DE69928103T2

DE69928103T2 - Verunreinigungstolerantes einspritzventil für verdichtetes erdgas und verfahren zur führung von gasförmigem brennstoff durch ein solches einspritzventil

Info

Publication number: DE69928103T2
Application number: DE69928103T
Authority: DE
Inventors: Paul James FOCHTMAN; Orien Danny WRIGHT; H. James COHEN
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2019-05-27
Also published as: EP1082537B1; EP1082537A1; BR9911594A; DE69928103D1; JP4276383B2; JP2003526036A

Description

Kreuzverweisung auf verwandte Anmeldungen
Diese Patentanmeldung beansprucht ausdrücklich den Vorteil des früheren Anmeldetags und das Prioritätsrecht der folgenden, gleichzeitig anhängigen Patentanmeldungen: Vorläufige US-Patentanmeldung mit der laufenden US-Eingangsnr. 60/086.937 mit dem Titel „Contaminant Tolerant Compressed Natural Gas Injector and Method of Directing Gaseous Fuel Therethrough" (Verunreinigungstolerantes Einspritzventil für verdichtetes Erdgas und Verfahren zur Führung von gasförmigem Brennstoff durch ein solches), eingereicht am 27. Mai 1998; und vorläufige US-Patentanmeldung mit der laufenden US-Eingangsnr. 60/086.939 mit dem Titel „Needle Valve For Low Noise Fuel Injector" (Nadelventil für geräuscharmes Einspritzventil), eingereicht am 27. Mai 1998.
Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einspritzventil für verdichtetes Erdgas, das tolerant gegenüber Verunreinigungen im Gas ist.
2. Beschreibung des bisherigen Standes der Technik
Verdichtetes Erdgas (nachfolgend auch als „Erdgas" bezeichnet) wird zu einem allgemein verbreiteten Kraftstoff für Fahrzeuge von Firmenfuhrparks und Privatkunden. Bei Kraftfahrzeugen wird das Erdgas dem Motor präzise dosiert von Einspritzventilen für Erdgas zugeführt, nachfolgend mit „Erdgaseinspritzventile" bezeichnet. Das Erdgaseinspritzventil wird benötigt, um eine präzise Brennstoffmenge pro Einspritzimpuls zuzuführen und diese Genauigkeit über die Lebensdauer des Einspritzventils beizubehalten. Um dieses Leistungsniveau für ein Erdgaseinspritzventil aufrechtzuerhalten, sind bestimmte Strategien erforderlich, um zur Reduzierung der Auswirkungen von Verunreinigungen im Brennstoff beizutragen.
Verdichtetes Erdgas wird landesweit über ein Fernleitungssystem bereitgestellt und wird hauptsächlich für gewerbliche und private Heizzwecke eingesetzt. Auch wenn die Heizungssysteme variierende Qualitätsstufen und Verunreinigungsmengen im Erdgas tolerieren können, ist die Toleranzschwelle von Erdgaseinspritzventilen für Kraftfahrzeuge erheblich niedriger.
Diese Verunreinigungen, die seit vielen Jahren bei für Heizzwecke verwendetem Erdgas akzeptabel sind, beeinflussen die Leistung von Einspritzventilen auf unterschiedliche Weise und müssen bei der Konstruktion zukünftiger Erdgaseinspritzventile berücksichtigt werden. Einige der in Erdgas festgestellten Verunreinigungen sind kleine Feststoffpartikel, Wasser und Öl aus Gasverdichteranlagen. Jede dieser Verunreinigungen muss bei der Einspritzventilkonstruktion berücksichtigt werden, damit die Leistungsfähigkeit über die Lebensdauer des Einspritzventils aufrechterhalten werden kann.
Die Verunreinigungen können aus mehreren Quellen in die Fernleitung gelangen. Durch Reparaturen, Wartungsarbeiten und Erneuerungsarbeiten am Fernleitungssystem können eine Vielzahl von Fremdpartikeln in den Brennstoff gelangen. Wasser, Staub, Feuchtigkeit und Schmutz können bei jeder dieser Maßnahmen unversehens in geringen Mengen eingebracht werden. Oxide vieler Metallarten, die in der Fernleitung zu finden sind, können ebenfalls ins System eingebracht werden. Darüber hinaus können defekte Verdichter Verdichterölnebel einbringen, die an den Dichtungen des Verdichters vorbeiströmen und ins Gas gelangen. Selbst Betanken kann Verunreinigungen von einer der Betankungsarmaturen in den Tankzylinder einbringen. Es ist wahrscheinlich, dass viele dieser Verunreinigungen wesentliche Bauteile des Brennstoffsystems erreichen und die Leistungskennwerte über die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs verändern.
In der Regel erfordern Einspritzventile extrem enge Toleranzen bei vielen der innen liegenden Bauteile, um den Brennstoff exakt dosieren zu können. Damit Erdgaseinspritzventile verunreinigungstolerant bleiben, erfordern die Führungs- und Kontaktflächen der Anker/Ventilnadelbaugruppe bestimmte, spezifische einzigartige Merkmale. Wir haben ein Erdgaseinspritzventil erfunden, das eine wesentliche Verbesserung gegenüber gegenwärtig bekannten Einspritzventilen darstellt, dabei aber gleichzeitig tolerant gegenüber Verunreinigungen ist, die allgemein in verdichtetem Erdgas zu finden sind. Wir haben auch ein Verfahren erfunden, um Brennstoff in Form von verdichtetem Erdgas in einer Weise durch solche Einspritzventile zu führen, dass eine effiziente und erfolgreiche Zündung ohne Zündaussetzer gefördert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigtes Einspritzventil für ein Einspritzsystem für gasförmige Brennstoffe von einer Kraftmaschine mit innerer Verbrennung, wobei das Einspritzventil eine allgemeine Längsachse aufweist, die Folgendes umfasst: einen ferromagnetischen Kern, eine Magnetspule, die den ferromagnetischen Kern zumindest teilweise umgibt, einen Anker, der magnetisch an die Magnetspule gekoppelt ist und durch Bewegung auf die Magnetspule reagiert, wobei der Anker ein Element zum Schließen des Ventils betätigt, das mit einem feststehenden Ventilsitz eines Brennstoffventillochs interagiert und vom feststehenden Ventilsitz wegbewegt werden kann, wenn die Magnetspule erregt wird. Der Anker hat eine allgemein lang gestreckte Form und eine allgemein mittige Öffnung zur axialen Aufnahme und Durchleitung von gasförmigem Brennstoff von einem Brennstoffeinlassanschlusstubus, der über dem Anker angeordnet ist. Dabei sind der Brennstoffeinlassanschlusstubus und der Anker so beschaffen, dass sie einen ersten Strömungspfad für gasförmigen Brennstoff ermöglichen zwischen dem Anker, der Magnetspule und einer Ventilkörperbuchse als Teil eines Pfads, der zum Brennstoffventilloch führt. Mindestens eine erste Brennstoffdurchflussöffnung verläuft durch einen Wandabschnitt des Ankers, um einen zweiten Strömungspfad für gasförmigen Brennstoff als Teil eines Pfads zu definieren, der zum Brennstoffventilloch führt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektromagnetisch betätigtes Einspritzventil für ein Einspritzsystem einer Kraftmaschine mit innerer Verbrennung bereitgestellt, wobei das besagte Einspritzventil allgemein tubusförmig ist, eine allgemeine Längsachse aufweist und Folgendes umfasst: einen ferromagnetischen Kern; eine Magnetspule, die den ferromagnetischen Kern zumindest teilweise umgibt; einen Anker, der magnetisch an besagte Magnetspule gekoppelt ist und durch Bewegung auf besagte Magnetspule reagiert, wobei der besagte Anker ein Element zum Schließen des Ventils betätigt, das mit einem feststehenden Ventilsitz eines Brennstoffventillochs interagiert und vom besagten feststehenden Ventilsitz wegbewegt werden kann, wenn die besagte Magnetspule erregt wird, wobei besagter Anker eine allgemein lang gestreckte Form aufweist und eine allgemein mittige Öffnung zur axialen Aufnahme und Durchleitung von gasförmigem Brennstoff von einem Brennstoffeinlassanschlusstubus, der über dem Anker angeordnet ist, wobei besagter Brennstoffeinlassanschlusstubus und besagter Anker so beschaffen sind, dass sie einen ersten Strömungspfad für gasförmigen Brennstoff ermöglichen durch einen Arbeitsspalt, der in Querrichtung zu besagter Achse verläuft, zwischen einander gegenüberliegenden Flächen des besagten Ankers und des besagten Brennstoffeinlassanschlusstubus als Teil eines Pfads, der zu besagtem Brennstoffventilloch führt; und mindestens eine erste Brennstoffdurchflussöffnung, die durch einen Wandabschnitt des besagten Ankers verläuft, um einen zweiten Strömungspfad für gasförmigen Brennstoff als Teil eines Pfads zu definieren, der zum Brennstoffventilloch führt; und das besagte Einspritzventil dadurch gekennzeichnet ist, dass es mit gasförmigem Brennstoff betrieben werden kann und durch die Bereitstellung von Mitteln im besagten Arbeitsspalt auf der besagten gegenüberliegenden Fläche des besagten Brennstoffeinlassanschlusstubus eine Vielzahl von Schlitzen definiert, die radial zur besagten Achse ausgerichtet sind und gemeinsam den besagten ersten Strömungspfad für den gasförmigen Brennstoff umfassen.
Von Vorteil ist, dass ein unterer Endabschnitt des Brennstoffeinlassanschlusstubus, der eine untere Fläche aufweist, die einer oberen Fläche des Ankers gegenüberliegt, mit einer Vielzahl von radial verlaufenden erhabenen Konturen ausgestattet ist, die auf dem unteren Endabschnitt definiert sind, wobei zwischen den Konturen vertiefte Abschnitte ausgebildet sind, um zu ermöglichen, dass Brennstoff zwischen ihnen und durch den Arbeitsspalt strömt, der zwischen dem Brennstoffeinlassanschlusstubus und dem Anker definiert ist.
