EP1137877B1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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EP1137877B1
EP1137877B1 EP00979405A EP00979405A EP1137877B1 EP 1137877 B1 EP1137877 B1 EP 1137877B1 EP 00979405 A EP00979405 A EP 00979405A EP 00979405 A EP00979405 A EP 00979405A EP 1137877 B1 EP1137877 B1 EP 1137877B1
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EP
European Patent Office
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armature
fuel injection
armature part
injection valve
valve according
Prior art date
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EP00979405A
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English (en)
French (fr)
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EP1137877A1 (de
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Hubert Stier
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F02M51/0625—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
    • F02M51/0664—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
    • F02M51/0685—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 and the valve being allowed to move relatively to each other or not being attached to each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M51/0671—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

Definitions

  • the invention is based on a fuel injector according to the genus of the main claim.
  • DE 33 14 899 A1 is already an electromagnetic one operable fuel injector known in which an anchor with an electromagnetic actuator electrically excitable solenoid interacts and the stroke of the anchor via a valve needle on one Valve closing body is transmitted.
  • the valve closing body acts with a valve seat surface to a sealing seat together.
  • the armature is not rigid on the valve needle attached, but arranged axially movable on this.
  • a first return spring acts on the valve needle in Closing direction and thus holds the fuel injector in the de-energized, de-energized state of the solenoid closed.
  • the anchor is secured by means of a second one Return spring applied in the stroke direction so that the armature in the rest position on one provided on the valve needle first stop is present.
  • the well-known one-piece anchor adheres to the closing movement relatively long on the magnetized inner pole and comes loose due to the residual magnetization only after a relatively long time Time. This leads to relatively long closing times.
  • WO 97/02425 A already has one Fuel injector for Known fuel injection systems of internal combustion engines, the one with a solenoid, one through the solenoid in a closing direction of a first return spring loaded anchor and one non-positively with the anchor connected valve needle for actuating a Valve closing body, which together with a Valve seat surface forms a sealing seat, is formed.
  • the anchor is in a first anchor part and a second Anchor part divided, the first anchor part in the Closing direction of the first return spring and the second Anchor part in the closing direction from a second Return spring is applied.
  • the spring force of the two Return springs are of different sizes. Both Armature parts act when the solenoid coil and are excited thus in the operating state of the fuel injector independently of each other.
  • Solenoid coil When not excited Solenoid coil provides the first return spring between a paragraph of a housing-fixed nozzle body and the first Anchor part is inserted, so that the valve needle with the valve closing body due to the fixed connection of first armature part and valve needle on the valve seat in the system is held and the valve remains closed.
  • the second Return spring between the first armature part and the is introduced second anchor part has the function that second anchor part with a closing body so too position that a fuel feed of the Fuel injector remains closed.
  • the second return spring is the two anchor parts deliberately kept at a distance; a stop of the anchor parts should be avoided.
  • features of the main claim have the advantage that the opening achieved by the two-part anchor or closing times of the fuel injector reduced and therefore to a greater metering accuracy. for the Lead fuel. This is proportionate to that a one-piece anchor very quick solution of the Anchor reached from the inner pole.
  • the return spring with large Spring constant only applies to one of the Anchor parts and only has to loosen this from the inner pole. Since the Contact area that this anchor part forms with the inner pole, in terms of the total contact area that the entire forms two-part anchor with the inner pole, significantly less this first anchor part detaches from the inner pole at an early stage, so that the closing movement starts early.
  • the application of a two-part anchor offers good coordination of the mass ratios is a possibility Debouncing the system by the time difference which when the excitation current is switched off between acceleration of the first anchor part and the second anchor part exists, the two anchor parts in opposite Directions meet. This leads to Annihilation of the momentum of the slightly rebounding first Anchor part, causing an undesirable further short-term Opening of the fuel injector is prevented.
  • this advantageous effect is achieved in that the two anchor parts are arranged in such a way that one with the second anchor part cooperating second return spring the second anchor part so acted that this in the idle state of the fuel injector abuts the first anchor part.
