DE60314359T2 - Elekromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil mit einem monolithischen rohrförmigen Element für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Einspritzgerät für eine Brennkraftmaschine.
• Ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzgerät umfasst ein Hauptgehäuse mit einem zentralen zylindrischen Hohlraum, der als Kanal für den Kraftstoff fungiert und in einem Ventil endet, das dazu ausgelegt ist, den Kraftstofffluss zu regulieren, und das mit einer beweglichen Klappe versehen ist, die durch ein elektromagnetisches Stellglied gesteuert wird. Das Hauptgehäuse besteht aus ferromagnetischem Material und nimmt eine Spule des elektromagnetischen Stellglieds auf. Ein fest stehender Anker und ein beweglicher Anker des ferromagnetischen Stellglieds sind in dem zentralen Hohlraum angeordnet und sind aus ferromagnetischem Material gefertigt. In Betrieb ist der fest stehende Anker dazu ausgelegt, den beweglichen Anker gegen die Kraft einer Feder magnetisch anzuziehen, um eine Verschiebung der Klappe zu bewirken, welche mechanisch starr mit diesem beweglichen Anker ausgebildet ist. Es versteht sich, dass es aufgrund der Erzeugung einer magnetischen Anziehung zwischen dem fest stehenden Anker und dem sich bewegenden Anker notwendig ist, dass der fest stehende Anker und der sich bewegende Anker von dem durch die Spule erzeugten Magnetfluss durchquert werden.
• In dem Versuch, den freigesetzten Magnetfluss zu verringern, d.h. den von der Spule erzeugten Magnetfluss, der nicht auf dem fest stehenden Anker oder dem sich bewegenden Anker auftrifft, ist mindestens ein Einsatz aus nicht-ferromagnetischem Material (Metall oder Kunststoff) in dem Hauptgehäuse vorgesehen und dazu ausgelegt, für den Durchlass des Magnetflusses eine Barriere zu bilden, so dass dieser Magnetfluss dazu gezwungen wird, durch den festen Anker und den beweglichen Anker zu gehen. Die Herstellung des Einsatzes aus nicht-ferromagnetischem Material erfordert jedoch spezielle Verarbeitung, welche die Kosten des Einspritzgeräts erheblich erhöht; überdies kann es an der Verbindung zwischen dem Einsatz aus nicht-ferromagnetischem Material und dem Hauptgehäuse zu Kraftstoffleckagen kommen.
• In einer Alternative zu der oben beschriebenen Verwendung eines Einsatzes aus nicht-ferromagnetischem Material ist es möglich, das Hauptgehäuse entsprechend zu formen, um Luftspaltzonen zu schaffen, welche dazu ausgelegt sind, dieselbe Funktion des Erzeugens einer Barriere für den Durchlass von Magnetflusses auszuüben, um diesen Magnetfluss dazu zu zwingen, durch den fest stehenden Anker und den beweglichen Anker zu gehen. Die Herstellung dieser Luftspaltzonen in dem Hauptgehäuse ist jedoch aufwändig und komplex.
• Aus US 2002130206 ist ein Kraftstoffeinspritzgerät bekannt, welches ein rohrförmiges Gehäuse mit einem axialen Kraftstoffdurchlass umfasst; in dem Kraftstoffdurchlass sind ein Ventilsitzelement, ein Kernzylinder und ein dazwischen axial beweglich angeordnetes Ventilelement angeordnet, welches dem Kernzylinder mit einem Luftspalt gegenüberliegt. Ein elektromagnetisches Stellglied wirkt mit dem Gehäuse, dem Ventilelement und dem Kernzylinder zusammen und bildet ein Magnetfeld, welches bei Beaufschlagung mit Energie das Ventilelement gegen eine Feder zwischen dem Ventilelement und dem Kernzylinder in eine geöffnete Position drängt. Das Gehäuse enthält einen Widerstandsabschnitt, der einen zunehmenden magnetischen Widerstand erzeugt und es dem Magnetfeld gestattet, sich bis zu dem Ventilelement und dem Kernzylinder durch den Luftspalt zu erstrecken; der Widerstandsabschnitt weist eine verringerte radiale Dicke und eine sich über den Luftspalt erstreckende axiale Länge auf. Aus JP2000206468 ist ein Einspritzport bekannt, der durch ein Ventilelement geöffnet und geschlossen wird, und ein mit den hinteren Ende eines beweglichen Körpers verbundener Anker, an dem das Ventilelement befestigt ist; ein befestigter Kern ist in dem magnetischen Rohr an einer Position gegenüber einer rückwärtigen Endfläche des Ankers angeordnet. Das Ventilelement wird in der Schließrichtung durch eine Spulenfeder mit Energie beauf schlagt und eine Magnetspule ist außerhalb des magnetischen Rohrs angeordnet; das magnetische Rohr ist insgesamt aus magnetischem Material gebildet.
