DE69006934T2

DE69006934T2 - Elektromagnetisch betätigtes Ventil.

Info

Publication number: DE69006934T2
Application number: DE69006934T
Authority: DE
Inventors: Louis Harry Weinand
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1989-06-21
Filing date: 1990-05-16
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2010-05-17
Also published as: KR930001981B1; KR910001297A; CA2018239C; BR9002928A; EP0404336A1; AU605060B1; EP0404336B1; JPH0343665A; DE69006934D1; JPH0672584B2; US4978074A; CA2018239A1

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetisch betätigte Ventilanordnung geeignet für eine Verwendung als ein Injektor, der so ausgebildet ist, daß er wie im Oberbegriff von Anspruch 1 spezifiziert eine Kraftstoff-Luft-Ladung direkt in eine Motorverbrennungskammer hinein abgibt, zum Beispiel wie in der DE-A-38 08 671 offenbart.

Hintergrund

Das Vereinigte-Staaten-Patent 4 759 335, erteilt am 26. Juli 1988 auf die Namen von P. W. Ragg, M. L. McKay und R. S. Brooks, und die Internationale Patentanmeldungsveröffentlichung WO 86/00960, veröffentlicht am 13. Februar 1986 auf den Namen von M. L. McKay, zeigen Ausführungsformen eines Injektors, der eine Kraftstoff-Luft-Ladung direkt in die Verbrennungskammer eines Zweitaktmotors hinein abgibt. Der Injektor besitzt ein Ventil, das durch einen Elektromagneten geöf fnet wird, um der Kraftstoff-Luft-Ladung zu erlauben, in die Verbrennungskammer hinein abgegeben zu werden, und welches durch eine Feder gegen einen Sitz geschlossen wird, um eine Abgabe der Kraftstoff-Luft-Ladung zu beenden.
Die Erfahrung mit Injektoren dieser Art hat gezeigt, daß das Ventil eine Tendenz besitzt, wiederholt auf seinen Sitz zu und von diesem weg zu springen, wenn die Feder versucht, das Ventil zu schließen. Infolgedessen beendet der Injektor nicht wie beabsichtigt eine Abgabe der Kraftstoff-Luft- Ladung.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Erfindung schafft eine elektromagnetisch betätigte Ventilanordnung, die aufgebaut ist, um ein Springen des Ventils zu verhindern.
In einer elektromagnetisch betätigten Ventilanordnung wie in der DE-A-38 08 671 offenbart sind der Elektromagnetanker und das Ventil als separate Elemente vorgesehen. Der Anker ist durch eine leichte Feder vorgespannt, um mit dem Ventil in Eingriff zu gelangen. Diese Bauweise kuppelt direkt den Anker und das Ventil wird geöffnet, erlaubt jedoch dem Anker, sich vom Ventil zu trennen, wenn sich das Ventil mit seinem Sitz in Eingriff befindet. Somit wird mit dieser Bauweise die ventilschließende kinetische Energie des Ankers nicht zerstreut, wenn das Ventil mit seinem Sitz in Eingriff gelangt, und ein Ventilspringen ist reduziert.
Eine elektromagnetisch betätigte Ventilanordnung gemäß dieser Erfindung ist durch die Merkmale gekennzeichnet, die im kennzeichnenden Abschnitt des Anspruchs 1 spezifiziert sind.
In einer elektromagnetisch betätigten Ventilanordnung gemäß dieser Erfindung ist ein Anschlag vorgesehen, der aus einem federnden, hochgradig energieabsorbierendem Material wie beispielsweise Viton hergestellt ist, um die kinetische Energie des Ankers zu zerstreuen. Der Anschlag ist vom Anker unter statischen Bedingungen beabstandet und beeinträchtigt demnach nicht die schließende Kraft auf das Ventil oder leidet nicht unter einer Kriech- oder Kompressions-Verformung.
Die Erfindung schafft auch eine elektromagnetisch betätigte Ventilanordnung mit leicht zugänglichen Mitteln zum Einstellen der Kraft, die durch eine ventilschließende Feder ausgeübt wird, die Bewegung des Ventils zwischen seinen geschlossenen und offenen Positionen und des Abstands zwischen dem Anker und dem Anschlag.
Sowohl die Details als auch andere Merkmale und Vorteile zweier Ausführungsformen eines Injektors, der diese Erfindung einsetzt, sind im Rest der Beschreibung dargelegt und in den beigefügten Zeichnungen gezeigt.

Zusammenfassung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines diese Erfindung einsetzenden Injektors mit einer die Ankerenergie zerstreuenden federnden Scheibe.
Figur 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Figur 1, die Details des Oberteils des Ventilschafts, des Ankers, der federnden Scheibe und der Einstellvorrichtungen zeigt.
Figur 3 ist eine Ansicht ähnlich zu Figur 2, die eine weitere Ausführungsform zeigt, in welcher ein federnder Ring die Ankerenergie zerstreut. Figuren 4a und 4b zeigen den Betrieb eines diese Erfindung einsetzenden Injektors.
Figuren 5a und 5b zeigen den Betrieb eines Injektors des Stands der Technik.