  • Vorhubodys One between the larger anchor part and the Pre-stroke gap located support flange allows a Pre-acceleration of the two anchor parts, creating a There is an initial pulse in the stroke direction. This is to the extent that when switching on the Magnetic coil exciting current due to the magnetic force Self-induction and eddy currents are not yet theirs final value reached. The time taken by the advance stroke is sufficient, however, the magnetic field is sufficient build. The valve needle and the valve closing body are therefore undiminished at the beginning of the opening stroke Force accelerates. This results in short and precise Opening and metering times.
  • the fuel injector 1 is in the form of a Injector for fuel injection systems from Mixed compression, spark ignition internal combustion engines executed.
  • the fuel injector 1 is suitable especially for direct injection of fuel into a combustion chamber, not shown Internal combustion engine.
  • the fuel injector 1 consists of a Nozzle body 2, in which a valve needle 3 is guided.
  • the valve needle 3 is operatively connected to a Valve closing body 4, the one with a Valve seat body 5 arranged valve seat surface 6 into one Sealing seat interacts.
  • the fuel injector 1 in the exemplary embodiment it is an inward opening fuel injector 1, which has a Spray opening 7 has.
  • the nozzle body 2 is through a Seal 8 against a partially forming a valve housing Sealed outer pole 9 of a magnetic coil 10.
  • the solenoid 10 is encapsulated in a coil housing 11 and on one Coil carrier 32 wound, which on an inner pole 12 Solenoid 10 is present.
  • the inner pole 12 and the outer pole 9 are separated from each other by a gap 26, both Components 9 and 12 with a non-magnetic Connecting component 29 are connected.
  • the solenoid 10 is via a line 19 from an electrical Plug contact 17 energized electrical current.
  • the Plug contact 17 is from a plastic sheath 18 surrounded, which may be molded onto the inner pole 12.
  • the magnetic flux circuit is through a reflux body 33rd closed.
  • the valve needle 3 is in a valve needle guide 13 led, which is disc-shaped. to A paired adjusting disk 14 serves for stroke adjustment. Upstream of the shim 14 is on the valve needle 3 an anchor 20 is arranged. This is about one Support flange 21 non-positively with the valve needle 3 through a weld 22 connected. On the support flange 21 a return spring 23 is supported, which in the present design of the fuel injector 1 by an adjusting sleeve 24 is preloaded.
  • valve needle guide 13 in the armature 20 and on Valve seat body 5 run fuel channels 15a-15c the fuel, which comes from a central fuel supply 16 is fed and filtered by a filter element 25, direct to spray opening 7.
  • Fig. 2 shows an axial excerpt Sectional view of a first embodiment of the embodiment of the invention Fuel injector 1. It will be enlarged Representation only those components listed in Regarding the invention are essential.
  • the other components can be designed with a known fuel injector 1, in particular with the 1, fuel injector 1, be identical. Elements already described are included matching reference numerals so that there is a repetitive description is unnecessary.
  • the one-piece anchor 20 shown in FIG. 1 is subdivided according to the invention in a first larger anchor part 20a and a second smaller anchor part 20b.
  • the smaller one Anchor part 20b is in a central recess 28 of the arranged larger anchor part 20a.
  • the larger anchor part 20a is replaced by a first stronger return spring 23a acts, the smaller anchor part 20b by a second weaker return spring 23b.
  • the return spring 23a supports on the support flange 21 of a z.
  • a flange 36 which is non-positively with the valve needle 3 is welded, serves as the lower Anchor stop, which intercepts the larger anchor part 20a, after it has detached from the inner pole 12.
  • This effect can be caused by a slight wedge End faces 31 and 35 of the armature 20 are reinforced.
  • the impact effect of a two-part anchor 20 is also improved over a one-piece anchor 20. This will on the one hand due to the reduced mass of each of the two Anchor parts 20a and 20b reached because of a smaller anchor mass bounces less.
  • suitable Choice of the mass ratio of the anchor parts 20a and 20b achieve that the smaller armature part 20b from the inner pole 12th drops that it has fallen off and has already fallen from the flange 36 serving as the lower anchor stop rebounding anchor part 20a and the opposite impulses almost canceled be what an undesirable further momentary opening of the fuel injector 1 by the bouncing larger Anchor part 20a prevented.
