DE69829724T2 - Solenoid eines Brennstoffeinspritzventils mit gelochtem Anker - Google Patents
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Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Brennstoffeinspritzvorrichtungen, und genauer gesagt auf ein Brennstoffeinspritzventil, das einen Aktuator in der Form eines Solenoids verwendet.
- Stand der Technik
- Motoren, bei denen der Brennstoff eingespritzt wird, verwenden Brennstoffeinspritzventile, von denen jedes eine abgemessene Menge an Brennstoff während eines jeden Motorenzyklus zu einem zugeordneten Motorzylinder fördert. Frühere Brennstoffeinspritzventile waren vom mechanisch oder hydraulisch betätigten Typ mit entweder mechanischer oder hydraulischer Steuerung der Brennstoffförderung. In letzter Zeit sind elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzventile entwickelt worden. In dem Falle eines elektronischen Einheitseinspritzventils wird Brennstoff mit Hilfe einer Transferpumpe zu dem Einspritzventil gefördert. Das Einspritzventil weist einen Kolben auf, der von einem durch einen Nocken angetriebenen Kipphebel bewegt werden kann, um den Brennstoff, der von der Transferpumpe gefördert wird, auf einen hohen Druck zu komprimieren. Ein elektrisch betriebener Mechanismus, der entweder außerhalb des Einspritzventilkörpers getragen oder innerhalb des Einspritzventilkörpers angeordnet ist, wird dann betätigt, um eine Brennstoffförderung zu dem zugeordneten Motorenzylinder zu bewirken.
- Frühere Designs von Brennstoffeinspritzventilen haben Hochdruck-Brennstoffkanäle aufgewiesen, die sich um eine zentrale Vertiefung, die eine Solenoidspule und einen Solenoidanker enthält, herum erstrecken. Da die Gesamtgröße des Brennstoffeinspritzventils begrenzt ist, muss auch die Größe des Solenoids begrenzt sein, wodurch die verfügbare Solenoidkraft unerwünscht verringert wird. Des Weiteren muss der Hoch druck-Brennstoffkanal Wendungen und Biegungen umfassen, damit er sich nicht mit der Solenoidvertiefung kreuzt, wodurch die Bildung der Kanäle komplizierter gemacht wird und die Verwendung von Pfropfen erforderlich wird, die dazu dienen, Teile der Kanäle nach der Bildung dicht zu machen. Auf Grund der Vergrößerung der Pfadlänge der Brennstoffkanäle müssen relativ große Kräfte auf die verschiedenen Bauteile ausgeübt werden, um eine ordentliche Abdichtung zu erzielen, wodurch Verbiegungen der Bauteile herbei geführt werden, die die verschiedenen Komponenten unerwünscht beeinträchtigen kann.
- Ein Solenoid eines Brennstoffeinspritzventils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist zum Beispiel in der US-A-3 669 361 offenbart. Jedoch verläuft bei diesem Solenoid eines Brennstoffeinspritzventils längs der zentralen Achse des Einspritzventils und daher durch die zentrale Bohrung des Ankers.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Gemäß einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Solenoid eines Brennstoffeinspritzventils gemäß dem Gegenstand des Anspruchs 1 zur Verfügung. Andere Aspekte sind in den abhängigen Ansprüchen, in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen dargelegt.
- In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform weist der Brennstoffkanal ein Rohr, das sich durch den Stator hindurch erstreckt, und eine fluchtende Bohrung in einem Bauteil auf, das sich durch den Anker hindurch erstreckt. Das Rohr ist vorzugsweise unter Kompression zwischen dem Bauteil und einem Schaft angeordnet.
- In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Rückschlagfeder in einer Federvertiefung angeordnet und ist der Brennstoffkanal außerhalb der Federvertiefung angeordnet.
- In Übereinstimmung mit einer alternativen Ausführungsform ist eine Rückschlagfeder in einer Federvertiefung angeordnet und ist der Brennstoffkanal innerhalb der Rückschlagfeder angeordnet.
