EP0222131A2 - Elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil - Google Patents

Elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil Download PDF

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EP0222131A2
EP0222131A2 EP86113487A EP86113487A EP0222131A2 EP 0222131 A2 EP0222131 A2 EP 0222131A2 EP 86113487 A EP86113487 A EP 86113487A EP 86113487 A EP86113487 A EP 86113487A EP 0222131 A2 EP0222131 A2 EP 0222131A2
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Andreas Sausner
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    • F02M51/0625—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
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    • F02M51/0675—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding the armature having an elongated valve body attached thereto the valve body having cylindrical guiding or metering portions, e.g. with fuel passages
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    • Y10S239/00—Fluid sprinkling, spraying, and diffusing
    • Y10S239/90—Electromagnetically actuated fuel injector having ball and seat type valve

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetically actuated fuel injection valve for injection systems of internal combustion engines with an electromagnet, an armature and a closing member, which is operatively connected to a spring and the armature.
  • the closing member is designed as a valve needle, which is guided axially in a correspondingly designed bushing and has a conical shape at its end directed towards the injection opening, so that it lies sealingly on the valve seat when the fuel injection valve is closed. To do this, it is pressed by a corresponding spring in the direction of the valve seat. When the electromagnet is energized, the valve needle is lifted off and thus releases the spray opening.
  • the object of the present invention is to provide an electromagnetically actuated fuel injection valve, in which the demands on the accuracy of the machining of the individual parts are not so high and thus economical production is given.
  • the object of the invention is achieved in that a closing member is connected to a valve needle in such a way that it can be displaced perpendicular to the axis of the valve needle.
  • the inventive design of a fuel injection valve enables self-centering of the closing member, so that deviations of the valve needle from its axial position are much less critical than in known fuel injection valves.
  • the closing member is displaceable when overcoming static friction, which ensures that the closing member does not get into a different position each time the valve is opened and has to be centered again when the valve is closed. Centering then takes place only when the valve is started up for the first time or in the event of long-term changes, for example due to wear.
  • the closing member is designed in the form of a spherical segment and has a cavity into which a stamp-shaped end of the valve needle projects.
  • the end surface of the valve needle is flat and lies on a flat surface which delimits the cavity.
  • both surfaces are preferably located approximately in the plane of the valve seat when the fuel injection valve is closed.
  • a further development of the invention is characterized in that the opening of the cavity has a smaller diameter than the cavity itself and that the stamp-shaped end of the valve needle has a diameter which is smaller than the diameter of the cavity but larger than the diameter of the opening.
  • a spring element is then preferably inserted between the stamp-shaped end of the valve needle and the part of the closing element which forms the opening of the cavity.
  • the closing member consists of two parts, one part of which is approximately hemispherical and faces the valve seat and the other part, which is arranged coaxially with the first part, the opening tion of the cavity.
  • the connection point of the two parts preferably has a centering edge.
  • a tube 1, a flange-like part of the tube 1 and the housing 3 form a magnetically conductive core for the magnet coil 4, which is arranged on a winding body 5.
  • Seals 6, 7 are provided between the winding body 5 on the one hand and the tube 1 and the housing 3 on the other hand.
  • the tube 1 also serves as a connection for the fuel line.
  • a plastic body 9 forms, together with a contact 10, the electrical connection for the magnet coil 4.
  • a valve needle 12 is mounted in a guide part 11 and is pressed with its lower part against the valve seat 14 by a coil spring 13.
  • the valve seat 14 is part of a spray opening 15 provided in the guide part 11, which continues in an opening of the cap 16.
  • An armature 17 is provided at the end of the valve needle 12 opposite the spray opening 15, which armature is drawn against the spring force in the direction of the tube 1 when the solenoid 4 is energized and thus opens the valve.
  • a closing member 18 is now connected to the valve needle 12 in such a way that it can be displaced perpendicular to the axis of the valve needle 12.
