DE60128604T2

DE60128604T2 - Elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE60128604T2
Application number: DE60128604T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Sekine; Kiyotaka Ogura; Ryuya Ando; Makoto Yamakado; Noriyuki Maekawa
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2000-10-17
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2021-09-05
Also published as: JP3734702B2; EP1609981B1; EP1199465A2; JP2002130071A; DE60114971T2; DE60128604D1; US20020043575A1; DE60114971D1; EP1199465B1; US6695233B2; US20040135014A1; US6908050B2; EP1609981A1; EP1199465A3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektromagnetische Kraftstoffeinspritzventile zur Verwendung in Brennkraftmaschinen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen zur Verwendung in Kraftfahrzeugen wird gewöhnlich ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil verwendet, das durch elektrische Signale, die von der Motorsteuereinheit gesendet werden, betrieben wird.
Dieser Typ eines Kraftstoffeinspritzventils ist so konstruiert, dass:
eine elektromagnetische Spule und ein Joch um eine festen Kern (Mittelkern) des Hohlrohrtyps angeordnet sind, am Boden des Jochs, das die elektromagnetische Spule aufnimmt, ein Düsenkörper, der eine Nadel enthält, die mit einem Ventilkörper versehen ist, installiert ist und die Nadel durch Einwirkung der Rückstellfeder in Richtung zum Ventilsitz vorbelastet ist.
Als Beispiel eines solchen herkömmlichen elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils, wie es in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. Hei-10-339240 oder Hei-11-132127 offenbart ist, sei jenes vorgeschlagen, bei dem ein magnetischer Kraftstoffverbinderabschnitt, ein nicht magnetischer Zwischenrohrabschnitt und ein magnetischer Ventilkörperabschnitt unter Magnetisieren eines aus einem magnetischen Verbundwerkstoff gebildeten Rohrs und anschließendem Nichtmagnetisieren lediglich des Zwischenabschnitts beispielsweise durch Induktionserwärmung geformt werden, um die Teileanzahl zu verringern und den Zusammenbau der Teile zu erleichtern.
Bei diesem Typ ist ein fester zylindrischer Kern in einen Kraftstoffverbinderabschnitt eingepresst, wobei ein Ventilkörper in den Ventilkörperabschnitt montiert ist. Außerdem ist an dem Zwischenumfang des Rohrs eine elektromagnetische Spule vorgesehen, wobei außerhalb der elektromagnetischen Spule ein Joch vorgesehen ist. Wenn der elektromagnetischen Spule Leistung zugeführt wird, wird über den Bereich vom Joch zum Kraftstoffverbinderabschnitt, zum festen Kern, zum beweglichen Kern, zum Ventilkörperabschnitt und wieder zum Joch ein Magnetkreis gebildet und der bewegliche Kern in Richtung zum festen Kern magnetisch angezogen. Der nicht magnetische Abschnitt dient als eine den magnetischen Fluss kurzschließende Sperre zwischen dem Kraftstoffverbinderabschnitt und dem Ventilkörperabschnitt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In den letzten Jahren ist auch bei einem Benzinmotor ein Kraftstoffeinspritzventil in die Praxis umgesetzt worden, das Kraftstoff direkt in die Zylinder der Brennkraftmaschine einspritzt.
Für den oben erwähnten Direkteinspritzungstyp eines Kraftstoffeinspritzventils ist auch eine so genannte "Langdüsen-Einspritzvorrichtung", die am Boden ihres Jochs einen dünnen und langen Düsenkörper aufweist, vorgeschlagen worden. Wenn diese Langdüsen-Einspritzvorrichtung am Zylinderkopf eines Motors installiert ist und der Umfang des Zylinderkopfes mit Teilen wie etwa einem Lufteinlassventil und einem Lufteinlassrohr vollgepropft ist, kann am Zylinderkopf nur ein schlanker Düsenkörper, der nicht zu viel Raum benötigt, angeordnet sein, wobei das Joch, das Verbinderformstück und andere Ventilabschnitte großen Durchmessers von anderen Teilen und dem Zylinderkopf beabstandet sein können, um eine Behinderung zu vermeiden. Daher besitzt dieser Typ einer Einspritzvorrichtung den Vorteil, dass die Flexibilität seiner Installation sehr groß ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil zu schaffen.
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, schafft die Erfindung ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil, mit
einer Nadel, die mit einem Ventilkörper ausgerüstet ist,
einer Rückstellfeder zum Ausüben einer Federbelastung auf eine Seite des Ventilsitzes der Nadel,
einer elektromagnetischen Spule und/oder
einem Magnetkreis, um die Nadel in einer Öffnungsrichtung des Ventils durch die Erregung der elektromagnetischen Spule magnetisch anzuziehen,
wobei:
die Nadel einen beweglichen Kern besitzt, der als ein Element des Magnetkreises wirkt,
der bewegliche Kern und der Ventilkörper über eine Verbindung, die eine Federfunktion hat, verbunden sind,
eine Blattfeder in die Nadel eingebaut ist und/oder
ein axial beweglicher Massenkörper unabhängig von der Nadel zwischen der Rückstellfeder und der Blattfeder positioniert ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Längsschnitt des Kraftstoffeinspritzventils, das zu einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehört.
2 ist ein auseinander gezogener, teilweiser Längsschnitt des oben erwähnten Kraftstoffeinspritzventils.
3 ist ein Längsschnitt der Nadel des oben erwähnten Kraftstoffeinspritzventils.
4 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Ventilkörpers und der Stauscheibe, die in der oben erwähnten Ausführungsform verwendet werden.