  • the flange 36 with the valve needle 3 is another briefly opening the fuel injector 1 prevented because the anchor part 20a in the closing direction on the Flange 36 hits and the pressure on the valve closing body 4 increased rather than decreased.
  • FIG. 3 shows an axial excerpt Sectional view of a second embodiment of the embodiment of the invention Fuel injector 1. Elements already described are provided with the same reference numerals, so that a repetitive description is not necessary.
  • the fuel injection valve 1 here one between the larger anchor part 20a and Support flange 21 located Vorhubspalt 30, the one Pre-acceleration of the two armature parts 20a, 20b enables.
  • the anchor part 20a strikes the Support flange 21 already has a pulse in the stroke direction
  • the over the support flange 21 on the valve needle 3rd is transmitted and has a positive impact on the opening times of the Fuel injector 1 affects.
  • the lower anchor stop which is in the first Embodiment designed as a flange 36 and fixed with the valve needle 3 is connected, is in the second Embodiment designed and located as a ring 37 upstream of the nozzle body 2.
  • the position fixed to the housing of the ring 37 is even more advantageous than that with the Valve needle 3 connected flange 36, since the valve needle 3rd now free when bouncing the larger anchor part 20a can swing through and no more impulse on this can be transferred.
  • FIG 4 shows an axial section through an armature 20 a third embodiment of an inventive Fuel injector 1.
  • the larger first anchor part 20a becomes ring-shaped from the smaller second anchor part 20b enclosed.
  • the first anchor part 20a thereby contributes this embodiment inside and the second anchor part 20b on the outside against the inner pole 12.
  • the invention is not shown on the Embodiments limited and also with a variety other designs of fuel injectors realizable.
  • the second Return spring 23b also on the inner pole 12 or on one Support the housing component.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der DE 33 14 899 A1 ist bereits ein elektromagnetisch betätigbares Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei welchem zur elektromagnetischen Betätigung ein Anker mit einer elektrisch erregbaren Magnetspule zusammenwirkt und der Hub des Ankers über eine Ventilnadel auf einen Ventilschließkörper übertragen wird. Der Ventilschließkörper wirkt mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammen. Der Anker ist nicht starr an der Ventilnadel befestigt, sondern an dieser axial beweglich angeordnet. Eine erste Rückstellfeder beaufschlagt die Ventilnadel in Schließrichtung und hält somit das Brennstoffeinspritzventil im stromlosen, nicht erregten Zustand der Magnetspule geschlossen. Der Anker wird mittels einer zweiten Rückstellfeder in Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Anker in der Ruhestellung an einem an der Ventilnadel vorgesehenen ersten Anschlag anliegt. Bei Erregen der Magnetspule wird der Anker in Hubrichtung angezogen und nimmt über den ersten Anschlag die Ventilnadel mit. Beim Abschalten des die Magnetspule erregenden Stromes wird die Ventilnadel mittels der ersten Rückstellfeder in ihre Schließstellung beschleunigt und führt über den beschriebenen Anschlag den Anker mit. Sobald der Ventilschließkörper auf den Ventilsitz auftrifft, wird die Schließbewegung der Ventilnadel abrupt beendet. Die Bewegung des mit der Ventilnadel nicht starr verbundenen Ankers setzt sich entgegen der Hubrichtung fort und wird von der zweiten Rückstellfeder aufgefangen, d. h. der Anker schwingt gegen die gegenüber der ersten Rückstellfeder eine wesentlich geringere Federkonstante aufweisende zweite Rückstellfeder durch. Die zweite Rückstellfeder beschleunigt den Anker schließlich erneut in Hubrichtung.
