DE8201850U1 - Brennstoff-einspritzvorrichtung - Google Patents

Description

1. HITACHI, LTD.

5-1, Marunouchi 1-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan

2. HITACEI AUTOMATIVE ENGINEERING CO., LTD. 2520, Takaba, Katsuta-shi, Ibarakl-ken, Japan

Brennstoff-Einspritzvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoff-Einepritzvorrichtung mit

- einem Magnetventil, das eine Wicklung und einen Kern im Zentrum der Wicklung aufweist,

·- einem Jochgehäuse, das die Wicklung umschließt und mit dem Kern verbunden ist,

·■ einem Plunger, der in Berührung mit einem Ende des Kerns steht, der entlang der Zentralachse des Jochgehäuses gleitbar angeordnet ist, und

• einem innerhalb des Ventilgehäuses vorgesehenen und beweglichen Kugelventil mit Kugel und Ventilsitz am anderen Ende des Plungers auf der entgegengesetzten Seite des Kerns«

Es sind. Brennstoff-Einspritzvorrichtungen mit

Kugelventil bekannt, die gegenüber Nadelventilen den Vorteil haben, daß keine exakte Führung gegenüber dem Ventilsitz erforderlich ist. Das vereinfacht die ■ Fertigung des Ventilgehäuses, weil die Genauigkeitsanforderungen geringer sind. Außer der Verminderung der Herstellungskosten und des Gewichts der beweglichen Teile läßt sich auch eine höhere Ansprechgenauigkeit erreichen. Diese Einspritzventile haben aber den Nachteil, daß es schwierig ist, bei einem Kugelventil den Diffusions-Winkel des Brennstoffsprays so vorzusehen,daß eine gute Brennstoffzerstäubung eintritt.

Es sind weiter Brennstoff-Einspritzventile bekannt, bei denen der Brennstoff unter hoher Geschwindigkeit von der Eingangsöffnung, die durch das Ventilgehäuse von außen nach innen durchgehend angeordnet ist, in einer Richtung tangential zur äußeren Oberfläche des Kugelventils in die Wirbelkammer gelangt, die von der Innenoberfläche des Ventilgehäuses der äußeren Oberfläche des Kugelventils und dem Ventilsitz eingeschlossen ist, so daß der geförderte Brennstoff in der Wirbelkammer herumgewirbelt wird, um den Versprühungswinkel des Brennstoffsprays hinter der Auslaßöffnung zu vergrößern. Bei dieser Vorrichtung ist der tatsächliche Strömungskoeffizient an dem Ventilsitz klein, so daß es erforderlich wird, den Ventilhub zu vergrößern, um eine ausreichende Brennstoffströmung am Ventilsitz sicherzustellen. Ein Anwachsen des Ventilhubes hat jedoch auch ein Anwachsen der benötigten Seit zur Folge ,die das Kugelventil braucht, um den gesamten Hub durchlaufen

zu können. Dies wiederum läßt die Geschwindigkeit anwachsen, mit der die beweglichen Teile des Kugelventils wie Plunger und Stange gegen den Stopper schlagen, was ein Zurückprallen zur Folge hat, wodurch die Einspritzmenge ungleichmäßig wird.

Dieses System hat auch noch andere Nachteile: Wenn der Brennstoff durch die Auslaßöffnung bemessen wird, wird der in der Wirbelkammer in Nähe der Ventilöffnung befindliche Brennstoff zur Auslaßöffnung gelangen, bevor er verwirbelt wird, mit dem Ergebnis, daß der tatsächliche Ausflußkoeffizient größer wird als unter normalen Bedingungen. Dies hat zur Folge, daß eine Überschußmenge vom Brennstoff eingespritzt wird, wenn das Ventil sich zu öffnen beginnt, wodurch es schwer wird, die Brennstoffströmung in den Bereichen kleiner Mengen au steuern. Wenn der Brennstoff von der Eingangsöffnung bemessen wird, werden meist drei oder mehr Einlaßöffnungen benötigt, die parallel nebeneinander angeordnet sind, um eine gleichmäßige Zerstäubung sicherzustellen. Das vermindert den Lochdurchmesser der öffnung und erfordert sehr große Genauigkeit bsi der Herstellung.