Der Anker definiert mindestens eine erste und mindestens eine zweite Brennstoffdurchflussöffnung, die durch Wandabschnitte des Ankers verlaufen, wobei die mindestens eine erste und mindestens eine zweite Öffnung in einem spitzen Winkel zur Längsachse ausgerichtet und so angeordnet sind, dass sie Brennstoff durch den Anker hindurch zum feststehenden Ventilsitz leiten. Die unterste Fläche des Brennstoffeinlassanschlusstubus und der Anker sind so beschaffen, dass sie ermöglichen, dass gasförmiger Brennstoff durch den Arbeitsspalt und zwischen dem Anker und der Magnetspule hindurch strömt, wodurch mindestens drei Brennstoffströmungspfade ermöglicht werden. Vorzugsweise weist der unterste Endabschnitt des Brennstoffeinlassanschlusstubus eine allgemein angefaste Kontur entlang seiner untersten Außenfläche auf. Der allgemein angefaste Bereich des Brennstoffeinlassanschlusstubus hat einen allgemein bogenförmigen Querschnitt.
Das Element zum Schließen des Ventils ist eine Ventilnadel, die zum selektiven Aufsetzen auf dem und Sich-Trennen von dem besagten feststehenden Ventilsitz ausgelegt ist und durch gecrimpte Abschnitte des Ankers am Anker befestigt ist. Ein Brennstofffilter ist an einem oberen Endabschnitt des Brennstoffeinlassanschlusstubus angeordnet, um den Brennstoff vor der Aufnahme durch den Brennstoffeinlassanschlusstubus zu filtern. Der Brennstoffeinlassanschlusstubus umfasst einen Abschnitt an der unteren Fläche, der eine Vielzahl von radial verlaufenden vertieften Flächen aufweist, die eine entsprechende Vielzahl von radial verlaufenden erhabenen Konturen definieren, um die Wirkfläche des Abschnitts der unteren Fläche des Brennstoffeinlassanschlusstubus zu verkleinern, die dem Anker gegenüberliegt, um dadurch zu ermöglichen, dass der gasförmige Brennstoff allgemein in Querrichtung in den Arbeitsspalt strömt, wobei der in Querrichtung verlaufende Brennstoffstrom dadurch die Ansammlung von Verunreinigungen im Arbeitsspalt verhindert. Die allgemein radial verlaufenden Konturen besitzen vorzugsweise eine allgemein trapezförmige Form, können aber je nach Umständen oder gewünschten Ergebnissen verschiedene Formen aufweisen. Ferner ist das Einspritzventil ebenso für Systeme für flüssige Brennstoffe wie zum Beispiel Benzin einsetzbar wie für die bevorzugten Systeme für verdichtetes Erdgas.
Das Element zum Schließen des Ventils ist eine allgemein lang gestreckte Ventilnadel, die einen kugelförmig ausgebildeten Endbereich aufweist und so ausgelegt und so beschaffen ist, dass sie auf einem kegelstumpfförmig ausgebildeten feststehenden Ventilsitz aufsetzt, um das Ventil zu schließen, und von dem Ventilsitz wegbewegt werden kann, um das Ventil zu öffnen, damit Brennstoff durch dieses hindurch zum Einlasskrümmer der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung strömen kann. Die Ventilnadel ist durch gecrimpte Abschnitte am unteren Endabschnitt des Ankers befestigt. Die elastische Vorrichtung, die den Anker bewegt, um das Ventil zu schließen, ist eine Schraubenfeder, die am einen Ende mit dem Brennstoffeinlassanschlusstubus in Kontakt ist und am anderen Ende mit dem Anker, um den Anker nach unten in Richtung des Ventilsitzes vorzuspannen. Der Anker umfasst mindestens zwei der ersten Öffnungen, die durch Wandabschnitte des Ankers und allgemein in Querrichtung zur Längsachse verlaufen, um Brennstoff aus der allgemein axialen, lang gestreckten mittigen Öffnung aufzunehmen. Der Anker kann alternativ eine Vielzahl von ersten Öffnungen definieren, um Brennstoff aus der besagten allgemein axialen, lang gestreckten mittigen Öffnung aufzunehmen. Der Anker kann zudem eine Vielzahl der zweiten Öffnungen definieren, wobei zumindest bestimmte der zweiten Öffnungen in einem allgemein spitzen Winkel zur Längsachse verlaufen, um Brennstoff aus der allgemein mittigen Öffnung aufzunehmen.
Es wird ein Verfahren offenbart zur Leitung von gasförmigem Brennstoff durch ein elektromagnetisch betätigtes Einspritzventil für ein Brennstoffsystem einer Kraftmaschine mit innerer Verbrennung, wobei das Einspritzventil eine allgemeine Längsachse aufweist und einen Endabschnitt für den Einlass von Brennstoff sowie einen Endabschnitt für den Auslass von Brennstoff umfasst, wobei ein Brennstoffeinlassanschlusstubus am Endabschnitt für den Einlass von Brennstoff angeordnet ist und einen Endabschnitt für den Einlass von Brennstoff und einen Endabschnitt für den Auslass von Brennstoff aufweist, wobei ein Anker unter dem Endabschnitt für den Auslass von Brennstoff des Brennstoffeinlassanschlusstubus angeordnet ist und eine allgemein mittige, lang gestreckte Öffnung zur Aufnahme von Brennstoff vom besagten Brennstoffeinlassanschlusstubus aufweist, wobei der Anker in einem Abstand zum Brennstoffeinlassanschlusstubus angeordnet ist, um einen Arbeitsspalt zu definieren, der eine Bewegung des Ankers zum Brennstoffeinlassanschlusstubus hin und von diesem weg ermöglicht, um ein Brennstoffventilloch selektiv zu öffnen und zu schließen, um zu ermöglichen, dass gasförmiger Brennstoff durch dieses hindurch zu einem Einlasskrümmer strömt. Das Verfahren umfasst die Leitung von gasförmigem Brennstoff, so dass er axial durch den Brennstoffeinlassanschlusstubus strömt; die Leitung von gasförmigem Brennstoff, so dass er vom Brennstoffeinlassanschlusstubus zur allgemein lang gestreckten mittigen Öffnung des Ankers in einer axialen Richtung zum Brennstoffventilloch strömt; die Leitung zumindest eines Teils des Brennstoffstroms vom Brennstoffeinlassanschlusstubus zum Anker, so dass er allgemein in Querrichtung durch den Arbeitsspalt strömt; und die Ablenkung von zumindest einem Teil des Stroms aus gasförmigem Brennstoff, der durch den Anker strömt, so dass er in einer von der axialen Richtung weg weisenden Richtung strömt. Der Schritt, der den gasförmigen Brennstoff, der durch den Anker strömt, in eine Richtung leitet, dass er von der axialen Richtung weg strömt, wird vorzugsweise durchgeführt, indem der gasförmige Brennstoff durch mindestens eine erste Öffnung geleitet wird, die in einem Wandabschnitt des Ankers bereitgestellt wird. Vorzugsweise verläuft die mindestens eine erste Öffnung im Wandabschnitt des Ankers allgemein in Querrichtung zur axialen Richtung. Ein unterer Endabschnitt des Brennstoffeinlassanschlusstubus liegt einem oberen Endabschnitt des Ankers gegenüber und stellt mindestens eine zweite Öffnung bereit, die einen Arbeitsspalt umfasst, der durch eine Vielzahl von radialen Schlitzen zwischen einer unteren Fläche des Brennstoffeinlassanschlusstubus und einer oberen Fläche des Ankers definiert wird und so ausgelegt ist, dass er ermöglicht, dass der gasförmige Brennstoff, der aus dem Brennstoffeinlassanschlusstubus strömen soll, in Querrichtung durch den Arbeitsspalt geführt wird. Die radialen Schlitze sind in der unteren Fläche des Brennstoffeinlassanschlusstubus ausgebildet. Von Vorteil ist, dass zumindest für einen Teil des gasförmigen Brennstoffs, der in den Anker strömt, ermöglicht wird, durch mindestens eine zweite Öffnung zu strömen, die von einer Vielzahl von Schlitzen bereitgestellt wird zwischen einer unteren Fläche des Brennstoffeinlassanschlusstubus und einer oberen Fläche des Ankers, wobei die mindestens eine zweite Öffnung in einem spitzen Winkel zur Längsachse verläuft, wodurch mindestens drei separate Brennstoffströmungspfade entstehen. Das Einspritzventil umfasst vorzugsweise ein Magnetspulensystem und der besagte Anker ist magnetisch an das Magnetspulensystem gekoppelt, um den Anker dazu zu veranlassen, sich zum Brennstoffeinlassanschlusstubus hin und von ihm weg zu bewegen. Mindestens einer der Brennstoffströmungspfade ist sowohl zwischen dem Anker und der Magnetspule des Magnetspulensystems angeordnet als auch zwischen dem Anker und einer Ventilkörperbuchse, die den Anker zumindest teilweise umgibt. Die mindestens eine erste und zweite Öffnung im Anker haben vorzugsweise einen Durchmesser von ungefähr 1,0 mm bis ungefähr 2,0 mm. Es wird ferner jeweils eine vorgegebene Anzahl für die erste(n) und die zweite(n) Öffnung(en) vorgesehen, deren Durchmesser vorgegeben sind, um eine vorgegebene Anzahl von Brennstoffströmungspfaden und den zugehörigen Volumenströmen darin bereitzustellen.
Verweisung auf bestimmte Beispiele zum bisherigen Stand der Technik
Einspritzventile allgemeiner Art, wie sie vorstehend in dieser Patentschrift beschrieben werden, die eine tubusförmig angeordnete Vorrichtung, die allgemein die Merkmale von axialer Brennstoffströmung aufweist, und ein federbeaufschlagtes, elektromagnetisch betätigtes Ventil umfassen, sind wohl bekannt, zum Beispiel von den US-Patenten Nr. 4.662.567 und Nr. 5.609.304 her.