Wenn der Anker am Anschlag der Ventilnadel auftrifft, kann dies zu einem erneuten kurzzeitigen Abheben des mit der Ventilnadel verbundenen Ventilschließkörpers vom Ventilsitz und somit zum kurzzeitigen Öffnen des Brennstoffeinspritzventils führen. Die Entprellung ist bei dem aus der DE 33 14 899 A1 daher unvollständig. Ferner ist sowohl bei einem konventionellen Brennstoffeinspritzventil, bei welchem der Anker starr mit der Ventilnadel verbunden ist, als auch bei dem aus der DE 33 14 899 A1 bekannten Brennstoffeinspritzventil nachteilig, daß der Öffnungshub der Ventilnadel sofort einsetzt, sobald die von der Magnetspule auf den Anker ausgeübte Magnetkraft die Summe der in Schließrichtung wirkenden Kräfte, d. h. der von der ersten Rückstellfeder ausgeübten Federschließkraft und der hydraulischen Kräfte des unter Druck stehenden Brennstoffs, übersteigt. Dies ist insofern nachteilig, als beim Einschalten des die Magnetspule erregenden Stromes die Magnetkraft aufgrund der Selbstinduktion der Magnetspule und auftretender Wirbelströme noch nicht ihren endgültigen Wert erreicht. Die Ventilnadel und der Ventilschließkörper werden daher zu Beginn des Öffnungshubs von einer verminderten Kraft beschleunigt. Dies führt zu einer nicht für alle Anwendungsfälle befriedigenden Öffnungszeit.
Bei der Schließbewegung haftet der bekannte einteilige Anker relativ lange an dem magnetisierten Innenpol und löst sich aufgrund der Restmagnetisierung erst nach relativ langer Zeit. Dies führt zu relativ langen Schließzeiten.
Aus der WO 97/02425 A ist bereits eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt, die mit einer Magnetspule, einem durch die Magnetspule in einer Schließrichtung von einer ersten Rückstellfeder beaufschlagten Anker und einer mit dem Anker kraftschlüssig in Verbindung stehenden Ventilnadel zur Betätigung eines Ventilschließkörpers, der zusammen mit einer Ventilsitzfläche einen Dichtsitz bildet, ausgebildet ist. Der Anker ist in ein erstes Ankerteil und ein zweites Ankerteil unterteilt, wobei das erste Ankerteil in der Schließrichtung von der ersten Rückstellfeder und das zweite Ankerteil in der Schließrichtung von einer zweiten Rückstellfeder beaufschlagt wird. Die Federkräfte der beiden Rückstellfedern sind dabei unterschiedlich groß. Beide Ankerteile wirken im erregten Zustand der Magnetspule und damit im Betriebszustand der Brennstoffeinspritzvorrichtung unabhängig voneinander. Im nicht erregten Zustand der Magnetspule sorgt die erste Rückstellfeder, die zwischen einem Absatz eines gehäusefesten Düsenkörpers und dem ersten Ankerteil eingebracht ist, dafür, dass die Ventilnadel mit dem Ventilschließkörper aufgrund der festen Verbindung von erstem Ankerteil und Ventilnadel am Ventilsitz in Anlage gehalten wird und das Ventil geschlossen bleibt. Die zweite Rückstellfeder, die zwischen dem ersten Ankerteil und dem zweiten Ankerteil eingebracht ist, hat die Funktion, das zweite Ankerteil mit einem Schließkörper so zu positionieren, dass ein Brennstoffzulauf der Brennstoffeinspritzvorrichtung verschlossen bleibt. Durch die zweite Rückstellfeder werden die beiden Ankerteile gezielt auf Abstand gehalten; ein Anschlag der Ankerteile soll geradezu vermieden werden.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die durch den zweigeteilten Anker erreichten Öffnungs- bzw. Schließzeiten des Brennstoffeinspritzventils reduziert werden und daher zu einer größeren Zumeßgenauigkeit. für den Brennstoff führen. Dies wird durch die im Verhältnis zu einem einteiligen Anker sehr schnell erfolgende Lösung des Ankers vom Innenpol erreicht. Die Rückstellfeder mit großer Federkonstante greift unmittelbar nur an einem der Ankerteile an und muß nur dieses vom Innenpol lösen. Da die Kontaktfläche, die dieses Ankerteil mit dem Innenpol bildet, in Bezug auf die gesamte Kontaktfläche, die der gesamte zweiteilige Anker mit dem Innenpol bildet, deutlich geringer ist, löst sich dieses erste Ankerteil frühzeitig von dem Innenpol, so daß die Schließbewegung frühzeitig einsetzt.