- In Übereinstimmung mit einem alternativen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Solenoid eines Hochdruck-Brennstoffeinspritzventils einen Anker, einen Stator, der zu dem Anker auf einer ersten Seite des Ankers benachbart ist und der in seinem Inneren eine Solenoidspule hat, und ein Bauteil auf, das zu dem Anker auf einer zweiten Seite des Ankers benachbart ist, die der ersten Seite gegenüber liegt. Ein Brennstoffkanal ist getrennt von dem Anker und erstreckt sich durch den Stator und den Anker hindurch und weist ein Rohr, das sich durch den Stator hindurch erstreckt, und eine fluchtende Bohrung in dem Bauteil auf. Der Stator und der Anker definieren eine zentrale Achse, und der Brennstoffkanal ist von der zentralen Achse versetzt, und der Anker ist relativ zu dem Brennstoffkanal beweglich als Reaktion auf einen Strom, der der Solenoidspule zugeführt wird.
- Der vorliegende Solenoid eines Brennstoffeinspritzventils erlaubt es, dass Brennstoffleitungen gerader und kürzer gemacht werden können, wodurch deren Herstellung einfacher gemacht wird und eine erwünschte Verringerung der Kraft, die für eine ordentliche Abdichtung der Bauteile erforderlich ist, herbei geführt wird. Unerwünschte Verbiegungen von Bauteilen werden daher vermieden. Des Weiteren kann die Größe des Solenoids für eine vorgegebene Hülle des Einspritzventils vorteilhaft vergrößert werden, und/oder es kann die Größe des gesamten Einspritzventils verringert werden, ganz wie es gewünscht wird.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist ein Aufriss eines Einspritzventils, das die vorliegende Erfindung zusammen mit einer Nockenwelle und einem Kipphebel umfasst, und stellt des Weiteren ein Blockdiagramm einer Transferpumpe und einer Treiberschaltung zum Steuern des Brennstoffeinspritzventils dar; -
2 ist eine geschnittene Ansicht des Brennstoffeinspritzventils der1 ; -
3 ist eine vergrößerte, zum Teil geschnittene Ansicht des Brennstoffeinspritzventils der2 und stellt den Solenoid, ein Hochdruck-Überströmventil und ein DOC-Ventil mit mehr Details dar; -
4 ist ein Wellenform-Diagramm, das die Wellenformen des Stroms darstellt, der der Solenoidspule der3 und4 zugeführt wird; -
5 ist eine isometrische Explosionsansicht des Ankers und des DOC-Bauteils der3 und4 ; und -
6 ist eine vergrößerte, zum Teil geschnittene Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung
- Wie in der
1 zu erkennen ist, ist ein Teil eines Brennstoffsystems10 gezeigt, das für einen Diesel-Zyklus-Verbrennungskolbenmotor mit Direkteinspritzung angepasst ist. Es sollt jedoch verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung auch auf andere Typen von Motoren angewendet werden kann, wie zum Beispiel auf Rotationsmotoren oder auf Motoren mit modifiziertem Zyklus, und dass der Motor eine oder mehr Motor-Verbrennungskammern oder Zylinder enthalten kann. Der Motor weist wenigstens einen Zylinderkopf auf, und jeder Zylinderkopf definiert eine oder mehr separate Einspritzbohrungen, von denen jede ein Einspritzventil20 gemäß der vorliegenden Erfindung aufnimmt. - Das Brennstoffsystem
10 weist des Weiteren eine Vorrichtung22 , die dazu dient, Brennstoff zu jedem Einspritzventil20 zu fördern, eine Vorrichtung24 , die dazu dient, zu bewirken, dass jedes Einspritzventil20 Brennstoff unter Druck setzt, und eine Vorrichtung26 auf, die dazu dient, jedes Einspritzventil20 elektronisch zu steuern. - Die Brennstoff-Förder-Vorrichtung