In beiden genannten Patenten wird ein Einspritzventil für Benzin offenbart, in dem ein Arbeitsspalt bereitgestellt wird, der sich über eine kurze axiale Länge erstreckt zwischen einander gegenüberliegenden Flächen eines Ankers und eines Brennstoffeinlassanschlusstubus oder einem ähnlichen Bauteil, aber keines der beiden Patente macht Angaben zu Problemen oder löst Probleme, die zum Beispiel mit der Toleranz gegenüber Brennstoffverunreinigungen im Arbeitsspalt zusammenhängen, wenn gasförmige Brennstoffe eingesetzt werden. Demzufolge werden in keinem dieser beiden Patente solche Probleme angesprochen und daher trägt keines der beiden zu deren Lösung bei. Diese Erfindung hingegen stellt mithilfe von Merkmalen der vorgenannten Art Lösungen für solche Probleme bereit und insbesondere, indem der Strom aus gasförmigem Brennstoff durch den Arbeitsspalt geführt wird in einer Richtung, die allgemein in Querrichtung zur Achse durch radial verlaufende Schlitze ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine Darstellung im Teilschnitt in Längsrichtung von einer bevorzugten Ausführungsform eines Einspritzventils für verdichtetes Erdgas ist, das gemäß der Erfindung konstruiert ist;
2 eine vergrößerte Darstellung im Schnitt in Längsrichtung vom unteren Abschnitt des Einspritzventils aus 1 ist, die den verbesserten Anker und die verbesserte Ventilnadel zeigt, die Bestandteil der Erfindung sind;
3 eine Darstellung einer Einzelheit im Schnitt in Längsrichtung vom Abschnitt am unteren Ende des Brennstoffeinlassanschlusstubus des in 1 gezeigten Einspritzventils ist;
4 eine Draufsicht der unteren Fläche des bevorzugten Brennstoffeinlassanschlusstubus ist, der in 1 gezeigt ist;
5 eine Darstellung im Schnitt in Längsrichtung von einer bevorzugten Ausführungsform des in 1 dargestellten Ankers ist, die die dadurch erzielten verbesserten Brennstoffströmungspfade zeigt;
6 eine Darstellung im Schnitt in Längsrichtung vom oberen Abschnitt einer bevorzugten Ausführungsform des in 1 dargestellten Ventilkörpers ist;
7 eine Darstellung einer Einzelheit im Schnitt in Längsrichtung vom Abschnitt am unteren Ende einer alternativen Ausführungsform des in 3 gezeigten Brennstoffeinlassanschlusstubus ist;
8 eine Draufsicht der unteren Fläche des in 7 gezeigten Brennstoffeinlassanschlusstubus ist;
9 eine Darstellung im Schnitt in Längsrichtung von einer alternativen Ausführungsform des in 5 gezeigten Ankers ist;
10 eine Darstellung im Schnitt in Längsrichtung vom oberen Abschnitt einer alternativen Ausführungsform des in 6 dargestellten Ventilkörpers ist;
11 eine vergrößerte Darstellung in Längsrichtung von dem in 5 gezeigten Anker ist und eine Darstellung im Schnitt von dem in 6 gezeigten Ventilkörper ist, die eine verbesserte Ventilnadel mit einer Vorrichtung zur Formung des Brennstoffdüsenstrahls ist;
12 eine vergrößerte Darstellung in Längsrichtung, teilweise geschnitten, von dem in 5 gezeigten Anker und der in 11 gezeigten Ventilnadel ist;
13 eine vergrößerte Darstellung im Schnitt ist, die den Dichtspitzenbereich der Ventilnadel darstellt, der auf dem feststehenden Ventilsitz aufsetzt wie in den 1 und 11 gezeigt, die das bevorzugte Größenverhältnis zwischen der Nadelspitze, dem feststehenden Nadelsitz sowie der unteren Nadelführung darstellt; und
14 eine Darstellung entlang der Linien 14-14 aus 11 ist, die eine bevorzugte untere Führung für die Ventilnadel zeigt, die bogenförmig ausgebildete Brennstoffdurchflussöffnungen aufweist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 ein Erdgaseinspritzventil 10 gezeigt, das gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Einspritzventile des hier betrachteten Typs sind in dem der Öffentlichkeit zugänglichen US-Patent Nr. 5.494.224 beschrieben, dessen Offenbarungsgehalt durch diesen Verweis als in dieses Patent aufgenommen gilt.
Das Einspritzventil 10 beinhaltet das Gehäuse 12, das den Anker 14 umfasst, an dem die Ventilnadel 16 durch Crimpen befestigt ist, wie nachstehend in Verbindung mit 12 beschrieben. Brennstoffeinlassanschlusstubus 18 umfasst eine mittige Brennstoffdurchflussöffnung 13 und, wie dargestellt, einen Erdgasfilter 20 am Ende des oberen Abschnitts von Öffnung 19. Der Brennstoffeinlassanschlusstubus 18 beinhaltet darüber hinaus eine Einstellhülse 22, die bei 24 mittels eines bekannten Crimp-Verfahrens mit ihm verbunden ist. Das Gehäuse 12 beinhaltet eine nicht magnetische innere Hülse 26, die den Brennstoffeinlassanschlusstubus 18 und den Anker 14 umgibt und eine mittige Brennstoffdurchflussöffnung 11 wie dargestellt aufweist. Anker 14 und Brennstoffeinlassanschlusstubus 18 definieren zusammen mit Gehäuse 12 eine Umhüllung für Spule 28, die selektiv erregt wird, um Anker 14 und Ventilnadel 16 nach oben zu bewegen, um das Brennstoffventilloch 41 zu öffnen, und selektiv stromlos geschaltet wird, damit Anker 14 und Ventilnadel 16 durch die Wirkung von Schraubenfeder 30 wie dargestellt in die Stellung „Ventil geschlossen" zurückkehren können. Der Brennstoffstrom in das Einspritzventil beginnt bei Filter 20, verläuft durch den Brennstoffeinlassanschlusstubus 18 zu Anker 14 und schließlich durch Ventilloch 41 des Ventilsitzes 40 in den Einlasskrümmer des Motors (nicht dargestellt).
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 in Verbindung mit 2 die Ventilkörperbuchse 32 beschrieben, die aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist und die Teil eines Magnetkreises ist, Ventilkörper 34 umgibt und wie dargestellt am oberen Ende die obere Führung 36 aufweist. Der Spalt 36a zwischen oberer Führung 36 und Anker 14 beträgt ungefähr 0,010 mm bis ungefähr 0,015 mm am Durchmesser und ermöglicht die geführte Bewegung von Anker 14. Die unteren O-Ringe 38 bewirken die Abdichtung zwischen dem Einspritzventil 10 und dem Einlasskrümmer des Motors (nicht dargestellt), und die oberen O-Ringe 40 bewirken die Abdichtung zwischen dem Einspritzventil 10 und dem Kraftstoffverteiler (ebenfalls nicht dargestellt). Ventilkörper 34 definiert die mittige Brennstoffdurchflussöffnung 35.
In 2 ist die Ventilkörperbuchse 32 an Ventilkörper 34 befestigt, vorzugsweise durch Schweißverbindung 32a, und am oberen Ende durch Schweißverbindung 26a an einer nichtmagnetischen Hülse 26. Die nicht magnetische Hülse 26 ist wiederum bei 26b an den Brennstoffeinlassanschlusstubus geschweißt. Somit muss Brennstoff, der vom Brennstoffeinlassanschlusstubus 18 über den Arbeitsspalt 15 strömt, durch den Spalt 14a zwischen Anker 14 und Ventilkörperbuchse 32 strömen, der ferner vorgesehen ist, um die Auf- und Abbewegung von Anker 14 zu ermöglichen. Der Spalt 14a beträgt ungefähr 0,10 mm bis 0,30 mm am Durchmesser.
Nachfolgend wird wieder unter Bezugnahme auf 1 und 2 der Ventilsitz 40 beschrieben, der ein Brennstoffventilloch 41 und einen trichterförmigen Nadelsitz 42 beinhaltet, der eine kegelstumpfförmige Kontur aufweist. Der Ventilsitz 40 wird durch Stützscheibe 44 in Position gehalten und ist durch O-Ring 46 abgedichtet zur Verhinderung von Brennstoffleckagen am Ventilkörper 34. Nippel 48 aus einem geeigneten Kunststoffmaterial wie z. B. Polyamid stützt Leitung 50, die sich zur Magnetspule 28 erstreckt und über Anschluss 51 mit ihr verbunden ist, um eine selektive Erregung der Spule zu bewirken, um das Ventil durch Anheben des Ankers 14 und der Ventilnadel 16 gegen die Kraft von Schraubenfeder 30 zu öffnen. Spule 28 ist von dielektrischem Kunststoffmaterial 53 umgeben, wie in den Abbildungen gezeigt.
Bei Einspritzventilen dieses Typs ist die Anlauffläche 15 (oder Arbeitsspalt 15) zwischen dem Brennstoffeinlassanschlusstubus und dem Anker extrem klein, d. h. in einer Größenordnung von etwa 0,3 mm (Millimeter), und arbeitet relativ zufrieden stellend mit herkömmlichen Brennstoffen, die weitgehend frei von Verunreinigungen wie Wasser, Festkörpern, Öl oder Ähnlichem sind, insbesondere, nachdem ein geeigneter Brennstofffilter durchlaufen wurde. Sobald die beiden Flächen, die Arbeitsspalt 15 umgeben, in so innigem Kontakt sind, dass die Atmosphäre zwischen ihnen in relativ erheblichen Mengen verdrängt ist, pressen dementsprechend die auf die beiden Bauteile wirkenden Gasdrücke die beiden Flächen zusammen. Jede flüssige Verunreinigung, die an der Kontaktfläche von Anker/Brennstoffeinlassanschlusstubus vorhanden ist, würde bewirken, dass die Atmosphäre verdrängt wird, wodurch die uneingeschränkte und freie Funktion der Verbindung von Anker/Ventilnadel ungünstig beeinflusst wird.