  • a hemispherical closing element 18 is provided in the fuel injection valve according to FIG. 1, which is fastened to the valve needle 12 in the manner explained in connection with FIG. 2.
  • Fig. 2 shows on a larger scale than Fig. 1 a section through the closing member 18.
  • the closing member 18 consists of a substantially hemispherical part 19 and a part 20.
  • the closing member 18 forms a cavity 21 in which the valve needle 12 with its stamped end 22 protrudes. Both the diameter of the cavity 21 and the diameter of the opening 23 in the part 20 are chosen so large that the closing member 18 can move relative to the axis of the valve needle 12 as far as is necessary with regard to the tolerances of the valve needle 12 and their storage .
  • An annular spring 24 ensures that the end surface 25 of the valve needle is pressed against the surface 26 of the hemispherical part 19.
  • the pressure force is so great that the closing member 18 does not move with respect to the valve needle 12 when the valve is open.
  • the adhesive force generated with the pressure is therefore greater than the forces which occur when the valve is open, for example due to vibrations, and which could cause a shift.
  • the closing element is therefore not readjusted with every closing operation, but only when it is necessary. An initial adjustment is therefore carried out with the first start-up, for example during the test after the fuel injector has been installed. Further adjustments are only made if changes occur during the service life of the fuel injector.
  • FIG. 3 the closing member 18, the valve block 14 and the valve needle 12 are shown for different, each greatly exaggerated storage of the valve needle axis.
  • the valve needle axis is displaced parallel to its nominal position.
  • the arrangement is shown in a phase of movement of the closing process in which the closing element 18 not lying in the axis touches the valve seat 14 on one side.
  • the closing member 18 then slides into the valve seat 14 with simultaneous displacement relative to the valve needle axis and is thus adjusted.
  • valve needle axis is tilted, which in itself could be compensated for by the hemispherical closing member 18.
  • the tilting did not take place around the center of the ball, there is at the same time a displacement of the valve needle axis from the valve axis in the region of the closing member. This is compensated for by the displacement of the closing member 18 on the valve needle 12.

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Abstract

Bei einem elektromagnetisch betätigbaren Kraftstoff­einspritzventil für Einspritzanlagen von Brennkraft­maschinen mit einem Elektromagneten, einem Anker (17) und einem Schließglied (18), welches mit einer Feder (13) und dem Anker (17) in Wirkverbindung steht, ist das Schließglied (18) derart mit einer Ventilnadel (12) verbunden, daß es senk­recht gegenüber der Achse der Ventilnadel (12) verschieb­bar ist. Vorzugsweise ist das kugelabschnittförmige Schließglied (18) bei Überwindung einer Haftreibung ver­schiebbar, so daß eine selbsttätige Justierung nur bei der ersten Inbetriebnahme und bei späteren Ver­änderungen erfolgt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil für Einspritz­anlagen von Brennkraftmaschinen mit einem Elektromag­neten, einem Anker und einem Schließglied, welches mit einer Feder und dem Anker in Wirkverbindung steht.
  • Bei bekannten Kraftstoffeinspritzventilen ist das Schließglied als Ventilnadel ausgeführt, welche in einer entsprechend ausgebildeten Buchse axial ge­führt wird und an ihren zur Abspritzöffnung gerichte­ten Ende eine konische Form aufweist, so daß sie im geschlossenen Zustand des Kraftstoffeinspritzventils dichtend auf dem Ventilsitz aufliegt. Dazu wird sie von einer entsprechenden Feder in Richtung auf den Ventilsitz gedrückt. Durch Bestromung des Elektro­magneten wird die Ventilnadel abgehoben und gibt somit die Abspritzöffnung frei.