Die bevorzuaten Ausführungsformen

Nach zunächst den Figuren 1 und 2 besitzt ein Luft-Kraftstoff-Schienenkörper 10 eine gestufte Bohrung 12, die einen Injektor 14 aufnimmt, der so ausgebildet ist, daß er eine Kraftstoff-Luft-Ladung direkt in die Verbrennungskammer eines Zweitaktmotors (nicht gezeigt) hinein abgibt. Der Injektor 14 schließt eine Elektromagnetspule 16, die in den oberen Abschnitt der Bohrung 12 aufgenommen ist, und eine Düse 18 ein, die in den unteren Abschnitt der Bohrung 12 aufgenommen ist.
Ein oberes Teil der Düse 18 wirkt als eine Führung für einen Schaft 22 eines Ladungs-Abgabeventils 24. Eine Ventilrückholfeder 26 spannt das Ventil 24 vor, um seinen Kopf 24a mit einem Ventilsitz 28 auf einem unteren Ende der Düse 18 in Eingriff zu bringen. Die Feder 26 ist gegen die Düse 18 sitzend angeordnet und wirkt auf eine Ventilschaftkappe 30, die auf das obere Ende des Schafts 22 geschraubt ist. Die Position der Kappe 30 wird auf dem Schaft 22 eingestellt, um die ventilschließende Kraft der Feder 26 zu errichten.
Ein Anker 32 besitzt eine zentrale Bohrung 34, die auf einer Spitze 36 der Kappe 30 geführt wird. Eine Einstellschraube 38 ist in die Bohrung 34 für einen Eingriff mit der Spitze 36 hineingeschraubt.
Die Düse 18 besitzt eine zentrale Bohrung 40 mit einer lateralen Öffnung 42, die mit einem Durchgang 44 im Körper 10 ausgerichtet ist. Der Durchgang 44 nimmt Luft von einem Einlaß 46 und Kraftstoff von einer Kraftstoff-Abmeßvorrichtung 48 auf.
Die Düse 18 ist in einen Halter 50 aufgenommen, der so ausgebildet ist, daß er sich in die Verbrennungskammer des Motors hinein erstreckt.
Wenn die Spule 16 erregt ist, wird der Anker 32 nach unten angezogen und verschiebt, indem er durch die Schraube 38, die Kappe 30 und den Schaft 22 wirkt, den Ventilkopf 24a vom Sitz 28 gegen die Vorspannung der Feder 26. Der Injektor 14 gibt dadurch eine Ladung aus Kraftstoff und Luft vom Durchgang 44 durch die Bohrung 40 in die Verbrennungskammer hinein ab.
Wenn die Spule 16 entregt ist, hebt die Feder 26 die Kappe 30 und den Schaft 22 an, um den Ventilkopf 24a mit dem Sitz 28 in Eingriff zu bringen, wobei zur gleichen Zeit der Anker 32 angehoben wird. Wenn sich jedoch der Ventilkopf 24a mit dem Sitz 28 in Eingriff befindet, veranlaßt die Trägheit des Ankers 32 die Einstellschraube 38, die durch den Anker 32 getragen wird, sich von der Kappe 30 zu trennen, und der Anker 32 setzt seine Aufwärtsbewegung fort. Ein Vorsprung 32a auf dem Anker 32 gelangt dann in Eingriff mit einem Anschlag in der Form einer federnden Scheibe 52 und die kinetische Energie des Ankers 32 wird durch die Scheibe 52 zerstreut.
Der Anker 32 wird zu jedem Zeitpunkt durch die Spitze 36 der Kappe 30 geführt und eine leichte Feder 54 spannt den Anker 32 nach unten vor, um die Einstellschraube 38 wieder mit der Spitze 36 der Kappe 30 in Eingriff zu bringen.
Da der Anker 32 seine Aufwärtsbewegung während der Beaufschlagung des Ventils 24 mit dem Sitz 28 fortsetzt, muß lediglich die kinetische Energie des Ventils 24 (einschließlich der Ventilschaftkappe 30) während der Beaufschlagung des Ventils 24 mit dem Sitz 28 zerstreut werden. Diese kinetische Energie wird zerstreut, ohne daß irgendein wesentliches Springen des Ventils 24 erzeugt wird.
Darüber hinaus gewährleistet ein Verwenden der Scheibe 52, um die kinetische Energie des Ankers 32 zu zerstreuen, daß der Anker 32 das Ventil 24 nicht veranlassen wird, zu springen, wenn die Feder 54 die Ankereinstellschraube 38 wieder mit der Kappe 30 in Eingriff bringt.
Die Scheibe 52 ist auf dem Ende einer Einstellschraube 56 befestigt, die in der Injektorabdeckung 58 angebracht ist. Die Einstellschraube 56 ist eingestellt, um einen geringen Zwischenraum zwischen dem Anker 32 und der Scheibe 52 vorzusehen, wenn sich die Ankerschraube 38 mit der Kappe 30 in Eingriff befindet. Die Federung der Scheibe 52 beeinträchtigt demnach nicht die ventilschließende Kraft, die durch die Feder 26 geschaffen wird, und die Scheibe 52 ist nicht Gegenstand der Kriech- und Kompressions-Verformung, die andernfalls vorkommen könnte, falls sich der Anker 32 kontinuierlich mit der Scheibe 52 in Eingriff befinden würde.