• Aus WO 9419599 ist ein Kraftstoffeinspritzgerät bekannt, welches eine Ventil-Anker-Kombination aufweist, die mittels Anschweißen eines magnetisch relativ durchlässigeren Ankerelements an ein magnetisch relativ weniger durchlässigen Ankerelements gefertigt wird. Das Ventilelement enthält einen Dichtungsring und einen Auflagering, wobei der letztere durch Brennstoffdurchlasslöchern in dem Ventilelement in Umfangsrichtung unterbrochen ist, und der erstere nicht-symmetrisch ist, so dass magnetische Öffnungskraft das Öffnen des Ventilankers bewirkt, indem er um eine durchgängig umfängliche Position an dem Ventilelement kippt.
• Aus der US 6 464 153 ist ein Brennstoffeinspritzgerät für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der Bauteile außerhalb des rohrförmigen Körpers an dem Körper positioniert, damit verbunden und daran gehalten werden, und wobei der rohrförmige Körper strukturell verstärkt ist, indem er mit einer aus einem strukturelle adhäsiven Polymer gebildeten Formhülse zusammen eingekapselt ist.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines elektromagnetischen Brennstoffeinspritzgeräts für eine Brennkraftmaschine, welches die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweist und das insbesondere einfach und ökonomisch in der Herstellung ist.
• Die vorliegende Erfindung betrifft daher ein elektromagnetisches Brennstoffeinspritzgerät für eine Brennkraftmaschine in Übereinstimmung mit Anspruch 1.
• Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, welche eine nicht-einschränkende Ausführungsform davon zeigen, und in denen:
• 1. eine schematische Seiten- und Querschnittansicht entlang einer ersten Schnittebene eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzgeräts ist; und
• 2 eine vergrößerte Querschnittansicht entlang einer zweiten Schnittebene (senkrecht zu der ersten Schnittebene) ist, wobei der Klarheit halber einige Teile entfernt worden sind, eines elektromagnetischen Stellglieds des Einspritzers aus 1, in der die Linien des durch eine Spule eines elektromagnetischen Stellglieds erzeugten Magnetflusses gezeigt werden.
• In 1 wird das Brennstoffeinspritzgerät allgemein mit 1 bezeichnet und ist im Wesentlichen um eine Achse 2 zylindrisch symmetrisch und ist dazu ausgelegt, so gesteuert zu werden, dass es Brennstoff aus seiner Brennstoffdüse 3 einspritzt. Das Einspritzgerät 1 umfasst ein Hauptgehäuse 4, welches im Wesentlichen aus ferromagnetischem Material gebildet ist und welches entlang seiner gesamten Länge einen zentralen zylindrischen Hohlraum 5 aufweist, welcher dazu ausgelegt ist, als Kanal für den Brennstoff zu fungieren, und der in der Einspritzdüse 3 endet; das Ende des zylindrischen Hohlraums 5 wird durch ein Ventil 6 verschlossen, welches einen Ventilsitz 7 mit einer zentralen Einspritzbohrung 8 aufweist, welches die Einspritzdüse 3 und ein Verschlusselement 9 definiert, die sich zwischen einer die zentrale Bohrung 8 zum Regulieren des Brennstoffflusses durch die Einspritzdüse 3 öffnenden und dieses verschließenden Position bewegen kann. Das Verschlusselement 9 umfasst eine bewegliche Platte 10, die mindestens eine periphere Versorgungsbohrung 11 und ein Dichtelement 12 aufweist, welches kreisförmig ist, von der Platte 10 vorsteht und dazu ausgelegt ist, die Versorgungsbohrung 11 von der Einspritzbohrung 8 zu trennen, wenn das Verschlusselement 9 sich in der an dem Ventilsitz 7 anliegenden geschlossenen Position angeordnet ist.
• Das Hauptgehäuse 1 nimmt weiterhin ein elektromagnetisches Stellglied 13 auf, welches durch eine (nicht gezeigte) Steuereinheit über ein elektrisches Kabel 14 versorgt wird, damit das Verschlusselement 9 des Ventils 6 zwischen der dieses Ventil 6 öffnenden und der dieses schließenden Position verschoben wird. Das elektromagnetische Stellglied 13 umfasst eine koaxial um den zylindrischen Hohlraum 5 angeordnete Spule 15, welche in einem Ringgehäuse 16 aus Kunststoffmaterial eingeschlossen ist, einen fest stehenden Anker 17, der magnetisch mit der Spule 15 gekoppelt ist und aus ferromagnetischem Material besteht, und einen beweglichen Anker 16, der aus einem ferromagnetischem Material besteht, mechanisch mit der Klappe 9 gekoppelt und dazu ausgelegt ist, von dem fest stehenden Anker gegen die Wirkung einer Feder 19 angezogen zu werden; die Feder 19 wird insbesondere zwischen einem Aufleger 20, der fest mit dem fest stehenden Anker 17 verbunden ist, und der Platte 10 des Verschlusselements 9 zusammengedrückt und drängt die Platte 10 des Verschlusselements 9 tendenziell gegen den Ventilsitz 7, um das Ventil 6 in der geschlossenen Position zu halten.