5 ist eine Draufsicht und eine A-A'-Schnittansicht des in der oben erwähnten Ausführungsform verwendeten Verbindungsrohrs.
6 ist eine Draufsicht und eine B-B'-Schnittansicht der in der oben erwähnten Ausführungsform verwendeten Stauscheibe.
7 ist eine vergrößerte, teilweise Schnittansicht des beweglichen Kerns und des festen Kerns, die in der oben erwähnten Ausführungsform verwendet werden.
8 ist ein Längsschnitt des in der oben erwähnten Ausführungsform verwendeten Jochs.
9 ist eine Draufsicht, eine C-C'-Schnittansicht und eine Unteransicht des in der oben erwähnten Ausführungsform verwendeten Verwirblers.
10 ist eine auseinander gezogene Schrägansicht der oben erwähnten Ausführungsform.
11 ist eine erläuternde Ansicht, die den Zusammenbauzustand des Kraftstoffeinspritzventils, das zur oben erwähnten Ausführungsform gehört, zeigt.
GENAUE ERLÄUTERUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden unter Verwendung der Zeichnung Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 zeigt das zu einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehörende Kraftstoffeinspritzventil in einem Längsschnitt. Die 2 und 3 zeigen das Kraftstoffeinspritzventil in einem auseinander gezogenen, teilweisen Längsschnitt. 4 ist eine vergrößerte Schnittsansicht des Ventilkörpers und der Stauscheibe, die in der oben erwähnten Ausführungsform verwendet werden. Die 5 bis 9 zeigen die in der Ausführungsform verwendeten Komponenten. 10 ist eine auseinander gezogene Schrägansicht des gesamten Kraftstoffeinspritzventils.
Im Folgenden wird zunächst ein Überblick über diese Ausführungsform gegeben. 1 veranschaulicht ein Kraftstoffeinspritzventil 100, das die so genannte "Höheneinspeisungsmethode" anwendet, bei der, wie durch den Pfeil in der Figur angedeutet ist, dann, wenn das Ein spritzventil geöffnet wird, Kraftstoff von der Oberseite des Ventilkörpers in seiner axialen Richtung fließt und von einer am unteren Ende des Einspritzventils vorgesehenen Ausflussöffnung 20 eingespritzt wird.
Das Kraftstoffeinspritzventil 100 hat als Hauptelemente, die den Kraftstoffdurchflusskanal in der axialen Richtung des Ventilkörpers bilden, ein Kraftstoffeinleitungsrohr 40, das pressbearbeitet wurde (dies gilt auch dann, wenn die anderen Komponenten, die im Folgenden erwähnt werden, beispielsweise während Tiefzieh- oder Strangpressprozessen pressbearbeitet wurden), einen festen Kern 1 des Hohlrohrtyps, der an seinem oberen Ende einen Flansch 1a besitzt, und einen Düsenhalter 18 (dieser kann auch als Düsenkörper bezeichnet werden), der unter Verwendung eines Rohrs in eine dünne und rohrförmige Form pressbearbeitet wurde und eine Stauscheibe 19, die am unteren Ende des Düsenhalters mit einem Ventilsitz versehen ist, aufweist.
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, ist ein Kraftstoffeinleitungsrohr 40 an seinem oberen und unteren Ende mit Flanschen 40a bzw. 40b versehen, wobei der Flansch 40b am unteren Ende in dem mit dem Bezugszeichen W6 bezeichneten Teilabschnitt an der Oberseite des Flanschs 1a des festen Kerns 1 angeschweißt ist. Das Schweißen ist in Umfangsrichtung des Flanschs ausgeführt, wobei der feste Kern 1 und das Kraftstoffeinleitungsrohr 40 vor dem Zusammenbau des Einspritzventilkörpers verbunden worden sind.
Die obere innere Oberfläche des Düsenhalters 18 und die äußere Oberfläche des festen Kerns 1 sind durch Presspassung zusammengefügt, wobei ferner der mit dem Bezugszeichen W1 bezeichnete Teil abschnitt über seinen gesamten Umfang verschweißt ist, um den Düsenhalter 18 mit dem festen Kern 1 zu verbinden. In dieser Weise sind das Rohr 40, der feste Kern 1 und der Düsenhalter 18 so miteinander verbunden, dass sie eine einzige Kraftstoffdurchflusskanal-Baueinheit bilden.
Diese Kraftstoffdurchflusskanal-Baueinheit enthält Elemente wie etwa eine Nadel 5, die einen zylindrischen beweglichen Kern über das Verbindungsrohr 15, das später erwähnt wird, mit dem schlanken Ventilkörper (einschließlich der Ventilstange) verbindet, eine Rückstellfeder 7, die die Nadel 5 in Richtung zum Ventilsitz 19a vorbelastet, und ein Element 6 zum Einstellen der Federwirkung der Rückstellfeder 7 (in der vorliegenden Ausführungsform ist dieses Element als C-Ring-Rohr gezeigt, dessen Querschnitt die Form eines C-Rings hat).
An einer Stelle am Umfang des Düsenhalters 18, an der der Düsen halter und der feste Kern 1 durch Presspassung zusammengefügt sind, ist eine elektromagnetische Spule 2 vorgesehen, wobei außerhalb der elektromagnetischen Spule ein rohrförmiges Joch 4 angeordnet ist.