Wenn auf diesem technischen Gebiet bekannte Einspritzventile, die mit relativ sauberen herkömmlichen Brennstoffen auf relativ akzeptablem Niveau arbeiteten, für Erdgas eingesetzt wurden, bewirkten Verunreinigungen wie Öl oder Wasser an der Kontaktfläche von Brennstoffeinlassanschlusstubus/Anker eine Kraft von etwa 16,5 Newton, die den Anker am Brennstoffeinlassanschlusstubus festhielt. Im Vergleich dazu bewegt sich die Kraft, die von der Schraubenfeder 30 ausgeht, in einer Größenordnung von etwa 3 Newton, womit das nicht regelgerechte Schließen von Anker/Ventilnadel vollständig erklärt wird, wenn als Brennstoff für bekannte Einspritzventile verdichtetes Erdgas verwendet wird. Insbesondere beruht die Kraft von 16,5 Newton, die Brennstoffeinlassanschlusstubus und Anker aneinander hält, auf der Tatsache, dass der Betriebsdruck des Brennstoffs im Einspritzventil etwa 8 bar (d. h. 8 Atmosphären) beträgt und diese Kraft von ungefähr 16,5 Newton auf den Bereich der unteren Fläche des Brennstoffeinlassanschlusstubus 18 wirkt, die etwa 21 Quadratmillimeter (d. h. mm²) groß ist. Demnach bewirkt eine relativ kleine Ölmenge oder eine andere Verunreinigung im Arbeitsspalt 15 eines bekannten Einspritzventils, dass Brennstoffeinlassanschlusstubus und Anker vorübergehend aneinander haften, insbesondere aufgrund des Drucks von 8 bar, der auf die verbleibenden Flächen von Brennstoffeinlassanschlusstubus und Anker wirkt. Wie oben beschrieben führt die Tendenz, dass der Anker am Brennstoffeinlassanschlusstubus haftet, zu einem nicht regelgerechten Schließen des Ventils.
Wesentliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden unter anderem bereitgestellt, um das vorgenannte, nicht regelgerechte Schließen des Ventils zu beseitigen und die Funktionsfähigkeit des Einspritzventils zu verbessern. In 3 ist der untere Endabschnitt des Brennstoffeinlassanschlusstubus 18 mit einem bogenförmig angefasten Ende 52 ausgestattet. Diese Anordnung bietet eine vorteilhafte Wirkung, indem sie das Magnetfeld im Arbeitsspalt 15 in einer Weise beeinflusst und es ausrichtet, die die nutzbare Magnetkraft optimiert, die zur Bewegung des Ankers im Arbeitsspalt erzeugt wird. Dieses Merkmal wird in der der Öffentlichkeit zugänglichen, gleichzeitig eingereichten (Aktenzeichen Nr. 99P7609US) Patentanmeldung mit dem Titel „Compressed Natural Gas Fuel Injector Having Magnetic Pole Face Flux Director" (Einspritzventil für verdichtetes Erdgas mit einem Magnetpolflächenstromausrichter) offenbart, deren Offenbarungsgehalt durch diesen Verweis als in dieses Patent aufgenommen gilt. Weitere Merkmale werden in der der Öffentlichkeit zugänglichen, gleichzeitig eingereichten (Aktenzeichen Nr. 99P7610US), gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung mit dem Titel „Compressed Natural Gas Injector Having Gaseous Dampening for Armature Needle Assembly during Opening" (Einspritzventil für verdichtetes Erdgas mit Gasdämpfung für Anker/Ventilnadelbaugruppe während des Öffnens) offenbart, deren Offenbarungsgehalt durch diesen Verweis als in dieses Patent aufgenommen gilt.
Darüber hinaus werden, wie in 4 gezeigt, radiale Schlitze in Form von vertieften Flächen 18a in der zuunterst liegenden Fläche von Brennstoffeinlassanschlusstubus 18 bereitgestellt, die den wirksamen Kontaktflächenbereich zwischen dem Anker und dem Brennstoffeinlassanschlusstubus um etwa ein Drittel der gesamten Querschnittsfläche reduzieren, die bei herkömmlichen Einspritzventilen nach dem bisherigen Stand der Technik verwendet wurde. Diese Anordnung stellt sechs erhabene Konturen 18b von etwa 0,05 mm Höhe zur Verfügung, so dass sechs korrespondierende, rechteckige radiale Schlitze 18a entstehen, um Brennstoffströmungspfade bereitzustellen. Indem die Wirkfläche an der untersten Fläche von Brennstoffeinlassanschlusstubus 18 wie dargestellt verkleinert wird, wird die Tendenz, eine Adhäsionskraft zwischen dem Brennstoffeinlassanschlusstubus 18 und dem Anker 15 zu entwickeln, erheblich reduziert auf etwa ein Drittel ihres ursprünglichen Wertes, und wird die Fähigkeit, Brennstoffverunreinigungen an der Kontaktfläche zu tolerieren, ohne eine Adhäsionskraft zwischen Brennstoffeinlass und Anker zu bewirken, ebenfalls erheblich gesteigert. Wie oben ausgeführt, sind die rechteckigen radialen Schlitze 18a vorzugsweise von einer geringen Tiefe, d. h. etwa 0,05 mm (d. h. Millimeter), um den Vorteil zu bewirken, dass die Kontaktfläche von Brennstoffeinlassanschlusstubus/Anker reduziert wird, während gleichzeitig ein die Funktion kaum beeinträchtigendes Depot zum Sammeln von festen Verunreinigungen bereitgestellt wird, die schließlich vom Strom aus gasförmigem verdichtetem Erdgas entfernt werden.
Wie oben beschrieben, schafft die Bereitstellung der vertieften Flächen 18a auf der untersten Fläche des Brennstoffeinlassanschlusstubus 18 erhabene Konturen 18b auf der oberen Fläche, wobei die erhabenen Konturen die Toleranz des Einspritzventils gegenüber Verunreinigungen auf mehrfache Weise verbessern. Die vertieften Flächen 18a können durch jedes geeignete Verfahren hergestellt werden, sind jedoch vorzugsweise geprägt. Der erste Effekt besteht darin, die Kontaktfläche des Brennstoffeinlassanschlusstubus an der Kontaktfläche mit dem Anker zu verkleinern, wodurch jede Adhäsionskraft zwischen ihnen erheblich reduziert wird, die durch flüssige Verunreinigungen wie Öl oder Wasser entsteht.
Ferner weisen die erhabenen Konturen 18b, wie oben angeführt, überdeckte Bereiche zwischen den erhabenen Konturen auf, in denen sich Verunreinigungen sammeln können, ohne die Funktion von Arbeitsspalt 15 zu beeinträchtigen, bis sie mit dem Brennstoffstrom weggespült werden. Der Arbeitsspalt für Benzin beträgt ungefähr 0,08 mm bis ungefähr 0,14 mm und etwa 0,3 mm für verdichtetes Erdgas. Darüber hinaus bietet, wie oben angeführt, die Bereitstellung der sechs rechteckigen vertieften Abschnitte in Form der Schlitze 18a und der sechs erhabenen Konturen 18b auf dem Brennstoffeinlassanschlusstubus, die jeweils eine allgemein trapezförmige Form aufweisen, einen spezifischen Brennstoffströmungspfad vorbei an der Kontaktfläche von Brennstoffeinlassanschlusstubus/Anker in einer Weise, die dazu führt, dass der gasförmige Brennstoff in Querrichtung durch den Arbeitsspalt 15 strömt, wie bei 56 in 5 dargestellt, und die Steuerung des Brennstoffstroms um den Anker und durch ihn hindurch ermöglicht, indem die Druckverluste geregelt werden.
Darüber hinaus kann durch die Größenauslegung der vertieften Flächen 18a und der erhabenen Konturen 18b sowie der verschiedenen Öffnungen 58, 60, 66 im Anker und im Ventilkörper, wie weiter unter beschrieben – wie auch die Anzahl und Kombinationen solcher Öffnungen – der Brennstoffstrom über mindestens drei Strömungspfade gesteuert werden, und auch Druckverluste können gesteuert werden. Zum Beispiel unterstützt ein kleiner Druckunterschied am Anker, solange er vollkommen geöffnet ist, Schraubenfeder 30 während des Losbrechens beim Schließen und bietet eine Dämpfung der Öffnungsstoßwelle. Der zusätzliche Brennstoffströmungspfad verringert auch die Möglichkeit, dass sich Verunreinigungen über der oberen Führung 36, wie in 2 dargestellt, sammeln. Insgesamt können zahlreiche Kombinationen von Öffnungen und Öffnungsdurchmessern – ebenso wie von Schlitzen und erhabenen Konturen auf dem Brennstoffeinlassanschlusstubus – verwendet werden, um den Strom des gasförmigen Brennstoffs in jeder gewünschten Weise zu lenken, die am besten für eine optimale Brennstoffverbrennung und eine optimale Motoranpassung ist.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 5 und 6 in Verbindung mit 1 bis 3 noch eine weitere wesentliche Verbesserung dargestellt, durch die sich die Einspritzventilbaugruppe noch besser zum uneingeschränkten Betrieb mit Erdgas eignet. Bei Einspritzventilen gemäß dem bisherigen Stand der Technik, die für relativ verunreinigungsfreie Brennstoffe verwendet wurden, strömte der Brennstoff durch den Filter nach unten durch den Brennstoffeinlassanschlusstubus hindurch in den Anker und trat aus einer Öffnung aus, die relativ nahe am untersten Abschnitt des Ankers angeordnet war, der sich im Wesentlichen unmittelbar über dem Ventilloch befand. Bei der vorliegenden Anordnung wird, wie in 5 gezeigt, eine im Wesentlichen diagonal ausgerichtete Öffnung 58 bereitgestellt, die den Erdgasstrom dort hindurch und nach unten zum Brennstoffventilloch 41 leitet, von wo aus er in den Einlasskrümmer der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung eintritt.
