließteiles 27 weisen
je eine wannenförmige
Aussparung 61, 62 auf. Die beiden Aussparungen 61, 62 liegen
einander gegenüber.
Durch eine geeignete Querschnittsgestaltung in den Aussparungen 61, 62 wird
erreicht, daß in
der oben geschilderten Weise ausgehend vom Ringspalt 55 am
Dichtsitz 41, 50 mit abnehmender Entfernung von
der Ventillängsachse 53 der
Strömungsquerschnitt
für die
Brennstoffströmung
konstant bleibt.