22 weist vorzugsweise einen Brennstofftank28 , einen Brennstoff-Förder-Kanal30 , der in Fluidverbindung zwischen dem Brennstofftank und dem Einspritzventil20 angeordnet ist, eine Brennstoff-Transferpumpe32 für relativ niedrigen Druck, einen oder mehr Brennstofffilter34 und einen Brennstoff-Ablauf-Kanal36 auf, der in Fluidverbindung zwischen dem Einspritzventil20 und dem Brennstofftank28 angeordnet ist. Falls es gewünscht wird, können Brennstoffkanäle in dem Kopf des Motors vorgesehen sein, die in Fluidverbindung mit dem Brennstoffeinspritzventil20 und einem der Kanäle30 und36 oder beiden Kanälen30 und36 steht. - Die Vorrichtung
24 kann jedes mechanisch betätigte Gerät oder hydraulisch betätigte Gerät sein. Bei der gezeigten Ausführungsform wird eine Stößel-und-Plunger-Einheit50 , die dem Einspritzventil20 zugeordnet ist, indirekt oder direkt durch einen Nockenhöcker52 einer Motorgetriebenen Nockenwelle54 mechanisch betätigt. Die Nockenhöcker52 treibt eine schwenkbare Kipphebeleinheit64 an, die ihrerseits die Stößel-und-Plunger-Einheit50 hin und her bewegt. Alternativ kann eine (nicht gezeigte) Schubstange zwischen der Nockenhöcker52 und der Kipphebeleinheit64 angeordnet sein. - Die elektronische Steuervorrichtung
26 weist vorzugsweise ein elektronisches Steuermodule (ECM)66 auf, die folgendes steuert: (1) den Zeitpunkt der Brennstoffeinspritzung; (2) die gesamte Brennstoffeinspritzmenge während eines Einspritzzyklus; (3) den Druck der Brennstoffeinspritzung; (4) die Anzahl der separaten Einspritzsegmente während eines jeden Einspritzzyklus; (5) das Zeitintervall oder die Zeitintervalle zwi schen den Einspritzsegmenten; und (6) die Brennstoffmenge, die während eines jeden Einspritzsegments eines jeden Einspritzzyklus abgegeben wird. - Vorzugsweise ist jedes Einspritzventil
20 eine Pumpe-Düse20 , die in einem einzigen Gehäuse Vorrichtungen umfasst, die sowohl dazu dienen, den Brennstoff auf einen hohen Pegel (zum Beispiel 207 MPa (30.000 psi)) zu komprimieren, als auch dazu, den komprimierten Brennstoff in einen zugeordneten Zylinder zu spritzen. Obwohl das Einspritzventil als eine Pumpe-Düse20 gezeigt ist, könnte es alternativ auch von einer modularen Konstruktion sein, bei der die Brennstoff-Einspritz-Vorrichtung separat von der Brennstoff-Komprimier-Vorrichtung ist. - Wie in den
2 und3 zu erkennen ist, weist das Einspritzventil20 ein Gehäuse74 , einen Düsenabschnitt76 , einen elektrischen Aktuator78 , ein Überströmventil80 , eine Überströmventil-Feder81 , einen Plunger82 , der in einer Plungervertiefung83 angeordnet ist, ein Sperrglied84 , eine Sperrglied-Feder86 , ein Rückschlagventil oder Ventil mit direkt betriebenem Sperrglied (DOC)88 und eine DOC-Feder90 . Die Überströmventil-Feder81 übt eine erste Federkraft aus, wenn sie komprimiert wird, wohingegen die DOC-Feder90 eine zweite Federkraft, die größer als die erste Federkraft ist, ausübt, wenn sie komprimiert wird. - Der elektrische Aktuator
78 weist einen Solenoid100 , der einen Stator102 umfasst, und eine Anker-Einheit in Form eines einzelnen Ankers104 auf. Eine Schraube106 und eine Unterlegscheibe108 stützen sich an einem zylindrischen Glied110 ab, das sich seinerseits an dem Anker104 abstützt. Die Schraube106 erstreckt sich des Weiteren durch ein Paar von zusätzlichen Unterlegscheiben112 ,114 hindurch bis in eine Gewindebohrung116 in einem Ventilschaft oder einer Spindel118 des DOC-Ventils88 hinein. (Die Unterlegscheibe114 umgibt auch die Spindel118 ). - Die DOC-Feder