Wie in 5 gezeigt, bildet Öffnung 58 einen allgemein spitzen Winkel zur Längsachse A-A des Einspritzventils 10. Darüber hinaus stellt der Anker der vorliegenden Erfindung mindestens eine seitliche Öffnung 60 bereit, die allgemein in Querrichtung zur Längsachse A-A verläuft, um zu ermöglichen, dass Brennstoff nach unten durch die Mitte des Ankers strömt, um seitlich aus dem Anker hinaus und danach nach unten zum Brennstoffventilloch 41 geleitet zu werden, wie in 1 dargestellt. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist Öffnung 60 allgemein horizontal, kann aber bei Bedarf spitzwinklig zur Längsachse ausgerichtet sein. Öffnung 58 ist in der Schnittdarstellung von 1 nicht dargestellt. Der durch Öffnung 60 strömende Brennstoff wird durch die Strömungslinien 62 dargestellt, und der durch Öffnung 58 strömende Brennstoff wird durch die Strömungslinien 64 schematisch dargestellt. Bei Bedarf können mehrere zusätzliche horizontale Öffnungen 60 im Anker an verschiedenen radialen Positionen am Umfang verteilt bereitgestellt werden, oder es kann alternativ, wie dargestellt, eine einzelne Öffnung 60 bereitgestellt werden in Abhängigkeit von dem Brennstoffströmungsmuster, das für jeden speziellen Fall angestrebt wird. Der Fachmann wird erkennen, dass der Brennstoffstrom vom Brennstoffeinlassanschlusstubus 18 in drei Pfade unterteilt wird, einen ersten Pfad, der durch Arbeitsspalt 15 verläuft, einen zweiten Pfad durch die Öffnung(en) 60 und einen dritten Pfad durch die Öffnung(en) 58. Der erste Pfad verläuft zwischen dem Anker 14 und der Magnetspule 28 und vereinigt sich schließlich mit dem zweiten Strömungspfad, der durch die Öffnung(en) 60 verläuft.
Es ist ferner leicht einzusehen, dass die Durchmesser jeder der Öffnungen 58, 60 verändert werden können, so dass der Brennstoff in jede vorgegebene gewünschte Richtung geleitet wird. Beispielsweise wird durch Verringern der Größe der Öffnungen 58, 60 begünstigt, dass ein größeres Brennstoffvolumen durch den Arbeitsspalt 15 strömt. Alternativ zieht ein vergrößerter Durchmesser der Öffnungen 58, 60 ein größeres Brennstoffvolumen durch diese Öffnungen und reduziert dadurch den Brennstoffstrom durch den Arbeitsspalt. Es ist zudem festgestellt worden, dass die Durchmesser der Öffnungen 58, 60 sowie die Anzahl und Position solcher Öffnungen die Dämpfungseigenschaften von Ventilnadel 16 sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen beeinflussen. Dementsprechend hängen der Durchmesser der Brennstoffdurchflussöffnungen 58, 60 sowie die Anzahl, Position und Ausrichtung solcher Öffnungen von den gewünschten Volumenstromeigenschaften und den für den jeweiligen Einzelfall gewünschten Strömungsmustern ab; allerdings wurden Durchmesser im Bereich von 1 mm bis 2 mm als vorteilhaft ermittelt.
Es wird nun auf 6 Bezug genommen; ein Ventilkörper 34 ist ferner mit einer mittigen Brennstoffdurchflussöffnung 35 und mehreren diagonal ausgerichteten Brennstoffdurchflussöffnungen 66 versehen, die dazu bestimmt sind, den Erdgasbrennstoff aufzunehmen, der vom ersten und zweiten Strömungspfad von Arbeitsspalt 15 und Öffnung(en) 60 entlang den Seiten von Anker 14 strömt, und den Brennstoff wieder nach unten zum Brennstoffventilloch 41 zu leiten, so dass, wenn die Ventilnadel 16 angehoben wird, der Brennstoff in Brennstoffventilloch 41 eintreten kann und danach in den Einlasskrümmer des Motors geleitet wird, wobei letztere nicht in den Zeichnungen dargestellt sind. Brennstoff, der entlang des dritten Pfades durch die Öffnung(en) 58 strömt, wird direkt zu Brennstoffventilloch 41 geleitet. Es wurde festgestellt, dass die einzigartige Anordnung der Öffnungen 58 und 60 – ebenso wie die rechteckigen radialen Schlitze 18a an der untersten Fläche des Brennstoffeinlassanschlusstubus – ein Brennstoffströmungsmuster erzeugt, das dazu führt, dass das Erdgas in einer Weise strömt, wie durch die Brennstoffströmungslinien bei 56, 62 und 64 in 5 gezeigt, wobei solche Brennstoffströmungslinien tatsächlich ideale Druckbedingungen erzeugen, die verhindern, dass der Anker vom Brennstoffeinlassanschlusstubus angezogen wird. Somit werden die Adhäsionskräfte zwischen dem Anker und dem Brennstoffeinlassanschlusstubus durch die verschiedenen erwähnten Faktoren minimiert, nämlich die Ausschaltung der Tendenz von Öl und Verunreinigungen, sich im Arbeitsspalt 15 zu sammeln, der sich zwischen dem Anker und dem Brennstoffeinlassanschlusstubus befindet, die Verkleinerung der wirksamen Kontaktfläche zwischen Brennstoffeinlassanschlusstubus/Anker durch Bereitstellung von erhabenen Konturen auf der Fläche des Brennstoffeinlassanschlusstubus sowie die Bereitstellung des einzigartigen Erdgasströmungsmusters, das kraftfreie Bedingungen zwischen dem Brennstoffeinlassanschlusstubus und dem Anker erzeugt.
Wie gezeigt, können alternativ die Öffnungen 60 an verschiedenen Positionen am Umfang des Ankers bereitgestellt werden, und die Öffnungen 58 können an mehreren Positionen an seinem Umfang bereitgestellt werden. Ferner kann die Ausrichtung ihrer Winkel verändert werden. Allerdings ist festgestellt worden, dass, wie dargestellt, eine einzelne Öffnung auf jeder Seite ausreichend ist, um den gewünschten Strömungspfad und die kraftfreien Bedingungen zu erzeugen. Ferner sollte, wie oben angeführt, beachtet werden, dass der Durchmesser jeder Öffnung verändert werden kann, um eine Regelung der Brennstoffdrücke und Strömungsmuster in den Bereichen zu ermöglichen, die den Brennstoffeinlassanschlusstubus, den Anker und den Ventilkörper umgeben, um dadurch ein vorgegebenes, erwünschtes Brennstoffströmungsmuster im gesamten Einspritzventil bereitzustellen. Dieses Merkmal wird ausführlicher in der bereits erwähnten, der Öffentlichkeit zugänglichen, gleichzeitig eingereichten (Aktenzeichen Nr. 99P7610US), gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung mit dem Titel „Compressed Natural Gas Injector Having Gaseous Dampening for Armature Needle Assembly during Opening" (Einspritzventil für verdichtetes Erdgas mit Gasdämpfung für Anker/Ventilnadelbaugruppe während des Öffnens) offenbart.
Es ist ferner zu beachten, dass das Vorhandensein der diagonal ausgerichteten Brennstoffdurchflussöffnungen 66 im Ventilkörper 34 die Probleme von Einspritzventilen nach dem bisherigen Stand der Technik beseitigt, in denen sich Ablagerungen und Verunreinigungen im Bereich der oberen Ventilführung 36 ansammelten, wodurch sie zu Abrieb und nicht regelgerechter Führung zwischen der oberen Führung 36 und dem Anker 14 führten. Daher begünstigt die Bereitstellung der diagonal ausgerichteten Öffnungen 66 im Ventilkörper 34, dass Erdgas an dem Bereich vorbeiströmt, der die obere Führung 36 umgibt, und schließt jede Tendenz zur Ansammlung von Verunreinigungen im Bereich der oberen Führung 36 aus.
Unter Bezugnahme auf 7 und 8 in Verbindung mit 1 bis 3 wird nun eine alternative Ausführungsform des unteren Endabschnitts am Brennstoffeinlassanschlusstubus 18 und der untersten Fläche von Brennstoffeinlassanschlusstubus 18 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform umfasst der Brennstoffeinlassanschlusstubus 18 eine bogenförmig angefaste Fläche 52 am untersten Ende von Brennstoffeinlassanschlusstubus 18 wie in der vorangehenden Ausführungsform. In 8 definiert die unterste Fläche von Brennstoffeinlassanschlusstubus 18 wie dargestellt einen Flächenbereich 67 zwischen den konzentrischen Kreisen 70 und 72. Obwohl die Kontaktfläche zwischen Brennstoffeinlassanschlusstubus/Anker nicht wie in den Ausführungsformen der 3 und 4 verkleinert ist, ist die Funktion des Einspritzventils gegenüber Einspritzventilen gemäß dem bisherigen Stand der Technik verbessert. Dementsprechend stellt die in den 7 und 8 dargestellte alternative Ausführungsform eine wesentlich verbesserte Funktion des Einspritzventils wie dargestellt im Vergleich zu Einspritzventilen gemäß dem bisherigen Stand der Technik bereit, wenn sie mit Erdgas betrieben werden.
Unter Bezugnahme auf 9 und 10 in Verbindung mit den 1 bis 3 wird noch eine weitere alternative Ausführungsform der Ankeranordnung für den Betrieb mit Erdgas/der Anordnung des Ankers in der Ventilbaugruppe für den Betrieb mit Erdgas gezeigt. In 9 umfasst die Ankerbaugruppe 73 eine diagonal ausgebildete, relativ große Brennstoffdurchflussöffnung 74 am unteren Ende der Ankerbaugruppe, während die horizontale Brennstoffdurchflussöffnung 60 aus 5 nicht mehr im Anker vorhanden ist. Darüber hinaus wird im Ventilkörper 76, der in 10 dargestellt ist, die mittige Brennstoffdurchflussöffnung 75 bereitgestellt, und die diagonalen Brennstoffdurchflussöffnungen 66 der Ausführungsform aus 6 wurden beseitigt; der Brennstoffstrom wird daher, wie bei 71 in 10 dargestellt, aus der diagonalen Öffnung 74 und in die Ventilbaugruppe 76 geleitet, wie in den 9 und 10 gezeigt.