  • Zu einer ausreichenden Abdichtung im geschlossenen Zustand ist jedoch eine sehr genaue Zentrierung der Ventilnadel erforderlich. Diese genaue Zentrierung läßt sich nur mit einer sehr hohen Bearbeitungsgenau­igkeit der engtolerierten Teile des Ventils errei­chen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elek­tromagnetisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil anzugeben, bei welchem an die Genauigkeit der Bear­beitung der Einzelteile nicht so hohe Anforderungen zu stellen sind und damit eine wirtschaftliche Fer­tigung gegeben ist.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Schließglied derart mit einer Ventilnadel verbunden ist, daß es senkrecht gegenüber der Achse der Ventilnadel verschiebbar ist. Durch die erfin­dungsgemäße Ausbildung eines Kraftstoffeinspritzven­tils wird eine Selbstzentrierung des Schließgliedes ermöglicht, so daß Abweichungen der Ventilnadel aus ihrer axialen Lage wesentlich weniger kritisch sind, als bei bekannten Kraftstoffeinspritzventilen.
  • Gemäß einer Weiterbildung ist das Schließglied bei Überwindung einer Haftreibung verschiebbar, was ge­währleistet, daß das Schließglied nicht bei jedem Öffnen des Ventils in eine andere Lage gerät und beim Schließen wieder neu zentriert werden muß. Eine Zentrierung erfolgt dann lediglich bei der ersten Inbetriebnahme des Ventils bzw. bei langfristigen Änderungen, beispielsweise durch Abnutzung.
  • Das Schließglied ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kugelabschnittförmig ausgebildet und weist einen Hohlraum auf, in welchen ein stempelförmig ausgebildetes Ende der Ventilnadel hineinragt. Bei einer besonderen Ausführung davon ist die Endfläche der Ventilnadel eben und liegt auf einer ebenen Fläche, welche den Hohlraum begrenzt, auf. Zur bes­seren Anpassung der kugelförmigen Oberfläche des Schließglieds an den Ventilsitz befinden sich beide Flächen bei geschlossenem Kraftstoffeinspritzventil vorzugsweise etwa in der Ebene des Ventilsitzes. Die kugelabschnittförmige Ausbildung des Schließglieds gestattet neben dem Ausgleich einer Ablage der Ven­tilnadel in radialer Richtung auch einen Ausgleich einer abweichenden Richtung der Ventilnadelachse von der Achse des Ventilsitzes.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekenn­zeichnet, daß die Öffnung des Hohlraums einen klei­neren Durchmesser aufweist als der Hohlraum selbst und daß das stempelförmige Ende der Ventilnadel einen Durchmesser aufweist, welcher kleiner als der Durchmesser des Hohlraums, jedoch größer als der Durchmesser der Öffnung ist. Vorzugsweise ist dann ein Federelement zwischen das stempelförmige Ende der Ventilnadel und den die Öffnung des Hohlraums bildenden Teil des Schließglieds eingelegt. Gemäß dieser Weiterbildung läßt sich die Erfindung in ein­facher Weise mit wenigen Teilen verwirklichen.
  • Schließlich beschäftigt sich eine Weiterbildung der Erfindung damit, daß das Schließglied aus zwei Tei­len besteht, wovon ein Teil etwa halbkugelförmig ist und dem Ventilsitz gegenübersteht und das andere zum ersten Teil gleichachsig angeordnete Teil die Öff­ nung des Hohlraums umfaßt. Vorzugsweise weist dabei die Verbindungsstelle beider Teile einen Zentrier­rand auf. Diese Weiterbildung trägt wesentlich zur einfachen und wirtschaftlichen Herstellbarkeit des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils bei.
  • Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend be­schrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1 einen Schnitt durch ein Kraftstoffeinspritz­ventil,
    • Fig. 2 in vergrößerter Darstellung das Schließglied, den Ventilsitz und einen Teil der Ventilnadel sowie
    • Fig. 3 die gleichen Teile, jedoch bei Ablagen der Ventilnadel, welche der Übersichtlichkeit halber stark übertrieben sind.
  • Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Bei dem in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritz­ventil bilden ein Rohr 1, ein flanschartiger Teil des Rohres 1 und das Gehäuse 3 einen magnetisch lei­tenden Kern für die Magnetspule 4, welche auf einem Wickelkörper 5 angeordnet ist. Zwischen dem Wickel­körper 5 einerseits und dem Rohr 1 und dem Gehäuse 3 andererseits sind Dichtungen 6, 7 vorgesehen.
  • Das Rohr 1 dient mit seiner Verlängerung 8 gleichzei­tig als Anschluß für die Kraftstoffleitung. Ein Kunststoffkörper 9 bildet zusammen mit einem Kontakt 10 den elektrischen Anschluß für die Magnetspule 4.
  • In einem Führungsteil 11 ist eine Ventilnadel 12 ge­lagert, welche von einer Schraubenfeder 13 mit ihrem unteren Teil gegen den Ventilsitz 14 gepreßt wird. Der Ventilsitz 14 ist Teil einer im Führungsteil 11 vorgesehenen Abspritzöffnung 15, welche sich in einer Öffnung der Kappe 16 fortsetzt.
  • Am von der Abspritzöffnung 15 entgegengesetzten Ende der Ventilnadel 12 ist ein Anker 17 vorgesehen, welcher bei Bestromung der Magnetspule 4 entgegen der Federkraft in Richtung auf das Rohr 1 gezogen wird und damit das Ventil öffnet.
  • Bei bekannten Kraftstoffeinspritzventilen ist nun das als Schließglied dienende Ende der Ventilnadel konisch ausgebildet, so daß es kreisringförmig auf der Fläche des Ventilsitzes 14 aufliegt. Um dabei eine ausreichende Dichtwirkung zu erzielen, sind sowohl bei der Ventilnadel 12 selbst als auch bei dem Führungsglied 11 äußerst geringe Fertigungstole­ranzen zu beachten. Gemäß der Erfindung ist nun ein Schließglied 18 derart mit der Ventilnadel 12 verbun­den, daß es senkrecht gegenüber der Achse der Ventil­nadel 12 verschiebbar ist. Hierzu ist bei dem Kraft­stoffeinspritzventil nach Fig. 1 ein halbkugelförmi­ges Schließglied 18 vorgesehen, welches an der Ven­tilnadel 12 in im Zusammenhang mit Fig. 2 erläuter­ter Weise befestigt ist.
  • Fig. 2 stellt im größeren Maßstab als Fig. 1 einen Schnitt durch das Schließglied 18 dar. Das Schließ­glied 18 besteht aus einem im wesentlichen halbkugel­förmigen Teil 19 und einem Teil 20. Das Schließglied 18 bildet einen Hohlraum 21, in welchen die Ventil­nadel 12 mit ihrem stempelförmig ausgebildeten Ende 22 hineinragt. Sowohl der Durchmesser des Hohlraums 21 sowie der Durchmesser der Öffnung 23 im Teil 20 sind derart groß gewählt, daß sich das Schließglied 18 gegenüber der Achse der Ventilnadel 12 soweit verschieben kann, wie es im Hinblick auf die Toleran­zen der Ventilnadel 12 sowie deren Lagerung erforder­lich ist.
  • Eine Ringfeder 24 sorgt dafür, daß die Endfläche 25 der Ventilnadel an die Fläche 26 des halbkugelförmi­gen Teils 19 angedrückt wird. Dabei ist die Andruck­kraft derart groß, daß sich das Schließglied 18 ge­genüber der Ventilnadel 12 nicht bei geöffnetem Ven­til verschiebt. Die mit dem Andruck erzeugte Haft­kraft ist also größer, als die Kräfte, welche bei geöffnetem Ventil, beispielsweise durch Vibrationen, auftreten und eine Verschiebung verursachen könnten. Das Schließglied wird also nicht bei jedem Schließ­vorgang neu justiert, sondern nur dann, wenn es erforderlich ist. Eine erstmalige Justierung erfolgt also mit der ersten Inbetriebnahme, beispielsweise bei der Prüfung nach der Montage des Kraftstoffein­spritzventils. Weitere Justierungen erfolgen dann erst, wenn sich im Laufe der Lebensdauer des Kraft­stoffeinspritzventils Änderungen ergeben.