Bei einem weiteren bekannten Einspritzventil ist ein Spiralglied stromab des Ventilsitzes vorgesehen, um den Diffusionswinkel des Brennstoffsprays zu erhöhen. Bei dieser Vorrichtung wird dem Brennstoff eine Wirbeibewegung stromab des Ventilsitzes erteilt, wosurch keine so großen Nachteile wie bei den vorbeschriebenen Ausführungen entstehen. Da jedoch der

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Brennstoff von der entgegengesetzten Seite des Ventilsitzes K zugeleitet' . wird, muß er durch die Mitte der |

Wicklungen, durch den Brennstoffkanal in den Plunger f.;

und um das Kugelventil fließen, um den Ventilsitz %

zu erreichen. Das erhöht den Fließwiderstand. Wenn des- ί halb das Ventil geöffnet ist, nimmt sofort der Brennstoff druck stromauf des Ventilsitzes ab, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs, der durch die Brennstoffkanainut fließt* reduziert wird. Dies hat zur Folge, daß der Versprühungswinkel beim Beginn der Brennstoff-Einspritzung unzureichend wird. Außerdem besteht der weitere Nachteil, daß die Bewegung des Ventils nicht stabil ist, weil das Kugelventil nicht geführt ist.

Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Brennstoff-Einspritzvorrichtung mit einem Magnetventil zu schaffen, die frei von den vorstehend angeführten Nachteilen ist und die den Versprühungswinkel des Brennstoffsprays verbessert, wenn sich das Ventil zu öffnen beginnt, d. h., wenn der Brennstoff-Einspritzvorgang beginnt,und außerdem eine ausgezeichnete Steuerung der Brennstoff-Einspritzung in der Kleinmengenphase zu erzielen erlaubt. Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Hauptansprurh gekennzeichneten Merkmale. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige weitere Ausführungen bzw. Varianten.

Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele der erfindungsgercäßen Vorrichtung. Es zeigen:

^ig. 1 eine Schnittdarstellung einer Brennstoff-Einspritzvorrichtung; I

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Fig. 2 eine Außenansicht des Spiralglieds; Fig. 3 einen Schnitt nach III-III in Fig. 1;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung einer anderen

Ausführungsform und Fig. 5 einen Schnitt nach V-V in Fig. 4.

In Fig. 1 arbeitet das Kugelventil 10 in dem Ventilgehäuse 12, um dabei den Brennstoffkanal 16 am Ventilsitz 14 zu öffnen oder zu schließen. Das Kugelventil 10 ist durch die Stange 18 einstückig mit dem Plunger 20 verbunden, wobei diese drei Teile die bewegliche Einheit 22 bilden. Die beweglichen Teile sind in dem Ventilgehäuse 12 und dem Jochgehäuse 26 untergebracht, so daß sie in axialer Richtung des Ventilgehäuses beweglich sind. sie werden von der äußeren Oberfläche des Kugelventils 10 und des Kanals 24 der Stange 18 geführt. Der Kragen 24 stößt gegen den Stopper 28, der zwischen dem Ventilgehäuse 12 und

P dem Jochgehäuse 26 vorgesehen ist und bestimmt den Hub des Kugelventils 10. Das Ventilgehäuses 12 und der Stopper 28 sind in dem Jochgehäuse 26 befestigt. In der Mitte des Jochgehäuses 26 ist der Kern 30 angeordnet. Eine Wicklung 32 ist zwischen dem Jochge-

häuse 26 und dem Kern 30 untergebracht. Ein Ende de3 |

Kerns 30 steht einem Ende des Plungers 20 mit einem Luftspalt dazwischen gegenüber. Das Jochgehäuse 26, der Kern 30 und der Plunger 20 bestehen aus einem weichen magnetischen Material und bewirken den magnetischen Kraftfluß. Zwischen dem Plunger 20 und dem Kern 30 ist eine Feder 34 vorgesehen, die den Plunger

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gegen den Ventilsitz 14 preßt. Ein Brennstoffeinlaß mündet zwischen dem Ventilsitz 14 und der inneren

Oberfläche des Ventilgehäuses 12, an der das Kugelventil 10 gleitet. Das äußere Ende des Brennstoffeinlasses 36 öffnet sich zur Außenoberfläche des Ventilgehäuses 12. Der Brennstoffeinlaß 36 ist im wesentlichen zur Zentralachse des Kugelventils 10 gerichtet, um die Bildung von Wirbeln rund um das Kugelventil zu verhindern. Innerhalb des Ventilgehäuses 12 ist unmittelbar stromab des Ventilsitzes 14 ein Spiraiglied 40 eingepreßt, das eine bolzenförmige Gestalt mit spiralförmigen Nuten 38 aufweist, um den Brenns stoff längs der Nuten 38 zu verwirbeln.Eine Auslaßöffnung ist als Bemessungsdüse 42 ausgebildet und befindet \ sich unmittelbar stromab und so nahe wie möglich an

dem SpiralglieJ 40.