Der Erdgas-Brennstoffpfad, der durch die in den 7 bis 10 gezeigte Kombination von Brennstoffeinlassanschlusstubus und Anker gebildet wird, stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber Anordnungen nach dem bisherigen Stand der Technik dar. Allerdings werden der Anker und die Ventilbaugruppe, die in 3 bis 6 gezeigt werden, bevorzugt. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den 7 bis 10 offenbarten Anordnungen eine zufrieden stellende und verbesserte Funktion bewirken und abhängig von der speziellen Umgebung, in der sie eingesetzt werden, alternativ als eine bevorzugte Ausführungsform betrachtet werden können. Zum Beispiel können bei bestimmten Einspritzventilen Erwägungen im Hinblick auf Abmessungen und lichte Höhe durchaus ein Strömungsmuster nach sich ziehen, das eine Bevorzugung der Verwendung der Ausführungsformen der 7 bis 10 gegenüber den zuvor offenbarten Ausführungsformen der 3 bis 6 erfordert.
Unter Bezugnahme auf die 11 und 12 in Verbindung mit 1 bis 3 wird nun eine vergrößerte Darstellung im Schnitt in Längsrichtung vom verbesserten Anker der vorliegenden Erfindung offenbart, dem verbesserten Ventilkörper der vorliegenden Erfindung und der verbesserten Ventilnadel, die in die offenbarte Anordnung aufgenommen worden ist. Insbesondere umfasst der Anker 14 (eine) seitliche Brennstoffdurchflussöffnung(en) 60 und umfasst der Ventilkörper 34 die diagonalen Brennstoffdurchflussöffnungen 66 für verdichtetes Erdgas. Am Anker 14 ist bei 78 durch ein bekanntes Crimp-Verfahren eine verbesserte Ventilnadel 16 befestigt worden.
Die verbesserten Ventilbauteile des vorliegenden Einspritzventils werden in den 1, 11 und 12 offenbart und beziehen die verbesserte Ventilnadel 16 ein. Beim Betrieb des Einspritzventils bewegt der Anker 14 sich aufgrund der Erregung und der Stromlosschaltung der Spule 30 auf und ab, so dass abwechselnd ein Öffnen und ein schließender Kontakt zwischen der Ventilnadel 16 und dem Ventilsitz 40 erzeugt werden. Wenn die Nadel angehoben wird, damit der Erdgas-Brennstoffstrom durch die Öffnung 41 treten kann, fließt der Strom am Spitzenbereich 17 der Nadel vorbei und tritt durch Öffnung 41 in seinen Strömungspfad zum Einlasskrümmers des Motors ein.
Bei herkömmlichen Einspritzsystemen für Flüssigkraftstoff, die eine herkömmliche lang gestreckte Nadel mit einer durchgehend zylindrisch ausgebildeten Außenfläche aufweisen, bereitet die Nadel etliche Probleme und Nachteile. Wenn sie für Erdgassysteme eingesetzt werden, werden die bei herkömmlichen Nadeln spezifischen Probleme verstärkt, insbesondere aufgrund der Veränderungen in der gasförmigen Umgebung im Vergleich zu flüssiger Umgebung. Daher bezieht die vorliegende Erfindung eine neuartige Ventilnadel ein, die die Funktionsmerkmale von Brennstoffeinspritzsystemen sowohl für Flüssigkraftstoffe als auch für gasförmige Brennstoffe verbessert.
Es ist bekannt, dass, wenn herkömmliche Ventilnadeln auf dem Ventilsitz eines Einspritzventils aufsetzen, die Aufschlagkraft bei herkömmlichen Nadeln Geräusche innerhalb des Motorraums erzeugen kann, die allgemein entweder als mechanisches Problem wahrgenommen werden oder als in sonstiger Weise schlagende oder stoßende Geräusche, die vom Motor ausgehen. Diese Aufschlagkraft – die gleich der Masse des Ventilbauteils multipliziert mit der Beschleunigung ist – wird allgemein verursacht durch die relativ hohe Geschwindigkeit der Nadel bei ihrer Bewegung in die Stellung „Ventil geschlossen", in der sie auf dem Ventilsitz aufsetzt. Dementsprechend ist die Ventilnadel 16, die einen Bestandteil der vorliegenden Erfindung bildet, so ausgelegt, dass sie die Nachteile der Nadeln nach dem bisherigen Stand der Technik beseitigt. Obwohl sich herausgestellt hat, dass diese Nadel die Leistungsfähigkeit von Einspritzsystemen für gasförmige Brennstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert, wurde festgestellt, dass sie die Leistungsfähigkeit von Einspritzsystemen für Flüssigkraftstoffe ebenfalls verbessert.
Für die in 11 dargestellte Nadel wurde festgestellt, dass es wünschenswert ist, einen Dichtbereich 19 mit großem Radius am Ventilende der Nadel bereitzustellen, um die Kontaktfläche zwischen der Ventilnadel 16 und dem Ventilsitz 40 zu maximieren. Je größer zum Beispiel der Radius an der Spitze der Nadel ist, desto besser ist die Abdichtung zwischen der Nadel und dem Ventilsitz 40. Vorzugsweise ist der Radius des kugelförmigen Dichtbereichs 19 der Ventilnadel 16 in einer Größenordnung von ungefähr 1,75 Millimeter (d. h. mm) oder ungefähr 1,5 mal dem Radius der entsprechenden Dichtflächen in Anordnungen gemäß dem bisherigen Stand der Technik. Allerdings haben Nadeln, die allgemein für herkömmliche Einspritzventile des in diesem Patent offenbarten Typs bekannt sind, eine durchgehend zylindrische Außenkontur vom oberen Ende bis zum unteren Ende, so dass sie eine Nadel mit relativ großer Nadelquerschnittsfläche benötigen, um eine relativ große Dichtfläche bereitzustellen. Die in 11 dargestellte Ventilnadel 16 der vorliegenden Erfindung ist, wie offenbart, eine Nadel mit relativ niedriger Masse, umfasst aber trotzdem eine relativ große, kugelförmige Dichtfläche.
Insbesondere wurde die Masse der Ventilnadel wesentlich reduziert durch die Verkleinerung der Querschnittsfläche des Schafts 21 der Nadel und Beibehaltung eines Spitzenbereichs 17, der, wie dargestellt, eine größere Querschnittsfläche aufweist als der Nadelschaft. Diese Konstruktion reduziert wirksam die Masse der Nadel, während gleichzeitig der relativ große Dichtungsdurchmesser der kugelförmigen Fläche 17b des Spitzenbereichs 17 beibehalten wird, um einen relativ großen Radius am Spitzenbereich – bzw. am freien Ende – der Ventilnadel zum Aufsetzen auf den Ventilsitz 40 bereitzustellen. Es wurde festgestellt, dass die relativ verringerte Masse der Nadel und der relativ große Radius des Spitzenbereichs 17 es möglich machen, eine große kugelförmige Dichtfläche 19 für eine vorgegebene Größe des Erdgas-Volumenstroms bereitzustellen. Der große Radius führt ferner zu einem kürzeren Bewegungsweg für die Ventilnadel 16, wodurch die Aufprallgeschwindigkeit der Nadel im Verhältnis zum Ventilsitz reduziert wird. Es ist festgestellt worden, dass diese Konstruktion bei einem vorgegebenen Volumenstrom zu einer erheblichen Reduzierung des Geräuschs führt, das durch den Aufprall der Ventilnadel 16 auf den Ventilsitz 40 erzeugt wird. Darüber hinaus ist die Dämpfung des offensichtlichen Geräuschs ein Ergebnis der Reduzierung der Amplitude (über die Reduzierung des Hubs der Ventilnadel 16) und der Senkung der Frequenz (über den größeren Aufprallradius am Spitzenbereich 17) des Geräuschs auf einen weniger unangenehmen Bereich des Schallspektrums, wie er vom menschlichen Ohr wahrgenommen wird.
Neben dem reduzierten Geräuschniveau stellt die verbesserte Nadel der vorliegenden Erfindung eine größere Führungsfläche im Verhältnis zum mittleren Nadeldurchmesser bereit, wodurch die Verschleißfestigkeit der in 11 dargestellten Führungsfläche der unteren Führung 80 verbessert wird. Diese verbesserte Verschleißfestigkeit der Führungsfläche beruht auf der verringerten Beanspruchung im Vergleich zu der eines herkömmlichen Grunddurchmessers für die Ventilführung, die für Nadeln gemäß dem bisherigen Stand der Technik verwendet wurde. Zum Beispiel hat eine typische Nadel gemäß dem bisherigen Stand der Technik einen im Wesentlichen durchgehend zylindrisch ausgebildeten Schaft, der mit einem abgerundeten Endbereich abschließt, bei dem der Schaftdurchmesser doppelt so groß wie der Schaftdurchmesser der in 11 dargestellten verbesserten Nadel sein kann. Andererseits kann der Spitzenbereich 17 der in 11 dargestellten Nadel so konstruiert sein, dass er einen Durchmesser aufweist, der bis zu etwa 50% größer als der Durchmesser des Schafts 19 der Ventilnadel 16 ist, wodurch er einen größeren Durchmesser hat, als er sonst bei einer Nadel gemäß dem bisherigen Stand der Technik vorhanden ist, und wodurch dafür gesorgt wird, dass eine untere Führung 80 eine Führungsfläche aufweist, die einen größeren Durchmesser und einen größeren Oberflächenbereich aufweist, als sie sonst bei Nadeln gemäß dem bisherigen Stand der Technik verwendet werden. Dies verbessert die Verschleißfestigkeit der Führungsfläche aufgrund der verringerten Beanspruchung im Vergleich zu der eines herkömmlichen Grunddurchmessers für die Ventilführung. Wesentliche Merkmale der in diesem Patent offenbarten Nadel werden auch in der der Öffentlichkeit zugänglichen, gleichzeitig eingereichten (Aktenzeichen Nr. 98P7678US01) Patentanmeldung mit dem Titel „Compressed Natural Gas Injector Having Improved Low Noise Valve Needle" (Einspritzventil für verdichtetes Erdgas mit verbesserter, geräuscharmer Ventilnadel) offenbart, deren Offenbarungsgehalt durch diesen Verweis als in dieses Patent aufgenommen gilt.
