NL8002181A - Inspuitventiel. - Google Patents

Description

N.O. 28.940 -1-

Inspuitventiel.

De uitvinding heeft betrekking op een inspuitventiel met elektromagnetische bediening, dat gebruikt wordt voor het inspuiten van brandstof voor de voeding van een verbrandingsmotor onder gestuurde bekrachtiging door een elektronische stuurschakeling. In het bijzonder betreft de 5 uitvinding een ventiel, dat de hoeveelheid van de aan de motor toegevoerde brandstof door het openen gedurende een bepaalde tijdruimte, die een breukdeel is van de periode van de werkcyclus van de motor, bij een uit-stroomopening met konstante doorsnede bepaalt. Dergelijke inspuitventie-len zijn op zichzelf bekend.

10 Een bekend inspuitventiel bestaat uit een huis, een elektromag netische spoel, die op een bron voor elektrische pulsen kan worden aangesloten, een anker, dat evenals de spoel in het huis, in de nabijheid van de spoel is aangebracht, en een inspuitmondstuk, dat evenals het huis is voorzien van een doorgaande boring, en in het huis, over een bepaalde 15 lengte uitstekend, overeenkomstig de geometrische eisen van het inspuit-vermogen is aangebracht, om op passende wijze de aan de voorzijde gelegen uittreeopening voor de brandstof te verschaffen, verder een ventiellichaam waarvan een uiteinde vast met het anker is verbonden en een buitenvlak met het binnenvlak van het inspuitmondstuk in ingrijping staat voor de vorming 20 van een glijlager voor het ventiellichaam, terwijl het andere uiteinde van het ventiellichaam een konisch deel bezit, dat met een konische zitting in het inspuitmondstuk in de onmiddellijke nabijheid van de uittreeopening in ingreep kan worden gebracht, alsmede een op het ventiellichaam aanwezig geleidestuk voor het verstuiven van de brandstof, dat samen met de uittree-25 opening van het inspuitmondstuk de doorstroomspleet voor de brandstof bepaalt, waarbij het konische deel door een elastische kracht in een zitting wordt gedrukt en bij het openen van de doorstroomopening door de inwerking van het magnetische veld het uittreden van de brandstof uit de ventielen mogelijk maakt, terwijl verder aanslagmiddelen aanwezig zijn voor het be-30 grenzen van de translatiebeweging van het ventiellichaam bij het openen, alsmede een toevoerleiding, waarover brandstof, die onder druk voor de voeding aan het ventiel wordt toegevoerd, van de ingang naar een gebied stroomafwaarts van de zitting wordt gevoerd en tussen het buitenoppervlak van het ventiellichaam en het binnenoppervlak van het inspuitmondstuk wordt 35 gedrukt.

Het inspuitventiel volgens de onderhavige uitvinding heeft het kenmerk, dat de toevoerleiding rechtlijnig in de langsrichting in het inwendige van het ventiellichaam is aangebracht en de verbinding tussen het 8002 1 81 -2- gebied stroomafwaarts van de zitting bestaat uit meerdere boringen, waarvan de assen een aanzienlijke komponent bezitten, die parallel loopt met de hoofdas van de inspuitinrichting.

Met het inspuitventiel volgens de uitvinding worden de volgende 5 problemen opgelost.

Zijn uitstroomopening in de inspuitleiding is zodanig uitgevoerd, dat de brandstof zo ver mogelijk door de wanden van de toevoerleiding zelf wordt gevoerd, en wel om economische redenen van het verbruik en van de verontreiniging.

10 Er wordt een langgerekt ventiellichaam aangebracht, dat zich bij voorkeur tot in de inspuitleiding uitstrekt, waarvan de massa echter minimum wordt gehouden om de mechanische traagheid bij zijn translatleverplaat-sing klein te houden.

De wrijving tussen de geleidevlakken van het ventiellichaam wordt 15 minimum gehouden, om de tijden voor de translatiebewegingen te reduceren en om de tijden te verlengen, waarin aan wrijving onderhevige delen stil staan. Alleen door middel van speciale dimensionering uitstroomopening wordt de hoeveelheid brandstof bepaald, die gedurende een werkcyclus van de inspuitinrichting wordt ingespoten, waarbij plotselinge veranderingen 20 van de toevoerweg, die zich stroomafwaarts van de doorvoeropening bevindt, worden vermeden, om de toepassing van doorstroomwegen met relatief kleine afmetingen mogelijk te maken, teneinde het verstuivingseffekt op de brandstof te verhogen.