Ferner bietet die Anwendung eines zweigeteilten Ankers bei guter Abstimmung der Massenverhältnisse eine Möglichkeit zur Entprellung des Systems, indem der Zeitunterschied, welcher bei Abschalten des Erregerstroms zwischen der Beschleunigung des ersten Ankerteils und des zweiten Ankerteils besteht, die beiden Ankerteile in entgegengesetzten Richtungen aufeinandertreffen läßt. Dies führt zur Vernichtung des Impulses des geringfügig zurückprallenden ersten Ankerteils, wodurch ein unerwünschtes weiteres kurzzeitiges Öffnen des Brennstoffeinspritzventils verhindert wird. Erfindungsgemäß wird diese vorteilhafte Wirkung dadurch erzielt, daß die beiden Ankerteile derart zueinander angeordnet sind, daß eine mit dem zweiten Ankerteil zusammenwirkende zweite Rückstellfeder den zweiten Ankerteil so beaufschlagt, daß dieser im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils am ersten Ankerteil anliegt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Vorteilhaft ist auch eine leichte radiale Abschrägung oder Keiligkeit der Stirnseite des Ankers, die am Innenpol anschlägt. Durch eine keilförmige Oberflächengestaltung wird die Kontaktfläche zwischen Anker und Innenpol verringert und damit nimmt die zwischen Anker und Innenpol wirkende Adhäsionskraft ab. Dadurch löst sich beim Abbau des Magnetfeldes der Anker schneller vom Innenpol, wodurch sich die Ventilschließzeit verkürzt.
Von Vorteil ist insbesondere auch die Anwendung des Vorhubprinzips. Ein zwischen dem größeren Ankerteil und dem Stützflansch befindlicher Vorhubspalt ermöglicht eine Vorbeschleunigung der beiden Ankerteile, wodurch ein Anfangsimpuls in Hubrichtung vorhanden ist. Dies ist insofern von Vorteil, als beim Einschalten des die Magnetspule erregenden Stromes die Magnetkraft aufgrund von Selbstinduktion und Wirbelströmen noch nicht ihren endgültigen Wert erreicht. Die Zeit, welche durch den Vorhub gewonnen wird, reicht jedoch aus, das Magnetfeld vollständig aufzubauen. Die Ventilnadel und der Ventilschließkörper werden daher zu Beginn des Öffnungshubs mit unverminderter Kraft beschleunigt. Dies resultiert in kurzen und präzisen Öffnungs- und Zumeßzeiten.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
einen axialen Teilschnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2
einen vergrößerten Ausschnitt aus einem axialen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich II in Fig. 1,
Fig. 3
einen vergrößerten Ausschnitt aus einem axialen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich II in Fig. 1, und
Fig. 4
einen axialen Schnitt durch den Anker eines vierten Ausführungsbeispiels.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bevor anhand der Fig. 2 bis 4 drei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils näher beschrieben werden, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von Fig. 1 ein bereits bekanntes Brennstoffeinspritzventil bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichteten, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 geführt ist. Die Ventilnadel 3 steht in Wirkverbindung mit einem Ventilschließkörper 4, der mit einer an einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen teilweise ein Ventilgehäuse bildenden Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 32 gewickelt, welcher an einem Innenpol 12 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 12 und der Außenpol 9 sind durch einen Spalt 26 voneinander getrennt, wobei beide Bauteile 9 und 12 mit einem nichtmagnetischen Verbindungsbauteil 29 verbunden sind. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 12 angespritzt sein kann. Der magnetische Flußkreis wird durch einen Rückflußkörper 33 geschlossen.
Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 13 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 14. Stromaufwärts der Einstellscheibe 14 ist auf der Ventilnadel 3 ein Anker 20 angeordnet. Dieser ist über einen Stützflansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 durch eine Schweißnaht 22 verbunden. Auf dem Stützflansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Einstellhülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
In der Ventilnadelführung 13, im Anker 20 und am Ventilsitzkörper 5 verlaufen Brennstoffkanäle 15a-15c, die den Brennstoff, welcher über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert wird, zur Abspritzöffnung 7 leiten.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 am Ventilsitz 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch den in der Ruhestellung zwischen dem Innenpol 12 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den Stützflansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab und Brennstoff wird am Ventilsitz 6 vorbei zur Abspritzöffnung 7 geführt.
Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom Innenpol 12 ab, wodurch sich die Ventilnadel 3 entgegen der Hubrichtung bewegt. Infolgedessen setzt der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 auf und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.
Fig. 2 zeigt in einer auszugsweisen axialen Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Brennstoffeinspritzventils 1. Es werden in der vergrößerten Darstellung nur diejenigen Komponenten aufgeführt, die in Bezug auf die Erfindung von wesentlicher Bedeutung sind. Die Ausgestaltung der übrigen Komponenten kann mit einem bekannten Brennstoffeinspritzventil 1, insbesondere mit dem in Fig. 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventil 1, identisch sein. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, so daß sich eine wiederholende Beschreibung erübrigt.
Der in Fig. 1 einteilig ausgeführte Anker 20 untergliedert sich erfindungsgemäß in ein erstes größeres Ankerteil 20a und ein zweites kleineres Ankerteil 20b. Das kleinere Ankerteil 20b ist in einer zentralen Ausnehmung 28 des größeren Ankerteils 20a angeordnet. Das größere Ankerteil 20a wird durch eine erste stärkere Rückstellfeder 23a beaufschlagt, das kleinere Ankerteil 20b durch eine zweite schwächere Rückstellfeder 23b. Die Rückstellfeder 23a stützt sich an dem Stützflansch 21 eines z. B. hülsenförmigen Befestigungsteils 34 ab, während die Rückstellfeder 23b zwischen dem Stützflansch 21 und dem Ankerteil 20b eingespannt ist. Ein Flansch 36, welcher kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, dient als unterer Ankeranschlag, der das größere Ankerteil 20a abfängt, nachdem es sich vom Innenpol 12 gelöst hat.
Wird der Magnetspule 10 ein Erregerstrom über den Steckkontakt 17 und die Leitung 19 zugeführt, baut sich ein Magnetfeld auf, welches das erste Ankerteil 20a und das zweite Ankerteil 20b gleichzeitig beschleunigt und an den Innenpol 12 zieht. Insofern unterscheidet sich die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen zweiteiligen Ankers 20a, 20b nicht von der eines einteilig ausgeführten Ankers 20.
Wird der Erregerstrom ausgeschaltet, baut sich das Magnetfeld so ab, daß sich zuerst das durch die erste, stärkere Rückstellfeder 23a beaufschlagte größere Ankerteil 20a vom Innenpol 12 löst und in Schließrichtung beschleunigt wird. Durch die im Vergleich zu einem einteiligen Anker 20 kleinere Stirnfläche 31 des Ankerteils 20a löst sich das Ankerteil 20a bereits nach erheblich kürzerer Zeit als ein einteiliger Anker 20 vom Innenpol 12, da der magnetische Fluß proportional zur Fläche und exponentiell mit der Zeit abnimmt.
Dieser Effekt kann noch durch eine leichte Keiligkeit der Stirnseiten 31 und 35 des Ankers 20 verstärkt werden.
Durch eine Abschrägung bereits in der Größenordnung weniger µm lassen sich die Adhäsionskräfte zwischen dem Innenpol 12 und der Stirnfläche 31 des größeren Ankerteils 20a sowie der Stirnfläche 35 des kleineren Ankerteils 20b auf einen Bruchteil reduzieren, was eine weitere Verkürzung der Schließzeit begünstigt. Das kleinere Ankerteil 20b, das durch die zweite schwächere Rückstellfeder 23b beaufschlagt wird, verbleibt noch einige Zeit am Innenpol 12 und beeinträchtigt damit den schnellen Schließvorgang des Brennstoffeinspritzventils 1 nicht. Wird die Keiligkeit der Stirnflächen 31 und 35 so gewählt, daß die Stirnfläche 31 des größeren Ankerteils 20a stärker geneigt ist als die Stirnfläche 35 des kleineren Ankerteils 20b, wird auf der einen Seite die Adhäsionskraft der beiden Ankerteile 20a, 20b am Innenpol 12 verkleinert, der größere Ankerteil 20a kann sich also wesentlich schneller vom Innenpol 12 lösen, auf der anderen Seite wird durch die geringere Keiligkeit der Stirnfläche 35 des kleineren Ankerteils die Adhäsionskraft etwas weniger abgeschwächt und das kleiner Ankerteil 20b fällt dennoch verzögert nach dem größeren Ankerteil 20a vom Innenpol 12 ab. Durch die Zweiteilung des Ankers 20 wird also eine erheblich kürzere Schließzeit und damit eine kürzere Zumeßzeit sowie eine genauere Zumeßmenge für den Brennstoff erreicht.
