DE60105382T2

DE60105382T2 - Brennstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60105382T2
Application number: DE60105382T
Authority: DE
Inventors: Mario Ricco; Adriano Gorgoglione
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2000-12-29
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: EP1219813A2; ITTO20001230A0; DE60105382D1; ATE275693T1; US6443132B1; US20020096581A1; EP1219813A3; EP1219813B1; ES2227051T3; ITTO20001230A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Treibstoffinjektor für einen Verbrennungsmotor, der einen Hohlkörper aufweist, der ein Treibstoffdosierungsventil unterbringt, und einen Träger, der mit dem Hohlkörper verbunden ist und der einen Elektromagneten unterbringt, der eine Armatur dieses Ventils steuert.
In der bekannten Technik (siehe EP 0 851 116 ) besitzt die Armatur eine Stange, die axial von einer festgelegten Führung in einem hohen Präzisionsmaß geführt wird, z.B. mit einem radialen Spiel von etwa 10 Mikrometern. Da die Stange die Masse der beweglichen Armaturbaugruppe vergrößert, wurde zur Reduzierung der Reaktionszeit des Elektromagneten vorgeschlagen, die Armatur axial von der Stange zu trennen. Um die Stange mit der Armatur zu verbinden, hat die Armatur bei bekannten Injektoren eine integrierte Führungsbuchse und die Stange eine Nut, in die ein C-förmiges Halteelement eingreift, das in einer Vertiefung der Armatur gegenüber der Buchse untergebracht ist.
Bekannte Injektoren haben verschiedene Nachteile. Erstens sind das maschinelle Bearbeiten der Führungsbuchse, der Stange und der festgelegten Führung und das Zusammenbauen des Injektors komplizierte, teure Arbeiten. Und zweitens müssen die Armatur und die Buchse aus verschleißfestem, ferromagnetischen Material sein, das sowohl der hochgenauen maschinellen Bearbeitung als auch der Abnutzung hinsichtlich der Stange widerstehen kann.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Treibstoffinjektor bereitzustellen, der in hohem Maße betriebssicher, preiswert und leicht zu produzieren und zusammenzubauen ist und die Nachteile, die üblicherweise mit bekannten Injektoren verbunden sind, behebt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Treibstoffinjektor für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, der einen Hohlkörper aufweist, der ein Treibstoffdosierungsventil unterbringt, das eine Steuerkammer schließt, auf die unter Hochdruck stehender Treibstoff wirkt, eine Tragebuchse, die mit dem Hohlkörper verbunden ist; und einen Elektromagneten, der einen ringförmigen Kern hat, der in die Buchse eingesetzt ist, wobei der Elektromagnet so ausgebildet ist, daß er eine Armatur aktiviert, die in dem Hohlkörper eingebaut ist; wobei das Ventil normalerweise durch eine Schließfeder geschlossen wird, die auf die Armatur wirkt und die Wirkung des Treibstoffs in der Steuerkammer überwindet; und wobei das Ventil geöffnet wird, wenn der Elektromagnet die Armatur aktiviert, um die Wirkung der Schließfeder zu überwinden; dadurch gekennzeichnet, daß die Armatur in dem Hohlkörper mittels eines Blattfederscharniers eingebaut ist, das einen ersten Abschnitt aufweist, der zwischen dem Hohlkörper und der Buchse fixiert ist, und einen zweiten Abschnitt, der an der Armatur fixiert ist; wobei der erste Abschnitt ringförmig ist, mit einem Innendurchmesser größer als der der Armatur und mit einem Außendurchmesser, um in den Hohlkörper ohne radialen Zwischenraum zu passen.
Eine bevorzugte nicht-einschränkende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird exemplarisch beschrieben, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Treibstoffinjektors gemäß der Erfindung zeigt;
2 einen vergrößerten diametrischen Schnitt eines Abschnitts des Injektors aus 1 zeigt;
3 einen Teilschnitt entlang Linie III-III in 2 zeigt.