Das Joch 4 besitzt eine pressbearbeitete rohrförmige Form (Einzelheiten dieser Form werden später beschrieben). Das obere Ende des Jochs enthält ein Aufnahmeloch für die elektromagnetische Spule 2, wobei der obere Rand dieses Lochs an der mit dem Bezugszeichen W5 bezeichneten Stelle durch Schweißen über den gesamten Umfang mit dem Flansch 1a des festen Kerns 1 verbunden ist. Der untere Endabschnitt 4c des Jochs 4 hat im Vergleich zu dem Aufnahmeele ment 4a für die elektromagnetische Spule eine geringere Dicke und ist am Umfang des Düsenhalters 18 durch Presspassung angefügt.
Dieses Kraftstoffeinspritzventil 100 ist so konstruiert, dass dann, wenn der elektromagnetischen Spule 2 Leistung zugeführt wird, durch das Joch 4, den festen Kern 1, den beweglichen Kern 14 und einen Abschnitt des Düsenhalters 18 ein Magnetkreis gebildet ist und dadurch die Nadel 5 die Wirkung der Rückstellfeder 7 überwindet und magnetisch angezogen wird, um das Ventil zu öffnen. Wenn die Leistung für die elektromagnetische Spule 2 unterbrochen wird, wird die Nadel 5 durch die Wirkung der Rückstellfeder 7 gegen den Ventilsitz 19a gedrückt und in dieser Weise das Ventil geschlossen. In dieser Ausführungsform dient die untere Kante des festen Kerns 1 beim Öffnen des Ventils als Anschlag zum Aufhalten der Bewegung der Nadel 5.
Im Folgenden werden Merkmale der oben erwähnten Komponenten dargelegt. Der feste Kern 1 ist aus magnetischem, rostfreiem Stahl gefertigt, pressbearbeitet und zu einer dünnen und langen hohlzylindrischen Form, die an ihrem oberen Ende einen Flansch 1a aufweist, zugeschnitten.
Der Flansch 1a ist mit einem Fenster 1b zur Führung des Anschlusses 29 und des Anschlussstifts 30 der elektromagnetischen Spule 2 versehen. Das Kraftstoffeinleitungsrohr 40 ist aus einem nicht metallischen Metallelement gebildet, dessen Boden durch Pressbearbeitung in der Dicke verringert ist, wobei ein C-Ring-Stift 6 mit einem C-förmigen Querschnitt an der unteren inneren Oberfläche des Rohrs durch Presspassung angefügt ist. Die Lasteinstellung der Rückstellfeder 7 ist durch Einstellung der Presspassungstoleranz der Stifts 6 erfolgt. Am oberen Ende des Kraftstoffeinleitungsrohrs 40 ist ein Kraftstoff-Filter 31 angebracht.
Obwohl der Düsenhalter 18 aus magnetischem Werkstoff ist, ist sein Umfangsabschnitt, an dem die untere Kante des festen Kerns 1 angeordnet ist (in dieser Ausführungsform die Stelle, an der eine ringförmige Nut 18d vorgesehen ist), in nicht magnetisierenden oder schwach magnetisierenden Prozessen durch Induktionshärtung ausgebildet (im Folgenden ist mit einem nicht magnetisierenden und einem schwach magnetisierenden Prozess dasselbe gemeint).
Der oben erwähnte nicht magnetisierende Prozess ist in der Nähe der unteren Kante (magnetische Anziehungsfläche) des festen Kerns 1 erfolgt, mit anderen Worten in einem Bereich, in dem am Düsenhalter 4 eine Weite (die etwas größer als die Weite der H der ringförmigen Nut in 1 ist) in vertikaler Richtung um die Stelle, an der eine senkrechte Linie die Achsenlinie des festen Kerns 1 vertikal schneidet, am unteren Ende des festen Kerns 1 gegeben ist. Die Umfangsfläche des Düsenhalters ist in diesem Bereich mit einer ringförmigen Nut 18d versehen, die einen trapezförmigen Querschnitt besitzt.
Die oben erwähnte ringförmige Nut 18d ist dazu vorgesehen, zusammen mit dem oben erwähnten nicht magnetisierenden Prozess ein Entweichen des magnetischen Flusses in den Magnetkreis, der gebildet ist, um die Nadel 5 magnetisch anzuziehen, zu minimieren. Das heißt, dass in dieser Ausführungsform ein Abschnitt des Düsenhalters 1 [die Umgebung der unteren Kante (magnetische Anziehungsfläche) des festen Kerns 1] nicht magnetisiert ist, um in der Nähe der unteren Kante des festen Kerns 1 ein Entweichen des magnetischen Flusses in den Magnetkreis zu verhindern und in dieser Weise si cherzustellen, dass magnetische Flüsse intensiv vom festen Kern 1 zum beweglichen Kern 14 geleitet werden. Jedoch ist auch dann, wenn eine Nichtmagnetisierung vorgesehen ist, eine vollständige Nichtmagnetisierung schwierig, wobei ein Teil des magnetischen Flusses mehr oder weniger auch in den nicht magnetisierten Bereich entweicht. Um ein solches Entweichen zu minimieren, ist die Dicke des Düsenhalters 18 durch eine ringförmige Nut 18d verringert, da mit ein höherer magnetischer Widerstand erzielt wird.
Die Dicke des Abschnitts des Düsenhalters 18, wo der feste Kern durch Presspassung angefügt ist, und die Dicke der Halteroberseite 18a zur Aufnahme des beweglichen Kerns 14 sind an dem gesamten Düsenhalter am größten, wobei der Zwischenabschnitt 18b, an dem die Verbindung zwischen dem beweglichen Kern 14 und dem Ventilkörper 16 angeordnet ist, zu einer konischen Form ausgebildet ist. Ferner ist der Halterboden 18c, an dem der Ventilkörper am Boden des oben erwähnten Zwischenabschnitts angeordnet ist, als dünne und lange Form gestaltet und bildet in dieser Weise den so genannten "Langdüsentyp" eines Düsenhalters 18.