De vervaardiging van het inspuitventiel volgens de uitvinding is 25 door de relatief eenvoudige konstruktie met lage kosten verbonden.

De verdeling van de te ijken delen wordt in een serieproduktie uitsluitend beperkt tot de uitstroomopening, die aan het einde van het inspuitmondstuk is aangebracht, en die tot opgave heeft de brandstofdoor-stroombreedte te bepalen.

30 De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarop een uitvoeringsvoorbeeld is weergegeven.

Fig. 1 toont een voorkeursuitvoeringsvorm van een inspuitventiel in doorsnede door een symmetrievlak; fig. 2 toont een doorsnede volgens de lijn I-I in fig. 1.

35 Het in fig. 1 weergegeven ventiel bezit een metalen huis 10, met drie in de tekening van rechts naar links op elkaar volgende, daarin opgenomen kamers 1, 2 en 3.

In de kamer 1 bevindt zich een wikkeling 11, die elektrische pulsen via twee leidingen ontvangt, die zijn aangesloten op een niet weerge- 4-0 geven elektronische stuurketen. De wikkeling 11 wordt door een isolerend 8002 1 81 . S' + -3- spoellichaam 12 gedragen, dat koaxiaal ten opzichte van de symmetrieas van de ventiel is aangebracht.

De kamer 1 wordt naar buiten (naar rechts) begrensd door een deksel 13, dat een middenuitsparing bezit, zodat in het inwendige van de ven-5 tiel een buis 14· kan worden gevoerd, die uit ferromagnetisch staal bestaat en de volgende funkties moet uitvoeren: - opname van de leiding die het systeem, bestaande uit pomp en drukregelaar met de inspuitinrichting verbindt en wel via een toevoeror-gaan 15 voor de brandstof; 10 - het vormen van de magnetische kern voor het veld van de spoel 11 als deze wordt bekrachtigd; - het opnemen en vasthouden van de buis 16 in zijn inwendige, die de benzine vanaf het toevoerorgaan 15 voert naar een gebied nabij de uit-treeplaats, terwijl aan de voorzijde 161 hiertegen een veer 19 steunt.

15 De kamer 1 neemt verder het rechter deel van het anker 17 op, dat uit ijzer bestaat, dat in verband met het magnetische veld bijzonder permeabel moet zijn en derhalve magnetische hysteresisverliezen, die praktisch gelijk zijn aan nul. Het anker 17 vormt dienovereenkomstig een rota-tielichaam-met een inwendige uitsparing voor de doorgang van de buis 16 20 en bezit een gewichtsverminderende uitsparing 170, een schroefdraaddeel 171 en een naar binnen uitspringende ring 172, die het aanslagvlak vormt voor het uiteinde van een ventiellichaam 5 nabij het schroefdraaddeel 171.

De zitting 2 neemt praktisch het schroefdraaddeel 171 van het anker op, staat direkt met de kamer 1 in verbinding en wordt links aan de 25 andere zijde door een ring 18 van een voor stoten ongevoelig materiaal begrensd.

De kamer 3 neemt ring 18 op en vormt een steun voor het rechte deel van een inspuitmondstuk 4·, zodat dit vast en koaxiaal ten opzichte van het inspuitventiel wordt gedragen.

30 Het inspuitmondstuk 4· bezit een in hoofdzaak cilindrisch deel 4-1, dat zich in de kamer 3 bevindt. Om de mechanische verbinding tussen de kamer 3 en het deel 4·1 van het inspuitmondstuk 4· te waarborgen, is het huis 10 voorzien van een naar binnen omgebogen rand 31, die het cilindrische deel 4-1 omgrijpt. Dit dient om het inspuitmondstuk in de 35 voedingsleiding van de niet weergegeven motor te positioneren. Hiertoe kan ook het deel 4-2 van het inspuitmondstuk 4· een grote lengte bezitten.

Het inwendige van het deel 4-2 staat met de buitenwereld in verbinding via een boring 4-9, die een inwendige, konisch naar buiten af nemende zitting 4-8 bezit. Een naar buiten stekend geleidestuk 59, dat deel uit-4Ό maakt van het ventiellichaam 5 is in de boring 4·9 geplaatst en vormt de 800 2 1 81 -4- uittreeopening voor de brandstof van het inwendige van het inspuitventiel naar buiten. Het geleidestuk 59 wordt gedragen door een konisch deel 58, dat door de veer 19 in de zitting 48 wordt gedrukt.