Bezugszeichen 5 in 1 zeigt als Ganzes einen Treibstoffinjektor für einen Verbrennungsmotor, z.B. einen Dieselmotor. Der Injektor 5 umfaßt einen im wesentlichen zylindrischen Hohlkörper 6, der mit einer Düse 7 verbunden ist, die mit einer oder mehreren Einspritzöffnungen 8 endet; eine Steuerstange 9 gleitet in dem Körper 6 und greift an einem Ende eines Stifts 11 an, um das Loch 8 zu schließen; eine Feder 12 wirkt auf den Stift 11 und hilft beim Schließen des Lochs 8; der Hohlkörper 6 umfaßt einen Ansatz 13, der mit der üblichen unter Hochdruck stehenden Treibstoffzufuhrleitung verbunden ist; und der Ansatz 13 hat ein Loch 14, das durch die Leitungen 16 und 17 mit einer Einspritzkammer 18 der Düse 7 verbunden ist.
Der Injektor 5 umfaßt ferner ein Dosierungsventil, das als Ganzes mit 19 bezeichnet ist und das in einem Hohlraum 20 des Hohlkörpers 6 untergebracht ist. Der Hohlraum 20 ist koaxial zu einem Hohlraum 21 mit einem größeren Durchmesser (2), dessen Seitenwand mit der Seitenwand des Hohlraums 20 durch einen ringförmigen Absatz 22 und eine Vertiefung 23 verbunden ist. Das Ventil 19 umfaßt einen Verschluß in Form einer Kugel 24, die der üblichen Paßplatte 26 zugeordnet ist und an einem kegelstumpfförmigen Sitz 27 angreift, der mit einer Steuerkammer 28 in Verbindung steht, in welcher der unter Hochdruck stehende Treibstoff wirkt. Insbesondere wird die Steuerkammer 28 durch einen Ventilkörper 29 getragen, der auf bekannte Art und Weise in dem Hohlraum 20 fixiert ist und ein axiales Loch 31 (1) hat, um ein Ende der Stange 9 zu führen. Das Loch 31 steht mit der Steuerkammer 28 und, über ein radiales Loch 32 und einen ringförmigen Spalt 33, mit dem unter Hochdruck stehenden Einlaßloch 14 in Verbindung.
Der Injektor 5 umfaßt ferner einen Elektromagneten 34, der eine Armatur 35 (2) steuert, die ihrerseits den Verschluß 24, 26 steuert. Der Elektromagnet 34 weist einen ringförmigen Kern 36 auf, der in einem Träger untergebracht ist, der durch eine Buchse 37 definiert ist, die koaxial zu dem Hohlkörper 6 ist. Die Buchse 37 ist mit dem Hohlkörper 6 unter Einfügung einer Dichtung 39 mittels einer Schraubringmutter 38 verbunden, die den Kern 36 so hält, daß er auf einem Absatz 40 der Buchse 37 aufliegt. Der Kern 36 hat einen ringförmigen Hohlraum, der eine Spule 41 unterbringt, die erregt wird, um die Armatur 35 anzuziehen, entgegen einer entgegenwirkenden Feder 42, die das Ventil 19 schließt. Die Feder 42 ist in einem axialen Loch 43 im Kern 36 untergebracht und wirkt auf die Armatur 35, um die Kugel 24 normal in der geschlossenen Position zu halten. Die Armatur 35 hat radiale Schlitze 45 (siehe auch 3), durch die Treibstoff aus der Kammer 28 zu dem axialen Loch 43 im Kern 36 ausfließt und die den Widerstand auf die Armatur 35 minimieren.
Gemäß der Erfindung hat die Armatur 35 einen einstückigen ringförmigen Ansatz, der einen Flansch 58 bildet, und sie ist in dem Hohlkörper 6 mittels eines Blattfederscharniers eingebaut, das als Ganzes mit 44 bezeichnet ist und durch eine Lamelle von nicht magnetischem oder schwach ferromagnetischem Material definiert ist.