In 13 werden die bevorzugten Größenverhältnisse zwischen der verbesserten Ventilnadel 16 und dem trichterförmigen Ventilnadelsitz 42 im Einzelnen dargestellt. Wie in Bezug auf 1 ausgeführt, umfasst die Ventilnadel 16 einen mittigen Schaftbereich und einen zylindrischen Nadelspitzenbereich 17, der eine kugelförmige untere Fläche 17b aufweist, die auf der trichterförmig ausgebildeten Fläche 42 von Nadelsitz 40 aufsetzt. Die Nadel wird von der oberen Führung 36 geführt, die Anker 14 wie in 1 dargestellt führt, und der unteren Führung 80, die den Nadelspitzenbereich 17 wie in den 13 und 14 gezeigt führt. Die obere Führung 36 wird unabänderlich benötigt, um einen Spalt 36a zwischen der Führungsfläche und dem Anker 14 bereitzustellen, um die Auf- und Abbewegung von Anker und Nadel zu ermöglichen. Somit können der Anker 14 und die Ventilnadel 16 dazu neigen, sich an der oberen Führung 36 im Spalt 36a nach links oder rechts zu verschieben, der einen Durchmesser von ungefähr 0,10 mm bis 0,15 mm und vorzugsweise etwa 0,13 mm aufweist.
Es wird nun auf 13 Bezug genommen; es wurde festgestellt, dass es vorteilhaft ist, das Zentrum der Erzeugung 17c der kugelförmigen Dichtfläche 17b des Nadelspitzenbereichs 17 wie dargestellt in der Mitte der untersten Fläche der unteren Führung 80 anzuordnen, um ein präzises Aufsetzen und Abdichten durch die Ventilnadel 16 auf dem kegelstumpfförmigen Nadelsitz 42 sicherzustellen. Insbesondere neigt bei einer solchen Anordnung des Zentrums 17c der kugelförmigen Dichtfläche 17b von Spitzenbereich 17 die untere Führung 80 dazu, die Seitwärtsbewegung des Nadelspitzenbereichs 17 aufgrund der Bewegung von Anker 14 in der oberen Führung 36 zu behindern und wird auf wirksame Weise zu einem Knotenpunkt, um den der Nadelspitzenbereich 17 sich mit einer Bewegungsfreiheit von 360 Grad drehen kann.
Dementsprechend führt jede Seitwärtsbewegung der Nadel, die auf Höhe von Anker 14 und oberer Führung 36 auftritt, dazu, dass die Nadel um den zentralen Punkt 17c kippt und ein selbstzentrierendes Aufsetzen der Dichtfläche 17b auf dem Nadelsitz 40 unterstützt. Dieses Merkmal des selbstzentrierenden Aufsetzens gilt auch für den Fall, dass es zu Versatz oder Summierungen von Fertigungstoleranzen im Verhältnis von oberer Führung 36 und Ventilnadel 16 kommt.
Wie oben ausgeführt, ist die vorliegende Ventilnadel 16 vorteilhaft für den Einsatz sowohl in Einspritzventilen, die verdichtetes Erdgas wie in diesem Patent betrachtet verwenden, als auch in Einspritzventilventilen, die Flüssigkraftstoffe wie zum Beispiel Benzin verwenden. Insbesondere wird bei Einspritzventilen, die Flüssigkraftstoffe verwenden, die Bewegung der Ventilnadel zusätzlich durch die Verdrängung des Fluids von der vergrößerten Ventildichtfläche und dem Ventilsitz gedämpft, was die Aufschlagkraft weiter reduziert sowie unkontrollierte Nacheinspritzungen nach dem Schließen, die von der Ventilnadel verursacht werden, wenn sie vom Ventilsitz zurückprallt. Bei solchen Einspritzventilen, die für Flüssigkraftstoffe verwendet werden, erzeugt das Zurückprallen des Ventils eine Anzahl von Kraftstofftröpfchen mit niedriger Geschwindigkeit, nachdem die Nadel zu schließen begonnen hat. Eine Dämpfung durch das Zurückprallen des Ventils minimiert die Förderung von Brennstoff mit geringem Volumen/niedriger Geschwindigkeit zum Ventilloch 41. Daher verbessert die Dämpfung des Zurückprallens der Nadel die Funktion des Einspritzventils, indem die Förderung von Kraftstoff mit geringem Volumen/niedriger Geschwindigkeit zum Ventilloch und dem umgebenden Bereich minimiert wird, der dazu neigt, dass Kraftstofftröpfchen aufgrund von Oberflächenspannung länger an ihm haften, wenn Flüssigkraftstoffe verwendet werden. Es wurde festgestellt, dass eine Dämpfung des Zurückprallens des Ventils auch für das vorliegende Einspritzventil vorteilhaft ist, das für den Einsatz mit gasförmigem verdichteten Erdgas gedacht ist.
Es wird nun auf 14 Bezug genommen, in der in Verbindung mit 1 die untere Ventilnadelführung 80 in Form eines scheibenförmigen Elements dargestellt ist, das bogenförmig ausgebildete Brennstoffdurchflussöffnungen 82 aufweist, die gasförmiges verdichtetes Erdgas in effizienterer und wirksamerer Weise leiten als Ventilführungen nach dem bisherigen Stand der Technik, die eine Vielzahl von kreisförmigen Öffnungen verwendeten, die entlang eines Kreismusters ausgebildet waren. Die Öffnungen 82 sind größer als die kreisförmigen Öffnungen gemäß dem bisherigen Stand der Technik und sind wirksamer bei der Führung und Dosierung des Brennstoffstroms in effizienter Weise, indem das Strömungsmuster in Form mehrerer bogenförmiger Strömungspfade ausgebildet wird.
Es wird nun auf 12 Bezug genommen, in der der verbesserte Anker 14 dargestellt ist mit Ventilnadel 16, die bei 78 durch bekannte Crimp-Verfahren am Anker befestigt ist; allerdings ist der Ventilkörper 34 zwecks deutlicher Veranschaulichung bei der vergrößerten Darstellung von Anker 14 und Ventilnadel 16 weggelassen worden. In 12 zeigt die Darstellung von Ventilnadel 16 deutlich den Hauptschaftbereich 21 und den vergrößerten Spitzenbereich 17 mit vergrößerter kugelförmiger Ventildichtfläche 17b, die, wie in Verbindung mit 13 beschrieben, auf vorteilhafte Weise auf dem Sitzbereich 42 des Ventilnadelsitzes 40 aufsetzt bzw. sich von ihm trennt.
Es wird wieder auf 11 Bezug genommen, in der das Einspritzventil 10 eine Vorrichtung 84 zur Formung des Brennstoffdüsenstrahls umfasst, die einen flachen trichterförmigen Bereich 86 aufweist, der mit einem allgemein tubusförmigen strahlformenden Bereich 88 verbunden ist. Gasförmiger Brennstoff, der durch das Ventilloch 41 strömt, kann danach durch den trichterförmigen Bereich 86 strömen und dann im strahlformenden Bereich 88 zu einem gleichförmigen Gasstrom geformt werden. Die Vorrichtung 88 zur Brennstoffstrahlformung verbessert die Qualität des Gemischs, reduziert die Brennstoffförderzeit und ermöglicht eine Einfach- oder Mehrfachausrichtung des abgegebenen Brennstoffstrahls zwecks verbesserter Ausrichtung des Gasstroms. Ein kleiner Ausstoßwinkel des Gasstroms kann das umgebende Arbeitsfluid (größtenteils Luft) mitreißen und kann vorteilhafte Wirbelenergie abgeben an ausgerichtete Luft/Brennstoffgemische, die durch einen Kanal, ein Einlassventil und/oder in einen Brennraum strömen, um Luft/Kraftstoffgemischgradienten im Zylinder zu reduzieren. Es hat sich herausgestellt, dass dieses Merkmal Zündaussetzer des Motors reduziert und Abgasemissionen verbessert, und es wird zudem in der der Öffentlichkeit zugänglichen, gleichzeitig eingereichten (Aktenzeichen Nr. 99P7611US) Patentanmeldung mit dem Titel „Gaseous Injector With Columnated Jet Orifice and or Flow Directing Device" (Einspritzventil für gasförmige Brennstoffe mit strahlformender Düsenöffnung und/oder Vorrichtung zur Führung des Brennstoffstroms) offenbart, deren Offenbarungsgehalt durch diesen Verweis als in dieses Patent aufgenommen gilt.
Es wurde festgestellt, dass das Einspritzventil der vorliegenden Erfindung aus den vorstehend genannten Gründen eine verbesserte Funktion bereitstellt, indem das Strömungsmuster des verdichteten Erdgases wie beschrieben verbessert wird, die Steuerung des Ventilnadelbetriebs und die der Nadelbewegungen verbessert werden und die Dichtmerkmale des Nadelventiltyps, der als Bestandteil in das Einspritzventil integriert ist, verbessert werden. Wie vorstehend angeführt wurden die Geräuscheigenschaften und die Nadeldämpfung sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen durch die vorliegende Erfindung und mit dem Ergebnis verbessert, dass das hier dargestellte und beschriebene Einspritzventil für den Einsatz für Brennstoffe in Form von verdichtetem Erdgas wesentlich verbessert wurde.
Auch wenn die vorliegende Erfindung speziell zur Verwendung mit Brennstoffen in Form von verdichtetem Erdgas gedacht ist, ist offenkundig, dass die Verwendung beliebiger flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe in Betracht gezogen wird, insbesondere solcher Brennstoffe mit einer relativ hohen Verunreinigung, da die Toleranz gegenüber Verunreinigungen durch den offenbarten Aufbau in umfassender Weise berücksichtigt wird.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf die dargestellten bevorzugten Ausführungsformen im Einzelnen beschrieben wird, sind Abweichungen und Modifikationen unter dem Geist und innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung möglich, wie durch die nachfolgenden Ansprüche beschrieben und definiert wird.