Auch die Prellwirkung eines zweiteiligen Ankers 20 ist gegenüber einem einteiligen Anker 20 verbessert. Dies wird zum einen durch die reduzierte Masse jedes der beiden Ankerteile 20a und 20b erreicht, da eine kleinere Ankermasse weniger stark prellt. Zusätzlich kann man durch geeignete Wahl des Massenverhältnisses der Ankerteile 20a und 20b erreichen, daß das kleinere Ankerteil 20b so vom Innenpol 12 abfällt, daß es dem vorher abgefallenen und bereits von dem als unteren Ankeranschlag dienenden Flansch 36 zurückprallenden Ankerteil 20a entgegenkommt und die entgegengesetzt gerichteten Impulse nahezu aufgehoben werden, was ein unerwünschtes weiteres kurzzeitiges Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 1 durch das prellende größere Ankerteil 20a verhindert. Auch durch die feste Verbindung des Flansches 36 mit der Ventilnadel 3 wird einem weiteren kurzzeitigen Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 1 vorgebeugt, da das Ankerteil 20a in Schließrichtung auf den Flansch 36 trifft und den Druck auf den Ventilschließkörper 4 eher verstärkt als verringert.
Fig. 3 zeigt in einer auszugsweisen axialen Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Brennstoffeinspritzventils 1. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, so daß sich eine wiederholende Beschreibung erübrigt.
Gegenüber Fig. 2 besitzt das Brennstoffeinspritzventil 1 hier noch einen zwischen dem größeren Ankerteil 20a und dem Stützflansch 21 befindlichen Vorhubspalt 30, der eine Vorbeschleunigung der beiden Ankerteile 20a, 20b ermöglicht. Dadurch ist beim Auftreffen des Ankerteils 20a auf den Stützflansch 21 bereits ein Impuls in Hubrichtung vorhanden, der über den Stützflansch 21 auf die Ventilnadel 3 übertragen wird und sich positiv auf die Öffnungszeiten des Brennstoffeinspritzventils 1 auswirkt. Dies ist insofern von Vorteil, als beim Einschalten des die Magnetspule 10 erregenden Stromes die Magnetkraft aufgrund der Selbstinduktion der Magnetspule 10 und auftretender Wirbelströme noch nicht ihren endgültigen Wert erreicht. Die Zeit, welche verstreicht, bis das Ankerteil 20a den Anschlag am Stützflansch 21 erreicht, reicht jedoch aus, das Magnetfeld vollständig aufzubauen. Die Ventilnadel 3 und der Ventilschließkörper 4 werden daher zu Beginn des Öffnungshubs mit unverminderter Kraft beschleunigt. Dies resultiert in kurzen und präzisen Öffnungs- und Zumeßzeiten.
Der untere Ankeranschlag, welcher im ersten Ausführungsbeispiel als Flansch 36 ausgeführt und fest mit der Ventilnadel 3 verbunden ist, ist im zweiten Ausführungsbeispiel als Ring 37 ausgebildet und befindet sich stromaufwärts des Düsenkörpers 2. Die gehäusefeste Lage des Rings 37 ist noch vorteilhafter als der mit der Ventilnadel 3 verbundene Flansch 36, da die Ventilnadel 3 nun beim Prellen des größeren Ankerteils 20a frei durchschwingen kann und kein Impuls mehr auf diese übertragen werden kann.