Insbesondere umfaßt das Scharnier 44 einen ringförmigen ersten Abschnitt 46, dessen Innendurchmesser d größer ist als der Durchmesser der Armatur 35, und einen zweiten Abschnitt in Form einer Zunge 47, der von diesem und radial zum Zentrum des ringförmigen Abschnitts 46 vorsteht. Der ringförmige Abschnitt 46 hat einen Außendurchmesser D, der im wesentlichen gleich dem des Hohlraums 21 des Hohlkörpers 6 ist, so daß das Scharnier 44 in den Hohlraum 21 im wesentlichen ohne radiales Spiel paßt.
Der ringförmige Abschnitt 46 des Scharniers 44 ist zwischen der Buchse 37 und dem Hohlkörper 6 fixiert, während die Zunge 47 an einem zentralen Abschnitt 48 der Armatur 35 fixiert ist und als ein Ausleger wirkt, der dazu neigt, die Armatur 35 mit der zum Kern 36 gerichteten Fläche koplanar mit der Zunge zu halten, um eine radiale Beschränkung des Scharniers 44 sicherzustellen. Wenn das Ventil 19 geschlossen ist (2), ist die Zunge 47 schwach gebogen und übt einen geringen elastischen Druck aus; und die Feder 42 hält normalerweise die Armatur 35 in der geschlossenen Stellung, die das Ventil 19 schließt, und gering gelöst von dem Kern 36, wie es später detailliert beschrieben wird. In 2 ist die Entfernung zwischen der Armatur 35 und dem Kern 36 aus Gründen der Klarheit übertrieben dargestellt.
Der ringförmige Abschnitt 46 des Scharniers 44 wird durch die Ringmutter 38 zwischen einem Flansch 50 des Kerns 36 und einem Ring 51 von kalibrierter Dicke fixiert, der auf dem Absatz 22 des Hohlkörpers 6 aufliegt. Eine Endkante 49 der Buchse 37 ist deswegen gering von dem Flansch 50 gelöst und der ringförmige Abschnitt 46 ist zwischen dem Flansch 50 und dem Ring 51 gehalten. Die Dicke des Rings 51 ist so gewählt, daß eine vorgegebene axiale Bewegung der Armatur 35 zwischen der Schließstellung des Ventils 19 (2) und der Öffnungsstellung des Ventils 19 definiert ist.
Die Zunge 47 hat eine Öffnung 52, in die ein Abschnitt des axialen Stifts 53 mit kleinem Durchmesser eingreift, der dazu dient, ein Ende der Schließfeder 42 zu befestigen, und mit einer Unterlegscheibe 55 eingebaut ist, auf der das Ende der Feder 42 ruht. Der Abschnitt des Stifts 53 mit kleinem Durchmesser ist mit Preßpassung in einer Vertiefung 60 am zentralen Abschnitt 48 der dem Kern 36 zugewandten Oberfläche der Armatur 35 angeordnet, so daß die Zunge 47 zwischen einer Schulter 59 des Stifts 53 und dieser Oberfläche der Armatur 35 gehalten ist. Die Zunge 47 kann ferner an der Armatur 35 befestigt werden durch Anschweißen des Randes der Öffnung 52 an den Stift 53 oder durch Ankleben der Zunge an den zentralen Abschnitt 48.