Neben der oben erwähnten ringförmigen Nut 18d ist am Umfang der Halteroberseite 18a eine von der ringförmigen Nut 18d beabstandete ringförmige Nut 18e vorgesehen. Das Bezugszeichen W1 an der ringförmigen Nut 18e bezeichnet den geschweißten Teilabschnitt zwischen dem Düsenhalter 18 und dem festen Kern 1, wobei der Düsenhalter 18 an dieser Stelle W1 über den gesamten Umfang des festen Kerns 1 verschweißt ist. Die Schweißnaht W1 dient als Abdichtung zwischen dem Düsenhalter 18 und der inneren Oberfläche des festen Kerns, wodurch das Entweichen des durch den Einspritzventilkörper 100 fließenden Kraftstoffs verhindert wird.
Da an der Schweißnaht W1 die ringförmige Nut 18e vorgesehen ist, ist es außerdem möglich, den dünnen Abschnitt des Düsenhalters 18 zu verschweißen und für das Schweißen erforderliche Wärmeenergie einzusparen, um dadurch zu verhindern, dass die Komponenten des Einspritzventilkörpers infolge der Schweißwärme eine Wärmeverformung erleiden.
Am Umfang des Halterbodens (der so genannten Langdüse) ist eine Nut 18g zum Einbau eines Dichtungselements vorgesehen, wobei in der Nut 18g ein Dichtungselement 42 (beispielsweise eine Teflondichtung) angebracht ist.
Diese Langdüse 18c besitzt dann, wenn die Einbaudichte eines Lufteinlassventils 101, eines Lufteinlass-/Luftauslassventilantriebs 102, eines Lufteinlassrohrs und dergleichen mehr bei einer Einspritzmethode, bei der das Kraftstoffeinspritzventil 100 direkt am Zylinderkopf 106 eines Motors 105 installiert werden soll, wie in 11 gezeigt ist, hoch ist, aufgrund dessen, dass die groß bemessenen Hauptkomponenten des Einspritzventils von den oben erwähnten Komponenten und dem Zylinderkopf 106 beabstandet sein können, den Vorteil, dass die Flexibilität seiner Installation sehr groß ist. Im Stand der Technik sind dann, wenn das Kraftstoffeinspritzventil 100 am Zylinderkopf eines Motors installiert ist, Dichtungen zwischen dem Boden des groß bemessenen Jochs und dem Zylinderkopf angeordnet, um ein Entweichen von Verbrennungsgas aus dem Motor zu verhindern. Da jedoch in der gegenwärtigen Ausführungsform der am Umfang der schlanken "Langdüse" vorgesehene Dichtungsring 42 durch Abdichten der äußeren Oberfläche der Langdüse 18c und der inneren Oberfläche ihres Einführlochs auf der Zylinderkopfseite ein Entweichen von Verbrennungsgas aus dem Motor verhindert, kann die den Verbrennungsgasdruck aufnehmende Fläche an jener Dichtung verkleinert werden, weshalb das Dichtungselement in einer kompakten und vereinfachten Form gestaltet werden kann und die Kosten gesenkt werden können.
Am unteren Ende des Düsenhalters 18 sind eine Stauscheibe 19 und ein Kraftstoffverwirbler 21 (der im Folgenden einfach als Verwirbler bezeichnet wird) vorgesehen, wobei diese Elemente 18, 19 und 21 mittels anderer Elemente geformt sind.
Die Stauscheibe 19 ist beispielsweise mittels eines scheibenförmigen Edelstahlplättchens, in dessen Mitte ein Einspritzloch (eine Ausflussöffnung) 20 vorgesehen ist, gefolgt von einem stromaufwärts ausgebildeten Ventilsitz 19a gebildet.
Die Stauscheibe 19 ist so gestaltet, dass sie in das innere untere Ende 18f des Düsenhalters 18 eingepresst werden kann.
Der Verwirbler 21 ist so gestaltet, dass er in das innere untere Ende des Düsenhalters 18 gesetzt werden kann, und mittels einer Sintermetall-Legierung gebildet.
Die genaue Form des Verwirblers 21 ist in 9 gezeigt. Deren Teilfigur (a), (b) und (c) sind eine Draufsicht, eine Schnittansicht des Schnitts C-C' bzw. eine Unteransicht.
Der Verwirbler 21 ist ein Plättchen, das eine Form besitzt, die einem gleichseitigen Dreieck nahe kommt und in drei Richtungen mit Rundungen anstatt mit Spitzen versehen ist. In der Mitte des Plättchens ist ein Mittelloch (eine Führung) 25 vorgesehen, um das vordere Ende (den Ventilkörper) der Nadel 5 gleitend zu führen, während radial außerhalb Führungsnuten 24 an der Oberfläche vorgesehen sind, um Kraftstoff zu den Umfangsseiten 21' des Plättchens zu leiten, wobei als seine Mitte eine ringförmige Nut 24' ausgebildet ist.
Am Boden des Verwirblers 21 ist an seinen äußeren Rändern eine ringförmige Stufe (ein Durchflusskanal) 23 ausgebildet, während zwischen dem ringförmigen Durchflusskanal 23 und dem Mittelloch 25 mehrere (beispielsweise sechs) Kanalnuten 26 zum Verwirbeln des Kraftstoffs angeordnet sind.