• Der fest stehende Anker 17 und der bewegliche Anker 19 des elektromagnetischen Stellglieds weisen jeweilige zentrale Bohrungen 21 und 22 auf, welche zueinander koaxial sind, dieselbe Abmessung aufweisen und beide dazu ausgelegt sind, die Feder 19 mit dem jeweiligen Aufleger 20 aufzunehmen und das Strömen von Brennstoff zu dem Ventil 6 zu ermöglichen; dazu weist der Aufleger 20 eine zentrale Durchgangsbohrung 23 auf. Die Platte 10 der Klappe 9 ist an eine Wand des beweglichen Ankers 18 geschweißt, so dass ihre eigene Versorgungsbohrung in Verbindung mit der zentralen Bohrung 22 des beweglichen Ankers 18 gebracht wird.
• Schließlich umfasst der Einspritzer 1 ein monolithisches rohförmiges Teil 24, welches aus einem ferromagnetischem Material besteht, eine axiale Länge aufweist, die im Wesentlichen gleich der axialen Länge des zentralen zylindrischen Hohlraums 5 ist und koaxial mit diesem zentralen zylindrischen Hohlraum 5 angeordnet ist, um intern den festen Anker 17, den beweglichen Anker 18, die Feder 19 und das Ventil 6 aufzunehmen.
• Wenn die Spule 15 des elektromagnetischen Stellglieds 13 im Betrieb nicht angeregt ist, trifft auf den festen Anker 17 und den sich bewegenden Anker 18 im Wesentlichen kein Magnetfeld auf und daher übt der feste Anker 17 keine Anziehungskraft auf den beweglichen Anker 18 aus, welcher durch die Feder 19 gegen das Ventil 6 gedrängt wird; in dieser Situation wird die Platte 10 des Verschlusselementes 9 in den Kontakt gegen den Ventilsitz 7 gedrängt und der Brennstoff kann daher nicht durch die Einspritzbohrung 8 strömen (geschlossene Position von Ventil 6). Wenn die Spule 15 des elektromagnetischen Stellglieds 13 angeregt ist, wird ein Magnetfeld erzeugt und trifft auf den festen Anker 17 und den beweglichen Anker 18 auf, welcher durch den festen Anker 17 zusammen mit dem Verschlusselement 9 magnetisch angezogen wird, wodurch das Durchströmen von Brennstoff durch die Einspritzbohrung 8 ermöglicht wird (geöffnete Position des Ventils 6).
• In 2 werden bei Buchstabe A Feldlinien bezüglich eines freigesetzten Magnetflusses gezeigt, d.h. ein durch die Spule 16 erzeugter Magnetfluss, der nicht auf den festen Anker 17 oder den beweglichen Anker 18 auftrifft, und Buchstabe B zeigt Feldlinien bezüglich eines Betriebsmagnetflusses, d.h. eines Magnetflusses, der von der Spule 16 erzeugt wird und auf den fest stehenden Anker 17 oder den beweglichen Anker 18 auftrifft. Durch entsprechende Abmessung der beiden Abschnitte des rohrförmigen Elements 24 bezüglich des Abschnitts des fest stehenden Ankers 17 und des beweglichen Ankers und der Positionierung des fest stehenden Ankers 17 und des beweglichen Ankers 18 bezüglich der Spule 15 kann die Menge des freigesetzten Magnetflusses auf einen sehr niedrigen Wert reduziert werden, wodurch die Menge des Betriebsmagnetflusses verbessert wird. Experimentelle Tests haben gezeigt, dass insbesondere bei Verwendung eines Verhältnisses von 1:4 zwischen dem Abschnitt des rohrförmigen Elements 24 und dem Abschnitt des festen Ankers 17 und des beweglichen Ankers 18 die Menge des freigesetzten Magnetflusses 20% der Gesamtmenge des durch die Spule 15 erzeugten Magnetflusses nicht übersteigt.