Der Boden des Ankers 32 schließt Unterlagen 60 ein, die sich mit der obersten Platte 62 der Spule 16 in Eingriff befinden, wenn die Spule 16 erregt ist. Die Einstellschraube 38 schafft ein Mittel zum Errichten der gewünschten Abstandslücke zwischen den Unterlagen 60 und der Platte 62, wenn die Spule 16 nicht erregt ist, wodurch die Bewegung der Armatur 32 und infolgedessen die Bewegung des Ventils 24 zwischen seinen geschlossenen und offenen Positionen errichtet wird.
Obwohl die Kraft der Feder 54 der Kraft der Feder 26 entgegenwirkt, ist die Feder 54 leichter als die Feder 26 und demnach nicht wirksam, um das Ventil 24 zu öffnen. Nichtsdestoweniger wird einzusehen sein, daß die ventilschließende Kraft, die durch die Feder 26 geschaffen wird, auch kalibriert werden könnte, indem eine alternative Feder 54 ausgewählt wird, die etwas leichter oder schwerer als die ursprüngliche Feder 54 ist, oder indem eine Einstellvorrichtung für die Kraft, die durch die Feder 54 ausgeübt wird, vorgesehen wird.
Wie in Figur 3 gezeigt, kann die Scheibe 52 durch einen Ring 152 aus einem federnden Material ersetzt werden. Der Ring 152 befindet sich mit einem ringförmigen Bereich 32b auf dem Anker 32 in Eingriff, um die kinetische Energie des Ankers 32 zu zerstreuen, wenn der Anker 32 seine Aufwärtsbewegung fortsetzt, nachdem sich das Ventil 24 mit dem Sitz 28 in Eingriff befindet.
Obwohl Figur 2 die in Kontakt stehenden Flächen der Scheibe 52 und des Ankervorsprungs 32a als eben und parallel ausgebildet zeigt, können sie relativ zueinander mit Konturen versehen sein, um die kinetische Energie des Ankers 32 allmählicher zu zerstreuen. Zum Beispiel liegt wie in Figur 3 gezeigt ein Teil des ringförmigen Bereiches 32b des Ankers 32 unter einem Winkel zum Ring 152, wodurch auf diese Weise die kinetische Energie des Ankers 32 nach und nach zerstreut wird.
Der Nutzen, der durch diese Erfindung geschaffen wird, wird klar aus einem Vergleich der Figuren 4a und 4b, die den Betrieb eines diese Erfindung einsetzenden Injektors zeigen, mit den Figuren 5a und 5b, die den Betrieb eines Injektors des Stands der Technik zeigen.
Der Strom durch die Injektor-Elektromagnetspulen ist entlang der vertikalen Achsen der Figuren 4a und 5a und die Zeit entlang der horizontalen Achsen dargestellt. Für jeden Injektor wurde ein 8-Ampere-Spitzenstrom, gezeigt bei 70, vorgesehen, um das Ventil zu öffnen, ein 2-Ampere-Haltestrom, gezeigt bei 72, wurde vorgesehen, um das Ventil offenzuhalten, und der Strom wurde bei 74 beendet, um das Ventil zu schließen.
Die Position der Injektorventile ist entlang der vertikalen Achsen der Figuren 4b und 5b und die Zeit entlang der horizontalen Achsen dargestellt. Jedes Injektorventil erreichte seine vollständig offene Position 76 kurz bevor sein Strom die 8-Ampere-Spitze 70 erreichte, und erreichte seine geschlossene Position 78 kurz nachdem sein Strom bei 74 beendet wurde.
In diesem Vergleich öffnete sich der in den Figuren 4a und 4b dargestellte Injektor schneller als der in den Figuren 5a und 5b dargestellte Injektor und demgemäß wurde der Strom vom 8-Ampere-Spitzenstrom zum 2-Ampere-Haltestrom früher für den in den Figuren 4a und 4b dargestellten Injektor als für den in den Figuren 5a und 5b dargestellten Injektor reduziert.
Trotz der Differenz in den vertikalen Skalen der Figuren 4b und 5b öffneten sich die Injektorventile tatsächlich gleich weit. Darüber hinaus sollte festgehalten werden, daß die zwei Ventile auch nahezu identische Schließzeiten besaßen.
Wie jedoch deutlich durch die Spitzen 80 dargestellt wird, sprang das Ventil im Injektor des Stands der Technik nach einem anfänglichen Schließen mehrmals auf. Andererseits wies das Ventil im diese Erfindung einsetzenden Injektor lediglich ein, nahezu unwahrnehmbares, Springen 82 auf.
Es wird einzusehen sein, daß diese Erfindung sowohl in anderen Anwendungen als auch in den hier gezeigten Kraftstoff-Luft-Ladungsinjektoren eingesetzt werden kann.