Wenn bei dem Brennstoffeinspritz-Ventil nach der Erfindung die Wicklung 32 unter Strom gesetzt wird, wird der Plunger 20 gegen die Kraft der Feder 34 zum Kern 30 gezogen, bis der Kragen 24 gegen den Stopper stößt. Gleichzeitig löst sich das Kugelventil 10 von dem Ventilsitz 14, wodurch der von der Brennstoff-Druckquelle kommende Brennstoff vom Brennstoffeinlaß 36 durch den Zwischenraum fließen kann, der von dem Kugelventil 10, der inneren Oberfläche des Ventilgehäuses 12 und dem Ventilsitz 14 gebildet wird. Der Brennstoff fließt dann durch die Nuten 38 des Spiralglieds 40. Während der Strömung durch die Nuten erhält der Brennstoff eine spiralförmige Bewegung senkrecht zur Richtung der Einspritzung und wird nach Passieren der Auslaßöffnung 42 zerstäubt.

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Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, die Brennstoff-Durchgangsströmung am Ventilsitz zu erhöhen, weil der Brennstoff nicht gewirbelt wird, wenn er durch den Ventilsitz strömt. Der Ventilhub, der erforderlich wäre, wenn der Brennstoff wirbelnd strömen würde, braucht nicht vergrößert zu werden; der tatsächliche Strömungskoeffizient steigt entsprechend an. Hierdurch ist eine Verkürzung der Zeit nach Beginn der Ventilbeweguna bis zum Moment, wo dieses stabil wird, möglich, und es wird eine genaue Steuerung im Bereich der Phase mit kleinen Brennstoffmengen erreicht.

Dazu kommt noch, daß der Raum zwischen dem Spiralglied 40 und der Bemessungsdüse 42, in dem der Brennstoff stagnieren könnte, sehr klein gemacht werden kann, weil der Ventilsitz 14 nicht am Spiralglied 40 vorgesehen ist. Dadurch wird die Brennstoffmenge vermindert, die beim Beginn des Einspritzvorgangs von der Bemessungsdüse 42 ohne Verwirbelung eingespritzt wird, und die Perfektion der Steuerung im Bereich der kleinen Brennstoffmengen wird verbessert. Da der Brennstoff nicht durch die Einlaßöffnung bemessen wird, erfordert die Fertigung dieser Einlaßöffnung keine hohe Präzision.

Das Einspri^i,ventil nach der Erfindung weist zusätzlich noch die folgenden Vorteile auf:

Da der Brennstoff von dem unmittelbar stromauf dee Ventilsitzes 14 gelegenen Raum bezogen wird, sind es nur der Ventilsitz 14 und das Spira.\glied 40, durch die

der Brennstoff vor Erreichen der Bemessungsdüse

42 am Auslaß durchfließen muß, so daß bei Beginn der Einspritzung die Verminderung des Brennstoff druckes unmittelbar vor der Bemessungsdüse 42 erzielt werden kann, um eine ausreichende Geschwindigkeit für den Brennstoff bei seiner Strömung durch das Spiralglied 40 zu sichern. Auf diese Weise kann der Nachteil der übrigen Einspritzvorrichtungen eliminiert werden,daß bei Beginn der Brennstoffeinspritzung der Diffusionswinkel des Brennstoffsprays klein ist. Darüber hinaus wird die Vorrichtung einfach,und die beweglichen Teile können mit hoher Genauigkeit geführt werden, weil es nicht erforderlich ist, einen Brennstoffkanal innerhalb des Ventilgehäuses 12 am Jochgehäuse 26 des Kugelventile 10 vorzusehen. Eine instabile Brennstoffströmung infolge instabiler Bewegungen der beweglichen Teile wird vermieden. Der Diffusionswinkel des ausgesprühten Brennstoffs bei Beginn des Einspritzvorgancp kann vergrößert werden, wodurch auch die Qualität der Brennstoffversprühung verbessert wird.