• Um die Menge des freigesetzten Magnetflusses weiter zu verringern, sind der fest stehende Anker 17 und der bewegliche Anker 18 erfindungsgemäß aus einem ersten ferromagnetischem Material geformt und das rohrförmige Element 24 ist aus einem zweiten ferromagnetischem Material mit einer magnetischen Durchlässigkeit, die geringer als die des ersten ferromagnetischen Materials ist, gefertigt.
• Infolge des Vorhandenseins des rohrförmigen Gehäuses 24 ist das Einspritzgerät 1 einfach und ökonomisch in der Herstellung und gleichzeitig werden Brennstoffleckagen verhindert, während die Menge des freigesetzten Magnetflusses auf einem niedrigen Niveau gehalten wird.

Claims (10)

1. Elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzgerät (1) für einen Verbrennungsmotor; umfassend ein Hauptgehäuse (4) mit einem zentralen zylindrischen Hohlraum (5), der so geformt ist, dass er als Kanal für den Kraftstoff dient, ein Ventil (6), das so angeordnet ist, dass es ein Ende des zentralen zylindrischen Hohlraums (5) schließen kann, um den Kraftstofffluss zu regulieren, und das mit einer beweglichen Klappe (9) ausgestattet ist, und ein elektromagnetisches Stellglied (13), das mit einer Spule (15) ausgestattet ist, die koaxial um den zentralen zylindrischen Hohlraum (5) herum angeordnet ist, einen fest stehenden Anker (17) aus ferromagnetischem Material und einem beweglichen Anker (18) aus ferromagnetischem Material, der mit der Klappe (9) verbunden ist und so konstruiert ist, dass er vom fest stehenden Anker (17) gegen die Kraft einer Feder (19) magnetisch angezogen wird; das Einspritzgerät (1) ferner umfassend ein monolithisches röhrenförmiges Teil (24), das aus ferromagnetischem Material hergestellt ist, das koaxial im zentralen zylindrischen Hohlraum (5) des Hauptgehäuses (4) angeordnet ist und das den fest stehenden Anker (17) und den beweglichen Anker (18) des elektromagnetischen Stellglieds (13) aufnimmt; der fest stehende Anker (17) und der bewegliche Anker (18) sind aus einem ersten ferromagnetischem Material hergestellt, dadurch gekennzeichnet, dass das röhrenförmige Teil (24) aus einem zweiten ferromagnetischen Material hergestellt ist, das eine geringere magnetische Permeabilität aufweist als das erste elektromagnetische Material.
2. Einspritzgerät (1) nach Anspruch 1, bei dem das monolithische röhrenförmige Teil (24) eine axiale Länge aufweist, die im Wesentlichen mit der axialen Länge des zentralen zylindrischen Hohlraums (5) identisch ist.
3. Einspritzgerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das monolithische röhrenförmige Teil (24) die Feder (19) des elektromagnetischen Stellglieds (13) aufnimmt.
4. Einspritzgerät (1) nach Anspruch 3, bei dem der fest stehende Anker (17) und der bewegliche Anker (18) des elektromagnetischen Stellglieds (13) entsprechende Bohrungen (21, 22) aufweisen, die koaxial sind, die gleichen Abmessungen besitzen und die Feder (19) des elektromagnetischen Stellglieds (13) aufnehmen.
5. Einspritzgerät (1) nach Anspruch 4, bei dem die Feder (19) des elektromagnetischen Stellglieds (13) zwischen der Klappe (9) und einem gebohrten Auflager (20) zusammengedrückt ist, die in einer fixierten Position in der zentralen Bohrung (21) des fest stehenden Ankers (17) angeordnet ist.
6. Einspritzgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das monolithische röhrenförmige Teil (24) das Ventil (6) aufnimmt.
7. Einspritzgerät (1) nach Anspruch 6, bei dem die Klappe (9) des Ventils (6) an einer Wand des beweglichen Ankers (18) des elektromagnetischen Stellglieds (13) angeschweißt ist.
8. Einspritzgerät (1) nach Anspruch 7, bei dem das Ventil (6) einen Ventilsitz (7) mit einer zentralen Einspritzbohrung (8) umfasst, die Klappe (9) eine Platte (10) umfasst, die mindestens eine periphere Versorgungsbohrung (11) und ein kreisförmiges Dichtteil (12) besitzt, das von der Platte (10) hervorsteht und so geformt ist, dass die Versorgungsbohrung (11) von der Einspritzbohrung (8) isoliert ist, wenn die Klappe (9) dazu gebracht wird, am Ventilsitz (7) anzuliegen.
9. Einspritzgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend einen Zerstäuber, der mit dem Ventil (6) verbunden ist.
10. Einspritzgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zwischen der Sektion des röhrenförmigen Teils (24) und der Sektion des fest stehenden Ankers (17) und des beweglichen Ankers (18) ein Verhältnis von 1:4 besteht.