90 ist unter Kompression zwischen einer Oberfläche120 des Ankers104 und einem DOC-Feder-Vorspannungs-Abstandhalter122 angeordnet, der an der Unterlegscheibe108 anstößt. Ein zylindrischer Überströmventil-Abstandhalter126 ist zwischen dem Abstandhalter122 und einem Schulterbereich128 des Überströmventils80 angeordnet. Der DOC-Feder-Vorspannungs-Abstandhalter122 kann über dem zylindrischen Glied110 axial verschoben werden. - Die
5 stellt den Anker104 in größerem Detail zusammen mit einem DOC-Ventil-Bauteil129 dar, das unter dem Anker104 angeordnet ist, wie in den2 und3 zu sehen ist. Wie vor Allem in der5 zu erkennen ist, weist der Anker104 eine Speichenkonfiguration auf, die einen zylindrischen äußeren Teil130 und erste und zweite Kreuzbeine132 ,134 umfasst. Erste bis vierte Hohlräume oder Zwischenräume136a –136d sind zwischen dem Kreuzbeinen132 ,134 gebildet und weisen eine Größe auf, um dazu passende Vorsprünge138a –138d aufzunehmen, die an dem DOC-Ventil-Bauteil129 ausgebildet sind und sich von einer oberen Oberfläche diese DOC-Ventil-Bauteils129 nach oben erstrecken. Dieser Zustand ist in den2 und3 gezeigt. - Falls es gewünscht wird, kann eine andere Anzahl von Hohlräumen oder Zwischenräumen eine gleich Anzahl von dazu passenden Vorsprüngen
138 aufnehmen. - Wie wieder in der
5 zu erkennen ist, ist ein zentrales Loch142 in dem Anker104 mit einer zentralen Bohrung oder einem zentralen Kanal144 in dem DOC-Ventil-Bauteil129 ausgerichtet, die ihrerseits die Spindel118 des DOC-Ventils88 empfängt. - Wie in den
2 ,3 und5 zu sehen ist, erstreckt sich ein Brennstoffkanal152 durch das DOC-Ventil-Bauteil129 hindurch und weist eine obere Endöffnung auf einer oberen Oberfläche153 des Vorsprungs138a auf. Das DOC-Ventil-Bauteil129 weist des Weiteren einen Kreuzkanal154 auf, der in Fluidverbindung mit dem Brennstoffkanal152 und der zentralen Bohrung144 steht. - Der Solenoidstator
102 umgibt einen Träger160 , in dessen Inneren eine Hochdruckfluid-Leitung162 angeordnet ist. Die Leitung162 weist einen inneren Durchmesser von im Wesentlichen derselben Größe wie der innere Durchmesser des Brennstoffkanals152 auf und ist mit diesem ausgerichtet, wenn die Teile zusammen gebaut sind, wie es in den2 und3 gezeigt ist. Der Träger160 , das DOC-Ventil-Bauteil129 , eine Körperführung159 , erste und zweite Ringglieder161 ,163 und ein Spitzenglied164 sind unter Kompression zwischen einem Schaft156 und dem Gehäuse74 angeordnet, so dass die untere Oberfläche des Trägers160 und die oberen Oberflächen der Vorsprünge138a –138d des DOC-Ventil-Bauteils129 sich gegen einander mit ausreichender Kraft abstützen, um eine Leckage von Brennstoff aus der Leitung162 und dem Brennstoffkanal152 heraus zu verhindern. - Industrielle Anwendbarkeit
- Nach dem Zusammenbau kann der Anker
104 zu dem Solenoidstator102 hin relativ zu dem DOC-Ventil-Bauteil129 und dem Solenoidstator102 axial bewegt werden, was als Reaktion darauf geschieht, dass einer Solenoidwindung oder Spule168 Strom durch eine Treiberschaltung170 zugeführt wird. Genauer gesagt wird, wie zudem in der4 zu erkennen ist, eine erste Wellenform172 der Windung168 zugeführt, wodurch bewirkt wird, dass der Anker104 die Kraft der Überströmventil-Feder81 überwindet, aber nicht die Kraft, die durch die DOC-Feder90 ausgeübt wird. Als ein Ergebnis wird das Überströmventil80 nach oben in eine geschlossene Position bewegt. Die Bewegung des Überströmventils80 wird durch das Fluid