In het inwendige van het inspuitmondstuk 4 zijn twee cilindervlak-5 ken 45, 46 aangebracht, die dienen voor het opnemen en geleiden van het ventiellichaam 5, dat weer van twee buitendelen 55, 56 is voorzien, die tegen deze cilindervlakken rusten.

Het ventiellichaam 5, dat in de boring van het inspuitmondstuk 4 wordt gevoerd, is voorzien van een inwendige boring en is verder zodanig 10 opgebouwd, dat een brandstofstroom voor het uittreden uit het ventiel ontstaat, die zo direkt mogelijk en zo rechtlijnig mogelijk is.

Het ventiellichaam 5 bezit een van schroefdraad voorzien uiteinde 51, dat met het schroefdraaddeel 171 van het anker 71 samenwerkt en eindigt in een cilindrisch deel 50, dat met zijn voorzijde tegen de ring 172 steunt, 15 teneinde de onderlinge positionering van het ventiellichaam 5 en het anker 17 mogelijk te mogen. Een cilindrisch gebied 52 strekt zich door de ring 18 uit zonder de inwendige boring hiervan aan te raken. Een ring 53, waarvan de buitendiameter groter is dan de binnendiameter van de ring 18, kan van links uit tegen de ring 18 worden gedrukt, terwijl het rechte zijvlak van 20 de ring 53 het aanslagoppervlak vormt voor de opening van het ventiellichaam 5. Een prismavormig gebied 54 met twee vlakken 55 en 56 voor samenwerking met de cilindervlakken 45 en 46 van het inspuitmondstuk dient voor de axiale geleiding van het ventiellichaam 5. Verder is een voorvlak 57 voorzien van een groot aantal boringen 20, waarbij het gebied 57 verder een kegelstomp-25 vormig deel 58 draagt, dat past in de zitting 48 van het inspuitmondstuk 4, teneinde de doorgang van het ventiel naar buiten af te sluiten. Het ventiellichaam eindigt in het geleidestuk 59 met keelvormig profiel, dat in de boring 49 is geplaatst en de grootte van de uittreeopening van het inspuitventiel definieert.

30 Het verschuiven van het ventiellichaam 5 naar rechts wordt door het magnetische veld teweeg gebracht, dat wordt opgewekt door de elektrische bekrachtiging van de spoel 11. Dit magnetische veld trekt het anker 17 naar rechts en als gevolg daarvan ook het vast daarmee verbonden ventiellichaam 5, zolang dit niet tegen de ring 18 komt te rusten. De 35 verschuiving naar links wordt door de veer 19 teweeg gebracht, die is aangebracht tussen een zitting 60 aan de voorzijde van het ventiellichaam 5 en de voorzijde 161 van de buis 16.

De voorspanning van de veer 19 levert de noodzakelijke sluit-kracht, als de buis 16 de juiste positie inneemt en in het inwendige van 40 de buis 14 door stansen in de gebieden 162 en 163 is bevestigd.

800 2 1 81 -5- Λ ¢.

Tenslotte is het ventiel voorzien van drie afdichtringen 21, 22 en 23 voor het naar buiten afdichten van de brandstof en om te verhinderen dat brandstof tot in de spoel 11 doorstroomt.

Gedurende het bedrijf, dat bestaat in een heen en weer bewegen 5 van het ventiellichaam 5 voor het openen en sluiten van het ventiel, treedt de brandstof via het toevoerorgaan 15 onder een door een pomp opgewekte en door een drukregelaar geregelde druk in het ventiel binnen.

Via de buis 16 bereikt de brandstof de kamer 5A van het ventiellichaam 5 en via de boringen 20 verspreidt de brandstof zich in de ruimte 10 tussen het uiteinde van het inspuitmondstuk 4 en het ventiellichaam 5, waarbij een direkte weg tussen het toevoerorgaan 15 en de boringen 20 bestaat, waardoor verliezen tot een minimum worden gereduceerd. Als de spoel 11 wordt bekrachtigd, wordt het ventiellichaam 5 naar rechts getrokken en wordt het hierdoor mogelijk gemaakt, dat het kegelstompvormige 15 deel 58 van de zitting 49 los komt, zodat de brandstof in de ringvormige ruimte 43 stroomt en verstoven wordt in de luchtstroom, die de aanzuig-leiding doorstroomt en onder de invloed waarvan het ventiel staat. De verstuiving wordt door de vorm van het geleidestuk 59 begunstigd.