Fig. 4 zeigt einen axialen Schnitt durch einen Anker 20 eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Das größere erste Ankerteil 20a wird von dem kleineren zweiten Ankerteil 20b ringförmig umschlossen. Dabei schlägt das erste Ankerteil 20a bei diesem Ausführungsbeispiel innen und das zweite Ankerteil 20b außen an den Innenpol 12 an.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und auch bei einer Vielzahl anderer Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen realisierbar. Beispielsweise kann sich die zweite Rückstellfeder 23b auch am Innenpol 12 oder an einem Gehäusebauteil abstützen.

Claims (12)

  1. Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Magnetspule (10), einem durch die Magnetspule (10) in einer Schließrichtung von einer ersten Rückstellfeder (23a) beaufschlagten Anker (20) und einer mit dem Anker (20) kraftschlüssig in Verbindung stehenden Ventilnadel (3) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (4), der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, wobei der Anker (20) zusätzlich durch eine zweite Rückstellfeder (23b) beaufschlagt ist und der Anker (20) in ein erstes Ankerteil (20a) und ein zweites Ankerteil (20b) unterteilt ist und das erste Ankerteil (20a) in der Schließrichtung von der ersten Rückstellfeder (23a) und das zweite Ankerteil (20b) in der Schließrichtung von der zweiten Rückstellfeder (23b) beaufschlagt wird, wobei die Federkräfte der Rückstellfedern (23a, 23b) unterschiedlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ankerteile (20a, 20b) derart zueinander angeordnet sind, daß im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils (1) der zweite Ankerteil (20b) durch die Beaufschlagung mittels der zweiten Rückstellfeder (23b) am ersten Ankerteil (20a) anliegt.
  2. Brennstoffeinspritzventil. nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ankerteil (20a) eine zentrale Ausnehmung (28) aufweist, in welcher das zweite Ankerteil (20b) geführt ist.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ankerteil (20a) mit einem Stützflansch (21) in kraftschlüssiger Verbindung steht, der mit der Ventilnadel (3) fest verbunden ist.
  4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Stützflansch (21) an einem hülsenförmigen Befestigungsteil (34) ausgebildet ist und die Ventilnadel (3) durch eine zentrale Ausnehmung des Stützflansches (21) ragt.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ankerteil (20a) durch die erste Rückstellfeder (23a) über den Stützflansch (21) an der Ventilnadel (3) beaufschlagt ist.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ankerteil (20b) über die zweite Rückstellfeder (23b) mit dem Stützflansch (21) kraftschlüssig verbunden ist.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Ankerteile (20a, 20b) bei Erregung der Magnetspule (10) gemeinsam entgegen der Schließrichtung auf einen Innenpol (12) zubewegen.
  8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß sich bei der Abschaltung der Magnetspule (10) das erste Ankerteil (20a) durch die Rückstellkraft der ersten Rückstellfeder (23a) vom Innenpol (12) löst und sich unabhängig vom zweiten Ankerteil (20b) in die Ausgangslage zurückbewegt.
  9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß sich das zweite Ankerteil (20b) nach einem weiteren Abbau des Magnetfeldes durch die zweite Rückstellfeder (23b) in die Ausgangslage zurückbewegt.
  10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das erste Ankerteil (20a) eine dem Innenpol (12) zugewandte Stirnseite (31) aufweist, die eine Keiligkeit besitzt.
  11. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ankerteil (20a) eine keilige Stirnseite (31) aufweist, das zweite Ankerteil (20b) eine dem Innenpol (12) zugewandte Stirnseite (35) aufweist, die ebenfalls eine Keiligkeit besitzt und die Keiligkeit der Stirnseite (31) des ersten Ankerteils (20a) größer ist als die Keiligkeit der Stirnseite (35) des zweiten Ankerteils (20b).
  12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stützflansch (21) und dem ersten Ankerteil (20a) ein Vorhubspalt (30) vorgesehen ist, der eine Vorbeschleunigung des ersten Ankerteils (20a) ermöglicht, bevor dieses über den Stützflansch (21) auf die Ventilnadel (3) einwirkt.
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