Claims

Eine elektromagnetisch betätigte Ventilanordnung (10) zur Steuerung der Abgabe eines Fluids, wobei die Anordnung umfasst:

einen Ventilsitz (28), ein Ventil (24), das mit dem Ventilsitz (28) in Eingriff treten kann, um eine Fluid-Abgabe durch dieses zu beenden, eine Elektromagnet-Spule (16), einen Anker (32), der zur Verschiebung des Ventils (24) vom Sitz (28) wirksam ist, wenn die Spule (16) erregt wird, eine Ventil-Rückstellfeder (26), die wirksam ist, um das Ventil (24) mit dem Sitz (28) in Eingriff zu bringen, wenn die Spule (16) entregt wird, bei welchem Betrieb sich der Anker (32) von dem Ventil (24) trennt, wenn das Ventil (24) mit dem Sitz (28) in Eingriff kommt und einen Anschlag (52;152), der mit dem Anker (32) in Eingriff gebracht wird, nachdem sich der Anker (32) von dem Ventil (24) trennt, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (52;152), der mit dem Anker (32) in Eingriff gebracht wird, nachdem sich der Anker von dem Ventil (24) trennt, aus einem elastischen, hoch Energie-absorbierenden, gummiartigen Material hergestellt ist, so daß die kinetische Energie des Ankers (32) durch das Eingreifen des Ankers (32) an den elastischen Anschlag (52;152) aufgenommen wird.
2. Eine elektromagnetisch betätigte Ventilanordnung (10) nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß der Anker (32) auf einem Teil des Ventils (24) geführt ist.
3. Eine elektromagnetisch betätigte Ventilanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet. daß der Anschlag eine elastische Scheibe (52) umfasst, die mit dem Anker (32) in Eingriff gebracht wird.
4. Eine elektromagnetisch betätigte Ventilanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag einen elastischen Ring (152) umfasst, der mit dem Anker (32) in Eingriff gebracht wird.
5. Eine elektromagnetisch betätigte Ventilanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Anschlags (52) einstellbar ist.
6. Eine elektromagnetisch betätigte Ventilanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (32) vorgespannt ist, um mit dem Ventil (24) in Eingriff zu treten.
7. Eine elektromagnetisch betätigte Ventilanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (32) eine Einstellschraube (38) umfasst, die die Position des Ankers (32) relativ zu dem Ventil (24) festlegt und dadurch den Abstand zwischen der geschlossenen und offenen Position des Ventils (24) festlegt.
8. Eine elektromagnetisch betätigte Ventilanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (24) einen Ventilkopf (24a), der mit dem Ventilsitz (28) in Eingriff treten kann, um eine Fluid-Abgabe zu beenden, einen Ventilschaft (22) und eine auf den Ventilschaft (22) geschraubte Ventilschaftkappe (30) umfasst; daß der Anker (32) eine auf der Spitze (36) der Kappe (30) geführte Zentral-Bohrung (34) hat; daß eine Feder (54) den Anker (32) vorspannt, um mit der Kappe (30) in Eingriff zu treten; daß die Ventil-Rückstellfeder (26) auf die Kappe (30) wirkt um das Ventil (24) mit dem Sitz (28) in Eingriff zu bringen, wenn die Spule (16) entregt wird und die Position der Kappe (30) auf dem Schaft (22) einstellbar ist, um die von der Ventil-Rückstellfeder (26) an das Ventil (24) angelegte Kraft festzulegen; daß es eine Einstellschraube (56) gibt, die den Anschlag (52) trägt und den Abstand zwischen dem Anschlag (52) und dem Anker (32) festlegt; und daß der Anker (32) eine Einstellschraube (38) hat, die den Eingriff zwischen dem Anker (32) und der Kappe (30) schafft, wobei die Anker-Einstellschraube (38) die Position des Ankers (32) relativ zu dem Ventil (24) festlegt und dadurch den Abstand zwischen der geschlossenen und offenen Position des Ventils (24) festlegt.