Die Kanalnuten 26 sind nahezu tangential vom Außendurchmesser des Verwirblers 21 zum Innendurchmesser ausgebildet, so dass beim Einspritzen von Kraftstoff von den Kanalnuten 26 eine Kraft auf ihn in Richtung zum unteren Ende des Mittellochs 25 ausgeübt wird.
Die oben erwähnte ringförmige Stufe 23 ist vorgesehen, weil sie erforderlich ist, um das Fließen von Kraftstoff aufzuhalten. Außerdem ist am Umfang des Verwirblers 21 eine dreiseitige Hohlkehle 21' ausgebildet. Wenn der Verwirbler 21 in das vordere Ende des Düsenhalters 18 eingesetzt ist, stellt die Hohlkehle 21' den Fluss des Kraftstoffs an der inneren Oberfläche des Düsenhalters 18 sicher und dient während der Bildung der Nuten wie etwa 24 und 26 als Referenzposition. Die gekrümmten Oberflächen am Umfang des Verwirblers 21 passen in das innere Ende des Düsenhalters 18.
Wenn der Verwirbler 21 zu einer gekrümmten Form gebildet ist, die fast einem gleichseitigen Dreieck nahe kommt, wie oben erwähnt worden ist, besteht der Vorteil, dass das Plättchen im Vergleich zu einem mehrseitigen einen ausreichenden Kraftstoffdurchfluss erzielen kann.
Am unteren Ende (einem Ende auf der Kraftstoffeinspritzseite) des Düsenhalters 18 ist eine innere Oberfläche (eine abgestufte innere Oberfläche) 18f mit einer Aufnahmefläche 18e zum Anbringen des Verwirblers 21 und der Stauscheibe 19 vorgesehen. Der Verwirbler 21 ist in die innere Oberfläche des Düsenhalters in der Weise eingesetzt, dass der Verwirbler selbst durch die Aufnahmefläche 18e des Düsenhalters 18 aufgenommen ist, während die Stauscheibe 19 an der inneren Oberfläche derart durch Presspassung angefügt und verschweißt ist, dass sie den Verwirbler 21 gegen die Aufnahmefläche 18e drückt. Das Bezugszeichen W4 bezeichnet den Schweißabschnitt, an dem das Schweißen über den gesamten Umfang der Stauscheibe 19 ausgeführt ist.
In dieser Weise sind der Verwirbler 21 und die Stauscheibe 19 so angebracht, dass der Verwirbler 21 zwischen der Aufnahmefläche 18e und der Stauscheibe 19 gehalten wird.
Damit die Oberfläche des Verwirblers 21 stark gegen die am Düsenhalter 18 befindliche Aufnahmefläche 18e gedrückt wird, ist sie mit Kraftstoffführungsnuten 24 versehen, wobei der Kraftstoff stromaufwärts vom Verwirbler an der äußeren Oberfläche des Verwirblers über die Nuten 24 in den Kraftstoffdurchflusskanal 22 fließt.
Wie in 3 gezeigt ist, sind der bewegliche Kern 14 und der Ventilkörper 16 an der Nadel 5 über eine Verbindungsstelle 15, die eine Federfunktion besitzt, verbunden. Die Nadel 5 weist eine Blattfeder (Dämpferplatte) 50 zwischen dem beweglichen Kern 14 und der Verbindungsstelle 15 auf.
Außerdem befindet sich in dem Bereich von einem axialen Loch f, das den Kraftstoffdurchflusskanal des festen Kerns bildet, bis zu einem axialen Loch, das in dem beweglichen Kern 14 vorgesehen ist, ein Massenkörper (der auch als Pendelgewicht oder bewegliches Maß bezeichnet wird) 41, der unabhängig von der Nadel 5 in seiner axialen Richtung bewegt werden kann. Der Massenkörper 41 ist zwischen der Rückstellfeder 7 und der Blattfeder 50 angeordnet. Die Federkraft der Rückstellfeder 7 wird daher über den Massenkörper 41 und die Blattfeder 50 auf die Nadel 5 ausgeübt.
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, weist der bewegliche Kern 14 ein oberes axiales Loch 14a zum Einführen eines Teils des Massenkörpers 41 und ein axiales Loch 14b auf, das eine Dicke besitzt, die kleiner als jene des oberen axialen Lochs 14a ist.
Die Verbindungsstelle 15 besteht aus einem einzigen becherförmigen Rohr, in dem ein oberer rohrförmiger Abschnitt 15a und ein unterer rohrförmiger Abschnitt 15c, der hinsichtlich der Dicke kleiner als der erste ist, ausgebildet wurden. Der obere rohrförmige Abschnitt 15a passt in das untere axiale Loch 14b des beweglichen Kerns 14 und ist an der mit dem Bezugszeichen W2 bezeichneten Stelle über seinen gesamten Umfang mit dem beweglichen Kern 14 verschweißt, wodurch die Verbindungsstelle 15 und der bewegliche 14 verbunden sind.
Die Blattfeder 50 liegt zwischen der inneren abgestuften Oberfläche 14c, die sich ferner zwischen dem oberen axialen Loch 14a und dem unteren axialen Loch 14b des beweglichen Kerns 14 befindet, und der oberen Kante des oberen rohrförmigen Abschnitts 15a der Verbindungsstelle 15. Der gesamte obere Umfang des Ventilkörpers (der Ventilstange) 5 der Nadel ist an der mit dem Bezugszeichen W3 bezeichneten Stelle zwecks Verbindung mit dem unteren rohrförmigen Abschnitt 15c der Verbindungsstelle 15 verschweißt.