Der ringförmige Abschnitt 46 des Scharniers 44 umfaßt ferner zwei hervorstehende Ansätze 54, die zum Zentrum vorstehen und vorzugsweise im 120°-Winkel hinsichtlich der Zunge 47 angeordnet sind. Die Ansätze 54 sind kürzer als die Zunge 47 und greifen an der dem Kern 36 zugewandten Oberfläche der Armatur 35 an; und die Zunge 47 und/oder die Ansätze 54 wirken wie Anschläge, um die Bewegung der Armatur 35 zum Kern 36 zu sperren. Das Blattfederscharnier 44 kann aus einem Blech von nicht-magnetischem Federstahl mit einer kalibrierten Dicke abgestanzt werden, die so gewählt ist, daß ein vorgegebener Luftspalt zwischen der Armatur 35 und dem Kern 36 definiert ist und um dadurch das Ablösen der Armatur 35 von dem Kern 36 zu unterstützen, wenn die Spule 41 von der Stromquelle getrennt wird. Das Blattfederscharnier 44 ist vorzugsweise photogeblankt oder lasergeblankt aus dem Blech und ist deswegen extrem preiswert zu produzieren.
Die Oberfläche der Armatur 35, die der dem Kern 36 zugewandten Oberfläche entgegengesetzt ist, hat eine weitere zentrale Vertiefung 56, in die ein Stift 57 eines Betätigungsteils eingreift, das durch einen Flansch 58 definiert ist, um an der Platte 26 des Verschlusses 24, 26 anzugreifen. Der Flansch 58 ruht auf dieser Oberfläche der Armatur 35, die deshalb auf den Verschluß 24, 26 wirkt, ohne daß eine Armaturstange dazwischen nötig ist. Die Armatur 35 ist keiner Abnutzung ausgesetzt, da sie nicht durch unelastische Führungen geführt ist, und kann deswegen aus relativ preiswertem Material mit guten ferromagnetischen Eigenschaften, wie Ferrosilizium oder aus dessen gesintertem Pulver, hergestellt werden.
Zur Montage des Injektors 5 wird der Stift 53 zuerst in die Öffnung 52 in der Zunge 47 eingefügt; der Stift 53 wird in der Vertiefung 60 in der Armatur 35 fixiert; der Stift 57 des Flansches 58 wird in der Vertiefung 56 fixiert; der Ventilkörper 29, zusammen mit der Stange 9, wird in den Hohlkörper 6 eingefügt; der Kern 36, zusammen mit der Feder 42, wird in die Buchse 37 eingefügt; die Kugel 24 und die Platte 26 werden in den Sitz 27 eingefügt; der Ring 51 wird in den Hohlraum 21 des Hohlkörpers 6 eingefügt; der ringförmige Abschnitt 46 des Scharniers 44 wird auf den Ring 51 aufgesetzt; und die Buchse 37 wird mit dem Hohlkörper 6 durch Anziehen der Mutter 38 verbunden, so daß der Kern 36 an der Buchse 37 festgelegt ist, der ringförmige Abschnitt 46 zwischen dem Flansch 50 und Ring 51 gehalten ist, der Ring 51 fest auf dem Absatz 22 sitzt und die Zunge 47 zwischen dem zentralen Abschnitt 48 und der Schulter 59 des Stifts 53 gehalten wird, um eine radiale Beschränkung des Scharniers 44 sicherzustellen.
Der Injektor 5 wird wie folgt betrieben.
Wenn die Spule 41 unter Spannung gesetzt wird, zieht der Kern 36 die Armatur 35 entgegen der Feder 42 an. Die Zunge 47 unterstützt beim Lösen der Armatur 35 aus der geschlossenen Stellung und zusammen mit den Ansätzen 54 nimmt sie die kinetische Energie der Armatur in entlastender Art und Weise auf. Schließlich ist die Armatur 35 gegen die Zunge 47 und die Ansätze 54 gesperrt, wobei sie zwischen sich selbst und dem Kern 36 einen Luftspalt läßt. Der Druck des Treibstoffs in der Kammer 28 öffnet folglich den Verschluß 24, 26, um den Treibstoff durch die Schlitze 45 in der Armatur 35 und durch das Loch 43 im Kern 36 ausfließen zu lassen, so daß der Druck des Treibstoffs in der Kammer 18 (1) den Stift 11 zusammen mit der Stange 9 anhebt, um den Treibstoff durch die Öffnung 8 einzuspritzen.