Als daarentegen de bekrachtiging van spoel 11 wordt opgeheven, 20 drukt de veer 19 het kegelstompvormige deel 58 in de zitting 49 en wordt dit op deze plaats gehouden, zodat geen brandstof meer uit het ventiel kan treden.

De hoeveelheid brandstof Q die per tijdseenheid door de ringvormige ruimte 43 stroomt, hangt af van het afgegeven vermogen. Als n het 25 toerental van de motor is, is de frequentie f, waarmee het ventiellichaam 5 werkt, evenredig met n (in het algemeen geldt f = 0,5 n). De periode T, waarbinnen het ventiellichaam 5 een volledige cyclus met openen en sluiten beëindigt, is het omgekeerde van de frequentie f.

De periode T is de som van vier kleine tijdruimten Zj, T3 en 30*?^^, die als volgt zijn gedefinieerd.

is de tijdruimte gedurende welke het ventiellichaam 5 naar rechts wordt verplaatst en die aanvangt op het aanvangsmoment van de bekrachtiging van spoel 11 en eindigt op het moment dat de ring 53 tegen de ring 18 slaat. hangt alleen af van de mechanische en elektromag-35 netische eigenschappen van het ventiel.

^2 i-s de tijdruimte, waarbinnen het ventiellichaam 5 in volledig geopende stand wordt gehouden. Deze tijdruimte begint bij het einde van^ en eindigt met het einde van de bekrachtiging van spoel 11. ^ hangt af van het afgegeven motorvermogen.

40 is de tijdruimte, waarbinnen het ventiellichaam 5 onder de o η n o 1 -6- werking van de veer 19 naar links wordt verplaatst. Deze tijdruimte begint bij het einde van ^ en eindigt als het konische deel 58 met de zitting 49 in ingrijping komt.

is tenslotte de tijdruimte, waarbinnen het ventiellichaam 5 5 de uitstroomopening 43 gesloten houdt, omdat het door de veer 19 tegen de zitting 49 wordt gedrukt. De tijdperiode vangt aan bij het einde van 2*"^ en duurt zolang de spoel 11 bekrachtigd blijft. hangt af van het geleverde motorvermogen.

Binnen de tijdruimten ^ en ^ stroomt benzine met 10 hoeveelheden q^, (^, q^ respektievelijk 0 door de uittreeopening. De door het inspuitventiel per tijdeenheid geleverde hoeveelheid bedraagt derhalve Q = f . xiq^+q^q^.

De niet weergegeven elektronische stuurschakeling levert per tijdeenheid aan spoel 11 een reeks pulsen , die de spoel 11 bekrachtigen.

15 Elke periode T bestaat derhalve uit de som van twee tijdruimten en T die overeenkomen met de pulsen respektievelijk de daaropvolgende pauzen.

Dat wil zeggen T = waarbij de bekrachtigingstijdruimten en T2 de uitschakeltijdruimte voorstelt.

Als wordt aangenomen, dat bijvoorbeeld het afgegeven motorvermogen 20 moet worden benaderd, zonder het toerental te veranderen, betekent dit, dat de hoeveelheid Q van de per tijdseenheid ingespoten benzine moet worden gewijzigd, waarbij de tijdruimte voor de pulsen 1^ wordt veranderd, terwijl echter het verband T = behouden blijft.

De tijdruimte is gelijk aan de som van de tijdruimten en 25 ^2» terwijl de tijdruimte T2 gelijk is aan de som van de tijdruimten ^ en ^ volgens de bovenvermelde definities.

Als eenvoudigheidshalve wordt aangenomen, dat de afgegeven hoeveelheden benzine q^, q2 en q^ in de overeenkomstige tijdruimten voor een bepaalde uitstroomopening een bepaalde voedingsdruk en derhalve voor een 30 bepaalde dimensionering van een inspuitinrichting evenredig zijn met de overeenkomstige tijdruimten, dan wordt een hoeveelheid verkregen overeenkomstig de volgende betrekking: Q1 = f x + K2^2i + K3^31) (1)

Een andere waarde voor Q bij gelijke frequentie f levert de vol-35 gende betrekking op: Q2 = f x ^1^12 + K2^22 + K3^32^ ^

Als wordt aangenomen, dat ^ is en L^ is ^ en af-hangen van de mechanische en de elektromagnetische eigenschappen van het 800 2 1 81 -7- ventiel, volgt dat Q niet evenredig is met T^, dat wil zeggen de bekrach-tigingstijdruimte van de spoel 11. De proportionaliteit wordt echter benaderd, als de traagheid van het ventiellichaam 5 en de glijdende wrijving minimum worden gekozen, zodat de tijddelen 2^ en *2?^ tot nul naderen.