Die Fig.4 und 5 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung. Das Einspritzventil ist im wesentlichen dasselbe wie in Fig. 1. Zusätzlich dazu ist das Ventilgehäuse 12 von einem Gehäuse 43 umgeben, das Einlasse 36* für den Brennstoff aufweist. Dieses Gehäuse 43 ist an dem stromabseitigen Ende des Vsntilgehäuses dicht befestigt, z. B. mittels einer Q-Ring-Dichtungsanordnung 47. Das Gehäuse 43 weist tangential© Bohrungen zur Einführung von die Verwirbelung unterstützender Luft auf. Diese Bohrungen 44 münden in einen konischen

Raum 45, durch den die unterstützende Luft gegen die Achee der Bemessungsdüse 42 geblasen wird. Die Wirbel-

b üdung in diesem Raum 45 hat dabei eine Richtung, die

der Richtung der Nuten && des .Spiralgliedes 40 entgegengesetzt ist. Auf diese Weise wird die Zerstäubung des Brennstoffs noch zusätzlich verbessert.

Fig.5 stellt einen Querschnitt V-V der Fig. 4 dar. Die Bohrungen 44 erzeugen einen Wirbel (in derVr;5Sichnung rechtsdrehend), der entgegengesetzt ist zu der Richtung der Spiralnuten 38 im Spiralglied 40.

Claims (5)

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   BEETZ & PARTNER ·^:··"··" '··' ''" Patentanwälte Steinsdorfstr. 10 · D-8000 München 22 European Patent Attorneys

   Telefon (0 89) 22 72 01 - 22 72 44 - 29 5910 _R g^ ^

   Telex 5 22048 - Telegram·*! Allpat München _. . _ opcjy ■ _ln

   Dr.-!ng. W. TIMPE DipL-Ing. J. SiEGFRlED 680-33.269G Priv.-Doz.Dipl.-Chem.Dr.rer.nat.W.SCHMITT-FUMIAN

   DipL-Ing. K. LAMPRECHT 11981 26. Januar 1982

   Ansprüche

   Brennstoff-Einspritzvorrichtung mit

   - einem Magnetventil, das eine Wicklung und einen Kern im Zentrum der Wicklung aufweist,

   - einem Jochgehäuse, das die Wicklung umschließt und mit dem Kern verbunden ist,

   - einem Plunger, der in Berührung mit einem Ende des Kerns steht, der entlang der Zentralachse des Jochgehäuses gleitbar angeordnet ist, und

   - einem innerhalb des Ventilgehäuses vorgesehenen und beweglichen Kugelventil mit Kugel und Ventilsitz am anderen Ende des Plungers auf der entgegengesetzten Seite des Kerns,

   gekennzeichnet durch

   - im Ventilgehäuse (12) vorgesehene Brennstoffeinlaßkanäle (36) , die nach außen führen und so angeordnet sind, daß der Brennstoff stromauf des Ventilsitzes (14) nicht verwirbelt wird,

   - stromab des Ventilsitzes (14) ein Spiralglied (40) vorgesehen ist, das dem austretenden Brennstoff eine spiralige Bewegung in einer zur Einspritzrichtung senkrechten Richtung erteilt, und

   - eine Bemessungsdüse (42) stromab des Spiralglieds (40).
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß der Innendurchmesser des Ventilgehäuses (12) und der Außendurchmesser des Kugeiventils (10) etwa gleich sind, so daß das Kugelventil (10) im Ventilgehäuse (20) geführt ist und die innere Öffnung des Brennstoffeinlaßkanals (36) zwischen dem Ventilsitz (14) und nahe am Kugelventil (10) und der inneren Oberfläche des Ventilgehäuses (12) vorgesehen ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

   daß das Spiralglied (40) die Form eines Kreiszylinders besitzt, in dem Spiralnuten (38) für den Brennstoff eingearbeitet sind.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

   - das Ventilgehäuse (12) von einem Gehäuse (43) umgeben ist, in dem Brennstoffeinlaßleitungen (36') vorgesehen sind, wobei das Gehäuse (43) dicht mit dem stromabseitigen Ende des Ventilgehäuses (12) verbunden ist, und

   - tangentiale Bohrungen (44) als Einlaß für Hilfs-Druckluft vorgesehen sind, die in einen konischen Raum (45) münden und durch die Druckluft gegen die Achse der Auslaßöffnung C?) geblasen werden kann.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß die tangentialen Bohrungen (44) derart angeordnet sind, daß die Richtung des Luftwirbels entgegengesetzt

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   zur Richtung der Spiralnuten (38) des Spiralglieds (40) verläuft.