Wenn die Spule 41 von der Stromquelle getrennt wird, bewegt die Feder 42 die Armatur 35 von dem Kern 36 weg, um den Verschluß 24, 26 in die geschlossene Stellung mittels des Flansches 58 zurückzuführen (2), so daß der unter Hochdruck stehende Treibstoff den Druck in der Steuerkammer 28 wiederherstellt, und der Stift 11 in die geschlossenen Stellung zurückgeführt wird, der dabei die Öffnung 8 schließt.
Die Vorteile des Injektors gemäß der Erfindung bezüglich der bekannten Injektoren werden aus der vorangegangenen Beschreibung klar. Vor allem wegen des Blattfederscharniers 44 mit dem ringförmigen Abschnitt 46, das die Armatur 35 genau in dem Hohlraum 21 positioniert, ohne eine starre Führung zu benötigen, um die Bewegung der Armatur 35 zu führen, kann folglich auf die gebräuchliche Stange der Armatur verzichtet werden; und die Zunge 47 und die Ansätze 54 des Scharniers 44 nehmen die kinetische Energie der Armatur 35 in entlastender Art und Weise auf.
Der Ring 51 definiert eine kalibrierte Ausgleichsscheibe, die die Bewegung der Armatur 35 definiert, um den Verschluß 24, 26 zu schließen. Das Scharnier 44, das von vorgegebener Dicke ist, bestimmt den Luftspalt zwischen der Armatur 35 in der offenen Stellung und dem magnetischen Kern 36 und vereinfacht den Zusammenbau der Armatur 35 und folglich der Buchse 37 mit dem Hohlkörper 6 sehr. Und schließlich, da die Armatur 35 nicht Gegenstand der Abnutzung durch eine feste Führung ist, kann diese aus kostengünstigem Material mit guten ferromagnetischen Eigenschaften hergestellt werden und dadurch die Kosten des Injektors sehr reduzieren.
Zweifelsohne können Änderungen an dem hier beschriebenen Injektor gemacht werden, ohne jedoch vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Zum Beispiel können die Zunge 47 und/oder die Ansätze 54 elastisch vorgespannt werden, um einen gegebenen elastischen Druck auf die Armatur 35 in der geschlossenen Stellung auszuüben, die das Ventil 19 schließt; und das Scharnier 44 kann eine andere Anzahl von Ansätzen 54 und/oder zwei oder mehr radiale Speichen aufweisen, im Gegensatz zu einer einzelnen Zunge 47.
Der Befestigungsabschnitt 46 des Scharniers 44 kann anders als ringförmig sein; die Dicke des ringförmigen Abschnitts 46 kann von der Dicke der Zunge 47 und der Ansätze 54 abweichen; der Kern 36 kann keinen Flansch 50 haben und die Endkante 49 kann so ausgebildet sein, daß sie den Abschnitt 46 unmittelbar gegen den Ring 51 hält.