Claims

Elektromagnetisch betätigtes Einspritzventil für ein Einspritzsystem einer Kraftmaschine mit innerer Verbrennung, wobei das besagte Einspritzventil allgemein tubusförmig ist, eine allgemeine Längsachse (A-A) aufweist und Folgendes umfasst: (a) einen ferromagnetischen Kern (32); (b) eine Magnetspule (28), die zumindest einen Teil des ferromagnetischen Kerns umgibt; (c) einen Anker (14), der magnetisch an besagte Magnetspule gekoppelt ist und durch Bewegung auf besagte Magnetspule reagiert, wobei der besagte Anker ein Element (16) zum Schließen des Ventils betätigt, das mit einem feststehenden Ventilsitz (42) eines Brennstoffventillochs (41) interagiert und vom besagten feststehenden Ventilsitz weg bewegt werden kann, wenn die besagte Magnetspule erregt wird, wobei besagter Anker (14) eine allgemein lang gestreckte Form und eine allgemein mittige Öffnung (11) zur axialen Aufnahme und Durchleitung von gasförmigem Brennstoff von einem Brennstoffeinlassanschlusstubus (18) aufweist, der über dem Anker angeordnet ist, wobei besagter Brennstoffeinlassanschlusstubus (18) und besagter Anker (14) so beschaffen sind, dass sie einen ersten Strömungspfad (56) für gasförmigen Brennstoff ermöglichen durch einen in Querrichtung zur besagten Achse (A-A) verlaufenden Arbeitsspalt (15) zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen des besagten Ankers (14) und des besagten Brennstoffeinlassanschlusstubus (18) als Teil eines Pfads, der zu besagtem Brennstoffventilloch führt; und (d) mindestens eine erste Brennstoffdurchflussöffnung (60), die durch einen Wandabschnitt des besagten Ankers (14) verläuft, um einen zweiten Strömungspfad (62) für gasförmigen Brennstoff als Teil eines Pfads zu definieren, der zu besagtem Brennstoffventilloch führt; wobei besagtes Einspritzventil dadurch gekennzeichnet ist, dass es mit gasförmigem Brennstoff betrieben werden kann und durch die Bereitstellung von Mitteln (18b) im besagten Arbeitsspalt (15) auf der besagten gegenüberliegenden Fläche des besagten Brennstoffeinlassanschlusstubus (18) eine Vielzahl von Schlitzen (18a) definiert ist, die radial zur besagten Achse (A-A) ausgerichtet sind und gemeinsam den besagten ersten Strömungspfad (56) für den gasförmigen Brennstoff umfassen.
Elektromagnetisch betätigtes Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagter Anker (14) mindestens eine zweite Öffnung (58) in einem seiner Wandabschnitte definiert, um einen dritten Strömungspfad (64) für gasförmigen Brennstoff zu definieren als Teil des besagten Pfads, der zu besagtem Einspritzventil führt.
Elektromagnetisch betätigtes Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass besagte mindestens eine zweite Öffnung (58) in einem allgemein spitzen Winkel im Verhältnis zu besagter Längsachse (A-A) ausgerichtet ist.
Elektromagnetisch betätigtes Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilkörper (34) bereitgestellt wird, der in Strömungsrichtung hinter dem besagten Anker (14) angeordnet ist, und er in einem seiner Wandabschnitte mindestens eine Öffnung (66) aufweist, die so angeordnet ist, dass sie Brennstoff zu einem Ventilloch (41) leitet, das in der Lage ist, selektiv zu öffnen und zu schließen mittels eines beweglichen Nadelventilelements (16), das an besagtem Anker (14) befestigt ist und von diesem bewegt werden kann.
Elektromagnetisch betätigtes Einspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Nadelventilelement (16) mit einem allgemein kugelförmig ausgebildeten Endbereich ausgestattet ist, der so konstruiert und beschaffen ist, dass er, wenn das Ventil geschlossen ist, auf einem kegelstumpfförmig ausgebildeten Ventilsitz (42) aufsetzt.
Elektromagnetisch betätigtes Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des besagten Brennstoffeinlassanschlusstubus (18), die dem besagten Arbeitsspalt (15) gegenüberliegt, eine Vielzahl von radial verlaufenden erhabenen Konturen (18b) trägt, wobei besagte Konturen vertiefte Abschnitte (18a) dazwischen aufweisen, um die besagten Schlitze zu definieren, durch die der gasförmige Brennstoff strömen kann.
Elektromagnetisch betätigtes Einspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede der erhabenen Konturen (18b) eine allgemein trapezförmige Form hat.
Elektromagnetisch betätigtes Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des besagten Brennstoffeinlassanschlusstubus (18), die besagtem Arbeitsspalt (15) gegenüberliegt, mit einer allgemein angefasten Kontur (52) entlang ihrer radial verlaufenden Außenfläche ausgebildet ist.
Elektromagnetisch betätigtes Einspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass besagter allgemein angefaster Bereich (52) des besagten Brennstoffeinlassanschlusstubus (18) allgemein mit einem bogenförmigen Querschnitt ausgebildet ist.
Elektromagnetisch betätigtes Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elastisches Mittel (30) bereitgestellt wird, um besagten Anker (14) vom besagten Brennstoffeinlassanschlusstubus (18) weg gerichtet und entlang der besagten Achse (A-A) vorzuspannen.
Elektromagnetisch betätigtes Einspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte elastische Mittel eine Schraubenfeder (30) umfasst, die längs zur besagten Achse (A-A) verläuft und an einem ihrer Enden durch besagten Brennstoffeinlassanschlusstubus (18) und an ihrem anderen Ende durch besagten Anker (14) gehalten wird.
Verfahren zur Führung von Brennstoff durch ein elektromagnetisch betätigtes Einspritzventil für ein Brennstoffsystem einer Kraftmaschine mit innerer Verbrennung, wobei besagtes Einspritzventil eine allgemeine Längsachse (A-A) aufweist und einen Brennstoffeinlassanschlusstubus (18) umfasst, der eine Austrittsöffnung aufweist, wobei ein Anker (14) axial unter der besagten Austrittsöffnung angeordnet ist und eine allgemein lang gestreckte Öffnung (11) zur Aufnahme von Brennstoff vom besagten Brennstoffeinlassanschlusstubus (18) aufweist, wobei der besagte Anker (14) entlang der besagten Achse in einem Abstand zur besagten Austrittsöffnung angeordnet ist, um einen Arbeitsspalt (15) zu definieren, um eine axiale Bewegung des besagten Ankers (14) hin zu und weg von der besagten Austrittsöffnung zu ermöglichen, um ein Brennstoffventilloch (16, 40–42) selektiv zu öffnen und zu schließen, um selektiv Brennstoff durch es hindurch zu fördern, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Leiten des Brennstoffs, so dass er axial durch den besagten Brennstoffeinlassanschlusstubus (18) strömt; b) Leiten eines Teils des besagten Brennstoffs, so dass er von besagter Austrittsöffnung des besagten Brennstoffeinlassanschlusstubus (18) in die besagte allgemein lang gestreckte mittige Öffnung (11) des besagten Ankers (14) in einer axialen Richtung zum besagten Brennstoffventilloch geführt wird; c) Ablenken von zumindest einem Teil des Brennstoffstroms, der in besagten Anker (14) geleitet wird, so dass er in eine von der besagten axialen Richtung weg weisende Richtung strömt; und dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem besagten Brennstoff um gasförmigen Brennstoff handelt und dass: d) zumindest ein Teil des Brennstoffstroms von besagter Austrittsöffnung des besagten Brennstoffeinlassanschlusstubus (18) allgemein in Querrichtung zur besagten Achse durch den besagten Arbeitsspalt (15) strömt und durch eine Vielzahl von radialen Schlitzen (18a), die auf einer Fläche des besagten Brennstoffeinlassanschlusstubus (18) definiert sind, die dem besagten Anker (14) gegenüberliegt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, bei dem der gasförmige Brennstoff, der durch den besagten Anker (14) strömt, in eine von der axialen Richtung weg weisende Richtung geleitet wird, dadurch durchgeführt wird, dass der gasförmige Brennstoff durch mindestens eine erste Öffnung (60) geleitet wird, die in einem Wandabschnitt des besagten Ankers (14) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Öffnung (60) im besagten Wandabschnitt des besagten Ankers (14) allgemein in Querrichtung zur besagten axialen Richtung (A-A) verläuft.
Verfahren nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest für einen Teil des gasförmigen Brennstoffs, der in besagten Anker (14) fließt, möglich ist, durch mindestens eine zweite Öffnung (58) in einem Wandabschnitt des Ankers zu strömen, die in Strömungsrichtung hinter dem Wandabschnitt angeordnet ist, in dem die mindestens eine erste Öffnung (60) bereitgestellt wird; wobei besagte mindestens eine zweite Öffnung in einem spitzen Winkel zur besagten Längsachse (A-A) verläuft, wodurch mindestens drei Brennstoffströmungspfade bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass besagte mindestens eine erste (60) und zweite (58) Öffnung(en) in besagtem Anker (14) einen Durchmesser von etwa 1,0 mm bis 2,0 mm haben.
Verfahren nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine vorgegebene Anzahl für die besagte(n) erste(n)(60) und zweite(n)(58) Öffnung(en) vorgesehen wird, und deren Durchmesser vorgegeben sind, um eine vorgegebene Anzahl von Brennstoffströmungspfaden und Volumenströmen darin bereitzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes Einspritzventil ein Magnetspulensystem umfasst, das eine Magnetspule (28) aufweist, und besagter Anker (14) magnetisch an das Magnetspulensystem gekoppelt ist, um den besagten Anker zu veranlassen, sich zur Austrittsöffnung des besagten Brennstoffeinlassanschlusstubus hin und von ihr weg zu bewegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung des besagten Brennstoffeinlassanschlusstubus (18) auf einer Fläche definiert ist, die eine Vielzahl von erhabenen Konturen (18b) darauf aufweist, wobei besagte erhabene Konturen jeweils in einem Abstand zueinander angeordnet sind und zwischen einander die besagten radialen Schlitze (18a) definieren, um zu ermöglichen, dass gasförmiger Brennstoff durch den besagten Arbeitsspalt (15) strömt, wenn der besagte Anker (14) sich zur besagten Austrittsöffnung bewegt, um dadurch das besagte Brennstoffventilloch (16, 40–42) zu öffnen.