gedämpft, das durch eine Dämpfungsöffnung175 fließt. Des Weiteren wird zu dieser Zeit das DOC-Ventil88 aus einer unteren Position nach oben in eine Zwischenposition bewegt, in der das DOC-Ventil noch offen ist. Als Nächstes wird eine zweite Strom-Wellenform174 von größerer Stärke der Windung168 zugeführt, wodurch bewirkt wird, dass der Anker104 die Kraft der DOC-Feder90 überwindet und das DOC-Ventil88 aus der Zwischenposition nach oben in eine obere, geschlossene Position bewegt. Während der Bewegung des Ankers104 , kann Fluid, das in dem Zwischenraum um den Anker104 herum vorhanden ist, in die Zwischenräume136a –136d zwischen den Kreuzarmen132 ,134 und den Vorsprüngen138a –138d fließen. Daher kann sich der Anker104 schnell bewegen, um einen schnellen Betrieb des Einspritzventils zu ermöglichen. - Die vorliegende Erfindung hat die folgenden Vorteile:
- 1)
Die Hochdruckfluid-Kanäle
162 erstrecken sich durch den Anker hindurch, wodurch es ermöglicht wird, dass der Solenoid und der Anker einen größeren Durchmesser haben, und wodurch eine maximale Solenoidkraft für eine vorgegebene Einspritzventil-Hülle erreicht wird; - 2) Die gesamte Fläche
der Oberfläche
des DOC-Ventil-Bauteils
129 , die sich gegen den Träger160 abstützt, wird verringert im Vergleich zu früheren Designs, was zu einer Verringerung der erforderlichen Abdichtungskraft führt; - 3) Da der Brennstoffpfad gerade und relativ kurz gehalten wird, kann die Verbiegung von Bauteilen unter den kombinierten Kräften minimiert werden, die während des Zusammenbaus und Betriebs ausgeübt werden;
- 4) Die Hohlräume
136a –136d zwischen den Kreuzarmen132 ,134 stellen Ablaufpfade zur Verfügung, und als Folge werden für diesen Zweck keine separaten Bohrungen benötigt; - 5) Die Hohlräume
136a –136d ermöglichen es des Weiteren, dass sich der Anker104 schnell durch das Fluid bewegen kann, ohne dass andere Öffnungen benötigt werden, um dieses Ergebnis zu erzielen. - Falls es gewünscht wird, kann das Design, das in den
2 und3 gezeigt ist, so abgeändert werden, wie es in der6 gezeigt ist, so dass der Brennstoff durch einen Kanal180 fließt, der im Inneren einer Federvertiefung182 angeordnet ist, die eine Sperrglied-Feder184 in der Körperführung159 enthält. Die Sperrglied-Feder184 stützt sich gegen ein Speichen-Antriebsglied186 ab, das ähnlich dem Anker104 ist und sich gegen das Sperrglied84 abstützt. Eine Körperführung188 weist einen oberen Teil190 auf, der Vorsprünge192 hat, die ähnlich zu den Vorsprüngen138 des DOC-Ventil-Bauteils129 sind. Die Körperführung188 ist unter abdichtender Kompression zwischen einem Spitzenglied193 und dem DOC-Ventil-Bauteil129 derart platziert, dass die oberen Oberflächen der Vorsprünge192 sich gegen eine untere Oberfläche194 des DOC-Ventil-Bauteils129 abstützen. Des Weiteren erstrecken sich die Vorsprünge192 durch Öffnungen in dem Speichen-Antriebsglied186 hindurch, und der Kanal180 erstreckt sich durch einen der Vorsprünge192 und durch den Rest der Körperführung188 hindurch bis hin zu dem Kanal, der das Sperrglied84 enthält. Da der Brennstoffkanal180 im Inneren der Federvertiefung182 angeordnet ist, kann eine weitere vorteilhafte Verringerung in der Einspritzventilgröße erreicht werden. Darüber hinaus kann eine größere Sperrglied-Feder mit Vorteil verwendet werden. - Zahlreiche Abänderungen und alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann in Hinblick auf die vorstehende Beschreibung klar sein. Diese Beschreibung ist dem entsprechend als nur beispielhaft aufzufassen und dient dem Zweck, dem Fachmann die beste Art und Weise zu lehren, wie die Erfindung auszuführen ist. Die Details der Struktur und/oder Funktion können erheblich variiert werden, ohne von dem Geist der Erfindung abzuweichen, und es wird sich die exklusive Verwendung von allen Abänderungen vorbehalten, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