Claims

Treibstoffinjektor für einen Verbrennungsmotor, der einen Hohlkörper (6) aufweist, der ein Treibstoffdosierungsventil (19) unterbringt, das eine Steuerkammer (28) schließt, auf die unter Hochdruck stehender Treibstoff wirkt, eine Tragebuchse (37), die mit dem Hohlkörper (6) verbunden ist; und einen Elektromagneten (34), der einen ringförmigen Kern (36) hat, der in die Buchse (37) eingesetzt ist, wobei der Elektromagnet (34) so ausgebildet ist, daß er eine Armatur (35) aktiviert, die in dem Hohlkörper (6) eingebaut ist; wobei das Ventil (19) normalerweise durch eine Schließfeder (42) geschlossen wird, die auf die Armatur (35) wirkt und die Wirkung des Treibstoffs in der Steuerkammer (28) überwindet; und wobei das Ventil (19) geöffnet wird, wenn der Elektromagnet (34) die Armatur (35) aktiviert, um die Wirkung der Schließfeder (42) zu überwinden; dadurch gekennzeichnet, daß die Armatur (35) in dem Hohlkörper (6) mittels eines Blattfederscharniers (44) eingebaut ist, das einen ersten Abschnitt (46) aufweist, der zwischen dem Hohlkörper (6) und der Buchse (37) fixiert ist, und einen zweiten Abschnitt (47), der an der Armatur (35) fixiert ist; wobei der erste Abschnitt (46) ringförmig ist, mit einem Innendurchmesser (d) größer als der der Armatur (35) und mit einem Außendurchmesser (D), um in den Hohlkörper (6) ohne radialen Zwischenraum zu passen.
Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (47) radial nach innen von dem ersten Abschnitt (46) vorsteht; wobei der zweite Abschnitt (47) an einem zentralen Abschnitt (48) der Armatur (35) fixiert ist.
Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Abschnitt (48) einen axialen Stift (53) hat, durch welchen die Schließfeder (42) befestigt ist; wobei der zweite Abschnitt (47) eine Öffnung (52) hat, die an dem axialen Stift (53) angreift, und wobei er zwischen dem zentralen Abschnitt (48) und einer Schulter (59) des axialen Stifts (53) gehalten wird, um eine radiale Beschränkung des Blattfederscharniers (44) sicherzustellen.
Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (46) wenigstens einen vorstehenden Ansatz (54) aufweist, der nach innen vorsteht; wobei der vorstehende Ansatz (54) an einer Oberfläche der Armatur (35) angreift, die dem Kern (36) zugewandt ist.
Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der zweite Abschnitt (47) und/oder der vorstehende Ansatz (54) des Blattfederscharniers (44) die Bewegung der Armatur (35) zum Kern (36) sperrt und sie eine kalibrierte Dicke haben, um einen vorgegebenen Luftspalt zwischen der Armatur (35) und dem Kern (36) zu definieren.
Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (46) zwischen dem Hohlkörper (6) und der Buchse (37) mit einem dazwischen angeordneten Ring (51) von kalibrierter Dicke fixiert ist, um eine vorgegebene Bewegung der Armatur (35) zwischen einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung bzw. das Öffnen und Schließen des Ventils (19) zu definieren.
Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (36) einen Flansch (50) hat; wobei der erste Abschnitt (46) zwischen dem Hohlkörper (6) und dem Flansch (50) mit einem dazwischen angeordneten Ring (51) von kalibrierter Dicke fixiert ist, um eine vorgegebene Bewegung der Armatur (35) zwischen einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung bzw. das Öffnen und Schließen des Ventils (19) zu definieren.
Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem das Ventil (19) einen Verschluß (24, 26) aufweist, der am Sitz (27) angreift, welcher mit der Steuerkammer (28) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, daß die Armatur (35) mit einem Betätigungsteil (58) verbunden ist, das eine Oberfläche der Armatur (35) direkt berührt und zum Angreifen an dem Verschluß (24, 26) vorgesehen ist.
Injektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Armatur (35) aus einem Material mit guten ferromagnetischen Eigenschaften hergestellt ist; wobei die Armatur (35) in dem zentralen Abschnitt (48) eine erste Vertiefung (60) hat, in welche der axiale Stift (53) gedrückt ist.
Injektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsteil durch einen Flansch (58) definiert ist; wobei die Armatur (35) eine zweite Vertiefung (56) gegenüber der ersten Vertiefung (60) hat; und wobei der Flansch (58) einen Ansatz (57) hat, welcher in die zweite Vertiefung (56) gedrückt ist.
Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Blattfederscharnier (44) aus einem Blech mit konstanter Dicke durch Photoblanking oder Laserblanking hergestellt ist.