Die Stufe 15b zwischen dem oberen rohrförmigen Abschnitt 15a und dem unteren rohrförmigen Abschnitt 15c der Verbindungsstelle 15 dient als Blattfeder.
Wie in 6 gezeigt ist, ist die Blattfeder 50 ringförmig, wobei ihr innerer Abschnitt, der mit dem Bezugszeichen 51 bezeichnet ist, ein ausgestanzter Abschnitt ist. Innerhalb des ausgestanzten Abschnitts sind mehrere elastische Teile 50a herausgearbeitet, wobei die elastischen Teile 50a in ihrer Umfangsrichtung in gleichen Abständen angeordnet sind.
Die elastischen Teile 50a der Blattfeder 50 stützen das untere Ende des zylindrischen, beweglichen Massenkörpers 41 ab.
Da die Blattfeder 50 den Massenkörper (den ersten Massenkörper) 41 abstützt und der Blattfederabschnitt (der abgestufte Abschnitt) 15b der Verbindungsstelle 15 den beweglichen Kern (den zweiten Massenkörper) 14 abstützt, sind der Massenkörper und die ihn unterstützende Blattfederfunktion (Dämpferfunktion) in dieser Ausführungsform zweifacher Struktur.
Außerdem wird, wenn das Kraftstoffeinspritzventil geschlossen ist und die Nadel 5 durch die Federwirkung der Rückstellfeder 7 an dem Ventilsitz 19a anstößt, der daraus resultierende Stoß zuerst durch den Blattfederabschnitt 15b der Verbindungsstelle 15 aufgefangen und dann die durch die Rückkehr der Nadel 5 erzeugte kinetische Energie durch die Trägheit des beweglichen Massenkörpers 9 und die elastische Verformung der Blattfeder 50 absorbiert, so dass verhindert wird, dass die Rückkehr wirklich eintritt. Bei der doppelten Dämpferstruktur, insbesondere jener, die in dieser Ausführungsform gezeigt ist, kann auch beim Kraftstoffeinspritzventil nach der Methode der intratubularen Einspritzung, das eine starke Federkraft der Rückstellfeder 7 erzeugt, eine Sekundäreinspritzung, die mit der Rückkehr der Nadel 5 verbunden ist, durch ausreichendes Dämpfen der beim Schließen des Ventilkörpers erzeugten Stoßenergie verhindert werden.
Als 5 ist eine vergrößerte Konstruktionsansicht der oben erwähnten Verbindungsstelle 15 gezeigt. Der Innenraum der Verbindungsstelle 15 dient gemeinsam mit jenem des oben erwähnten Massenkörpers 41 als Kraftstoffdurchflusskanal f, wobei an dem abgestuften Abschnitt 15d mehrere Löcher 15d zum Einleiten des Kraftstoffs in den Düsenhalter 18 angeordnet sind.
Abschnitte des beweglichen Kerns 14 und der Ventilstange 16 bilden eine Führungsoberfläche an der beweglichen Seite. Außerdem dient die innere Oberfläche des oberen rohrförmigen Abschnitts 18a des Düsenhalters 18 als Führungsoberfläche, um den bewegliche Kern 14 gleitend zu führen, während die innere Oberfläche des axialen Lochs 25 im Verwirbler 21 als Führungsoberfläche dient, um die Ventilstange 16 gleitend zu führen. In dieser Weise ist die so genannte "Zweipunktunterstützungs-Führungsmethode" gebildet.
Das Joch 4 ist aus einem magnetischen Edelstahlmaterial pressbearbeitet und weist ein Aufnahmeelement 4a für eine zylindrische Spule, um die elektromagnetische Spule 2 aufzunehmen, ein konisches Drosselelement 4a, das sich direkt unter dem Aufnahmeelement befindet, und einen zylindrischen Jochboden 4c auf, der sich direkt unter dem konischen Drosselelement befindet.
Das obere Ende des Jochs weist ein Loch auf, in dem die elektromagnetische Spule 2 aufgenommen ist und an der Krümmung 4b der inneren Grenze zwischen dem Spulenaufnahmeelement 4a und einem konischen Element 4b unterstützt und angeordnet wird. Die innere Oberfläche des Jochbodens 4c und ein Abschnitt am Umfang des Düsenhalters 18 sind durch Presspassung zusammengefügt, wobei der ringförmige Zwischenraum 34, der durch den Boden des Spulenkörpers der elektromagnetischen Spule 2, die innere Oberfläche des konischen Elements 4b und die äußere Oberfläche des Düsenhalters 18 umgeben ist, als Luftspalt dient, um ein Leck des magnetischen Flusses von dem die Nadel anziehenden Magnetkreis, der aus dem festen Kern 1, dem beweglichen Kern 14, dem Düsenhalter 18 und dem Joch 4 gebildet ist, zu verhindern.
In dieser Ausführungsform ist der Hub der Nadel 5 an dem Ventilsitz 19a und am unteren Ende des festen Kerns 1 vorgesehen.
Da aus den oben genannten Gründen die untere Kante des festen Kerns 1 und die Oberfläche des beweglichen Kerns 14 während des Ventilschließens zusammenstoßen, sind diese mit einem Hartüberzug (beispielsweise einer Verchromung) versehen.