Claims (9)
- Solenoid eines Brennstoffeinspritzventils, mit: – einem Stator (
102 ), der in seinem Inneren eine Solenoidspule (168 ) hat; – einem Anker (104 ), der zu dem Stator (102 ) benachbart ist; – einem Brennstoffkanal (152 ), der getrennt von dem Anker (104 ) ist und sich durch den Stator (102 ) und den Anker (104 ) hindurch erstreckt; – wobei der Anker (104 ) relativ zu dem Brennstoffkanal (152 ) beweglich ist als Reaktion auf einen Strom, der der Solenoidspule (168 ) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – der Stator (102 ) und der Anker (104 ) eine zentrale Achse definieren, und der Brennstoffkanal (152 ) von der zentralen Achse versetzt ist. - Solenoid eines Brennstoffeinspritzventils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffkanal (
152 ) ein Rohr (162 ) (162 ), das sich durch den Stator (102 ) hindurch erstreckt, und eine fluchtende Bohrung in einem Bauteil (129 ) aufweist, das sich durch den Anker (104 ) hindurch erstreckt. - Solenoid eines Brennstoffeinspritzventils nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (
162 ) unter Kompression zwischen dem Bauteil (129 ) und einem Schaft (165 ) angeordnet ist. - Solenoid eines Brennstoffeinspritzventils nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückschlagfeder (
86 ) in einer Federvertiefung angeordnet ist, und dass der Brennstoffkanal (152 ) außerhalb der Rückschlagfeder (86 ) angeordnet ist. - Solenoid eines Brennstoffeinspritzventils nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückschlagfeder (
184 ) in einer Federvertiefung angeordnet ist, und dass ein Brennstoffkanal (180 ) innerhalb der Rückschlagfeder (184 ) angeordnet ist. - Solenoid eines Brennstoffeinspritzventils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – dem Stator (
102 ), der zu dem Anker (104 ) auf einer ersten Seite des Ankers benachbart ist; – einem Bauteil (129 ), das zu dem Anker (104 ) auf einer zweiten Seite des Ankers benachbart ist, die der ersten Seite gegenüber liegt; und – einem Brennstoffkanal (152 ), der getrennt von dem Anker (104 ) ist und sich durch den Stator (102 ) und den Anker (104 ) hindurch erstreckt, wobei der Brennstoffkanal (152 ) ein Rohr (162 ), das sich durch den Stator (102 ) hindurch erstreckt, und eine fluchtende Bohrung in dem Bauteil (129 ) aufweist. - Solenoid eines Brennstoffeinspritzventils nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (
162 ) unter Kompression zwischen dem Bauteil (129 ) und einem Schaft (165 ) angeordnet ist. - Solenoid eines Brennstoffeinspritzventils nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückschlagfeder (
86 ) in einer Federvertiefung angeordnet ist, und dass der Brennstoffkanal (152 ) außerhalb der Rückschlagfeder (86 ) angeordnet ist. - Solenoid eines Brennstoffeinspritzventils nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückschlagfeder (
184 ) in einer Federvertiefung angeordnet ist, und dass ein Brennstoffkanal (180 ) innerhalb der Rückschlagfeder (184 ) angeordnet ist.
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