  • In Fig. 3 ist das Schließglied 18, der Ventilstz 14 und die Ventilnadel 12 für verschiedene jeweils stark übertriebene Ablagen der Ventilnadelachse dar­gestellt. Bei der Darstellung nach Fig. 3a ist die Ventilnadelachse gegenüber ihrer Sollage parallel verschoben. Die Anordnung wird in einer Bewegungs­phase des Schließvorgangs gezeigt, bei welcher das nicht in der Achse liegende Schließglied 18 einsei­tig den Ventilsitz 14 berührt. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, gleitet danach das Schließglied 18 unter gleichzeitiger Verschiebung gegenüber der Ventilnadelachse in den Ventilsitz 14 und wird damit justiert.
  • In Fig. 3b ist die Ventilnadelachse gekippt, was an sich bereits durch das halbkugelförmige Schließglied 18 ausgeglichen werden könnte. Da das Kippen jedoch nicht um den Kugelmittelpunkt erfolgte, liegt im Bereich des Schließglieds gleichzeitig eine Verschie­bung der Ventilnadelachse aus der Ventilachse vor. Diese wird durch die Verschiebung des Schließglieds 18 auf der Ventilnadel 12 ausgeglichen.

Claims (9)

1. Elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffein­spritzventil für Einspritzanlagen von Brennkraftma­schinen mit einem Elektromagneten, einem Anker und einem Schließglied, welches mit einer Feder und dem Anker in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeich­net, daß das Schließglied derart mit einer Ventil­nadel (12) verbunden ist, daß es senkrecht gegenüber der Achse der Ventilnadel (12) verschiebbar ist.
2. Elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffein­spritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß das Schließglied (18) bei Überwindung einer Haftreibung verschiebbar ist.
3. Elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffein­spritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß das Schließglied (18) kugelabschnittförmig ausgebildet ist und einen Hohlraum (21) aufweist, in welchen ein stempelförmig ausgebildetes Ende (22) der Ventilnadel (12) hineinragt.
4. Elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffein­spritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­net, daß die Endfläche (25) der Ventilnadel (12) eben ist und auf einer ebenen Fläche (26), welche den Hohlraum (21) begrenzt, aufliegt.
5. Elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffein­spritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­net, daß sich beide Flächen bei geschlossenem Kraft­stoffeinspritzventil etwa in der Ebene des Ventil­sitzes (14) befinden.
6. Elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffein­spritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­net, daß die Öffnung (23) des Hohlraums (21) einen kleineren Durchmesser aufweist als der Hohlraum (21) selbst und daß das stempelförmige Ende (22) der Ven­tilnadel (12) einen Durchmesser aufweist, welcher kleiner als der Durchmesser des Hohlraums (21), je­doch größer als der Durchmesser der Öffnung (23) ist.
7. Elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffein­spritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­net, daß ein Federelement (24) zwischen das stempel­förmige Ende (22) der Ventilnadel (12) und den die Öffnung (23) des Hohlraums (21) bildenden Teil des Schließgliedes (18) eingelegt ist.
8. Elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffein­spritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­net, daß das Schließglied (18) aus zwei Teilen be­steht, wovon ein Teil (19) etwa halbkugelförmig ist und dem Ventilsitz (14) gegenübersteht und das an­ dere zu dem ersten Teil (19) gleichachsig angeord­nete Teil (20) die Öffnung (23) des Hohlraums (21) umfaßt.
9. Elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffein­spritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­net, daß die Verbindungsstelle beider Teile einen Zentrierrand aufweist.
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DE19853539057 DE3539057A1 (de) 1985-11-04 1985-11-04 Elektromagnetisch betaetigbares kraftstoffeinspritzventil
DE3539057 1985-11-04

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