Wie in 7 gezeigt ist, weist das untere Ende 1b des festen Kerns 1 ein Krümmung 1c auf, die als eine gekrümmte Führungsoberfläche für die Presspassung in den Düsenhalter 18 dient (die Krümmung 1c ist ein in 7 mit dem Bezugszeichen L1 bezeichneter Bereich, wobei die Krümmung 1c in dieser Ausführungsform eine Krümmung von 12,5 mm besitzt). Da das untere Ende 1b des festen Kerns 1 in dieser Weise verjüngt ist, indem es zu einer gekrümmten Führungsoberfläche 1c ausgebildet ist, kann im Vergleich zu dem Fall, in dem das untere Ende des festen Kerns zu einer konischen Form ausgebildet ist, eine sanfte Presspassung garantiert werden. Das heißt, dass bei einer konischen Form aufgrund dessen, dass an dem Kreuzungsabschnitt zwischen der Konuslinie und der sich mit dieser schneidenden geraden Linie eine Kante mit weiten Winkel gebildet ist, obwohl der Presspassungsabschnitt des Düsenhalters dazu neigt, sich während der Presspassung an der Kante mit weiten Winkel zu reiben, dieses Problem bei der vorliegenden Ausführungsform nicht auftritt. Obwohl sich der an der unteren Kante des festen Kerns 1 eingeleitete Hartbeschichtungsprozess 60 zur unteren Seitenfläche des festen Kerns 1 erstreckt, ist der Bereich von der unteren Kante des festen Kerns 1 zur gekrümmten Führungsoberfläche 1c (der den Bereich L1 nicht überschreitet) zugunsten einer hinreichenden Verschleiß- und Stoßfestigkeit mit einem Hartüberzug versehen, um bei der Presspassung kein Problem hervorzurufen (genauer gesagt damit der Außendurchmesser der unteren Kante des festen Kerns einschließlich der Dicke des Hartüberzugs den Außendurchmesser des geraden Abschnitts des festen Kerns nicht übersteigt).
Wie in 4 gezeigt ist, besitzt der Ventilkörper 16 der Nadel 5 ein vorderes Ende, das zu einer Form ausgebildet ist, die aus einer Kombination aus einer kugelförmigen Oberfläche 16a und einer koni schen Vorwölbung 16b besteht, wobei die kugelförmige Oberfläche 16a und die konische Vorwölbung 16b einen unterbrochenen Abschnitt besitzen, der als 16c gezeigt ist. Die kugelförmige Oberfläche 16a ruht auf dem Ventilsitz 19a, wenn das Ventil geschlossen ist. Da die Kontaktoberfläche an dem Ventilsitz 19a als kugelförmige Oberfläche 16a ausgebildet ist, wird das Auftreten eines Zwischenraums zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilkörper auch dann, wenn der Ventilkörper schräg steht, verhindert. Die konische Vorwölbung 16b stellt durch Verringern des Totvolumens der Ausflussöffnung 20 einen reibungslosen Fluss des Kraftstoffs sicher.
Außerdem bringt die Bildung des oben erwähnten unterbrochenen Abschnitts den Vorteil mit sich, dass im Vergleich zu dem Fall, in dem der konische Abschnitt und der kugelförmige Abschnitt durchgehend gestaltet sind, die Endbearbeitung durch Polieren leichter ausgeführt werden kann. Das Bezugszeichen 27 bezeichnet ein Harzformstück mit einem Verbinder.
Wie in 2 gezeigt ist, werden das Kraftstoffeinleitungsrohr 40 und der feste Kern 1 im Voraus verschweißt. In diesem Stadium wird die Kante des festen Kerns 1 mit der Verchromung 60 versehen.
Außerdem wird die Stauscheibe 19 am vorderen Ende des Düsenhalters 18, wobei der Verwirbler 21 dazwischen liegt, durch Presspassung angefügt und verschweißt, die Nadel 5 in den Düsenhalter 18 eingeführt (nach dem Zusammenbau wird die Nadel 5 mit einer Verchromung 61 versehen) und der feste Kern 1 in diesen Düsenhalter 18 eingepresst. Der Hub der Nadel 5 ist durch die Presspassungstoleranz des festen Kerns 1 festgelegt. Diese Presspassungstoleranz des festen Kerns 1 wird durch einen Sensor erfasst, wobei dann wenn die geforderte Presspassungstoleranz erreicht ist, der Presspassungsprozess beendet ist. Danach werden der Düsenhalter 18 und der feste Kern 1 verschweißt.
Als Nächstes wird die elektromagnetische Spule 2 über einen Spulenkörper auf die äußere Oberfläche des festen Kerns 1 aufgebracht, das Joch 4 durch Presspassung aus seiner axialen Richtung in den oberen Abschnitt 18a des Düsenhalters 18 eingefügt (der Presspassungsabschnitt ist das untere Ende 4c des Jochs 4) und der obere Rand des Jochs 4 an dem Flansch 1a des festen Kerns 1 angeschweißt.
Danach wird der Anschlussstift 30 der elektromagnetischen Spule gebogen und dann mit dem Harzformstück 27 versehen. Im abschließenden Prozess werden der Massenkörper 41, die Rückstellfeder 7, das Federeinstellelement 6, das Kraftstoff-Filter 31, der O-Ring 32 und der Sicherungsring 33 zusammengebaut.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können folgende Auswirkungen erzielt werden:

1. Das Kraftstoffeinleitungsrohr 40, der feste Kern 1 und der Düsenhalter 18 sind durch Schweißen zu einer einzigen Einheit verbunden, wobei diese Einheit in der vorliegenden Ausführungsform die Kraftstoffdurchflusskanal-Baueinheit ist. Durch Bilden der Kraftstoffdurchflusskanal-Baueinheit in dieser Weise ist es möglich, nur den festen Kern 1, der als Hauptmagnetkreis wirken soll, in einer relativ dicken Form zu gestalten, um einen magnetischen Pfad sicherzustellen, und das Kraftstoffeinleitungsrohr 40 unter Verwendung eines nicht magnetischen Rohrs in einer dünnen Form zu gestalten, da dieses Einleitungsrohr nicht als magnetischer Pfad dient. Es ist außerdem möglich, die Dicke des Düsenhalters 18 zu verringern und die Elemente der Kraftstoffdurchflusskanal-Baueinheit jeweils nach den bestimmten Bedürfnissen auf die geeigneten technischen Daten festzulegen. Zusätzlich können die Elemente der Kraftstoffdurchflusskanal-Baueinheit durch jeweilige Pressbearbeitung bei niedrigen Kosten in Masse produziert werden.
2. Ferner ist es aufgrund dessen, dass das Joch 4 und der feste Kern 1 an der Schweißnaht W5 verbunden sind, auch dann, wenn der Düsenhalter 19 in den festen Kern 1 durch Presspassung eingefügt ist, möglich, die Magnetspalte zur Betätigung des elektromagnetischen Ventils minimal zu halten. Zudem ist der Teilabschnitt des Düsenhalters 18, der an den Abschnitt des magnetischen Pfades des festen Kerns 1 durch Presspassung angefügt und angeschweißt ist, diesem Abschnitt hinzugefügt, weshalb das Leck des magnetischen Flusses von dem Magnetkreis an der Stelle der ringförmigen Nut 18d durch die Zusammenarbeit zwischen dem Vorhandensein dieser Nut 19d, dem nicht magnetisierenden Prozess und dem Vorhandensein des ringförmigen Luftspalts 34 minimal gehalten ist, mit dem Ergebnis, dass die magnetischen Flüsse intensiv zwischen dem unteren Ende des festen Kerns 1 und dem beweglichen Kern geleitet werden und die Eigenschaft des elektromagnetischen Ventils, magnetisch anzuziehen, verbessert werden kann.
3. Da sowohl der Stoß während des Schließens des Kraftstoffeinspritzventils als auch die Rückkehr des Ventilkörpers durch eine doppelte Dämpferstruktur wirksam minimiert wird, kann außerdem eine Sekundäreinspritzung wirksamer als zuvor verhindert werden.

Obwohl die vorliegende Erfindung in der oben dargelegten Ausführungsform anhand des Kraftstoffeinspritzventils nach der Methode der intratubularen Einspritzung veranschaulicht worden ist, kann die Erfindung auch auf ein Kraftstoffeinspritzventil, das sich an einem Lufteinlasskanal befindet, angewandt werden.
Wie oben dargelegt worden ist, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein kompaktes elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil zu schaffen, dessen Abmessungen, vor allem im Durchmesser, verringert sind, das mit einem preiswerten und tauglichen Magnetkreis versehen ist und das eine ausgezeichnete Leistung besitzt, um die Haupteinheit des Kraftstoffeinspritzventils für Einspritzmethoden wie etwa die oben beschriebene Methode der direkten intratubularen Einspritzung geeignet zu machen.

Claims

Elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil, mit einer Nadel (5), die mit einem Ventilkörper (16) ausgerüstet ist, einer Rückstellfeder (7) zum Ausüben einer Federbelastung auf eine Seite des Ventilsitzes der Nadel (5), einer elektromagnetischen Spule (2) und einem Magnetkreis, um die Nadel (5) in einer Öffnungsrichtung des Ventils durch Erregen der elektromagnetischen Spule (2) magnetisch anzuziehen, wobei die Nadel (5) einen beweglichen Kern (14) besitzt, der als ein Element des Magnetkreises wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass: der bewegliche Kern (14) und der Ventilkörper (16) über eine Verbindung (15), die eine Federfunktion hat, verbunden sind, eine Blattfeder (50) in die Nadel (5) eingebaut ist und ein axial beweglicher Massenkörper (41) unabhängig von der Nadel (5) zwischen der Rückstellfeder (7) und der Blattfeder (50) positioniert ist.
Elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, bei dem der bewegliche Kern (14) mit einem oberen axialen Loch für die Einführung des Massenkörpers und mit einem unteren axialen Loch, das einen größeren Durchmesser als das obere axiale Loch hat, versehen ist, die Verbindung aus einem einzelnen Rohr besteht, in das ein oberer rohrförmiger Abschnitt und ein unterer rohrförmiger Abschnitt, der einen kleineren Durchmesser als der obere rohrförmige Abschnitt hat, gegossen sind, der obere rohrförmige Abschnitt in das untere axiale Loch eingepasst ist, der bewegliche Kern (14) und die Verbindung durch Verschweißen miteinander verbunden sind und die Blattfeder (50) sich zwischen einer inneren, gestuften diametralen Oberfläche, die sich zwischen dem oberen axialen Loch und dem unteren axialen Loch des beweglichen Kerns (14) befindet, und der oberen Kante des oberen rohrförmigen Abschnitts der Verbindung befindet, und das obere Ende der Ventilstange der Nadel (5) durch Verschweißen mit dem unteren rohrförmigen Abschnitt der Verbindung verbunden ist und der gestufte Abschnitt zwischen dem oberen rohrförmigen Abschnitt und dem unteren rohrförmigen Abschnitt der Verbindung die oben genannte Federfunktion aufweist.
Elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Loch zum Einleiten von Kraftstoff in die Verbindung vorgesehen ist.