5 Op analoge wijze kan worden aangetoond, dat Q quasi-evenredig is met het produkt van de frequenties en de tijd T^, als de motor met verschillende toerentallen werkt, onder voorwaarde dat de traagheid en de wrijving van het ventiellichaam minimum zijn.

Om deze traagheid minimum te houden moet de massa van het ven-10 tiellichaam 5 zo klein mogelijk worden gehouden, door deze een van uitsparingen voorziene geometrische vorm te geven, zodat een aanzienlijke gewichtsbesparing over nagenoeg de gehele konstruktie ontstaat, die eventueel een betrekkelijke lengte kan bezitten, zonder de massa wezenlijk te vergroten.

15 Volgens het verdere aspekt van fig. 2 bezit het ventiellichaam 5 tussen de ring 53 en het blokkeergebied 58 een buitenoppervlak in de vorm van een prisma, dat wil zeggen een polygoon, bestaande uit afwisselend rechtlijnige en cirkelboogvormige sektoren.

In fig. 2 zijn drie rechtlijnige en drie cirkelboogvormige sek-20 toren zichtbaar. Tussen het binnenoppervlak van het inspuitmondstuk 4 en het buitenoppervlak van het ventiellichaam 5 ontstaan hierdoor drie kanalen Cp ^2 en ^3» die de ruimte 5A verbinden met de ruimte 43 en verder een gewichtsbesparing van het ventiellichaam 5 opleveren, waardoor de pompeffekten, veroorzaakt door het heen en weer bewegen van het ventiel-25 lichaam 5 op de brandstof, die zich in het genoemde gebied bevindt, worden verzwakt en derhalve de wrijving door de viscositeit van de vloeistof wordt gereduceerd.

Omdat de gewichtsbesparing van het ventiellichaam 5 door het verwijderen van materiaal in het middengebied wordt verkregen, ontstaat 30 een slankere struktuur. Om echter een ventiellichaam te verkrijgen, waarvan de lengte afhankelijk van de inspuitbelasting bij gebruik niet wordt begrensd door problemen wat betreft de elastische instabiliteit, wordt de veer 19 tussen de zitting 15 en de voorzijde 161 aangebracht, zodat het ventiellichaam 5 in alle werkgebieden van het ventiel slechts op 35 trek wordt belast.

De opstelling van de veer 19 op de beschreven plaats minimaliseert de wrijving door het glijden van de vlakken 55, 56 over de geleide-delen 45, 46.

Tenslotte is, omdat de blokkeerkracht, die door de veer 19 wordt 40 geleverd, wordt ontwikkeld tussen de beide sektoren 45 en 46, de wrijving 800 2 1 81 -8- die gedurende de translatieverplaatsing van het ventiellichaam 5 optreedt, evenredig met deze kracht.

Als in plaats daarvan de veer 19 op de totale lengte van het ventiellichaam 5 zou inwerken en in het bijzonder rechts buiten zou steunen, 5 zou de wrijving met een vermenigvuldigingsfaktor, resulterende uit de verhouding van de lengte van het ventiellichaam en de afstand tussen de legerplaatsen 45, 46 worden vergroot. Een grotere wrijving heeft echter vanzelfsprekend een afname van de translatiesnelheid van het ventiellichaam met een vergroting van de tijdruimten 7?^ en 7*^ tot gevolg, alsmede een 10 grotere slijtage van de onderdelen, die gedurende de beweging met elkaar in aanraking zijn.

800 2 1 81

Claims (4)

1. Spuitventiel, bestaande uit een huis, met daarin opgenomen een elektromagnetische spoel, die kan worden aangesloten op een bron voor elektrische pulsen, een anker, dat in het huis in de nabijheid van de spoel is aangebracht, en een inspuitmondstuk, dat evenals het huis een 5 doorlopende boring bezit en in het huis over een bepaalde lengte uitstekend overeenkomstig de geometrische eisen van het inspuitvermogen is aangebracht teneinde op passende wijze de uittreeopening voor de brandstof te verschaffen, die zich aan de voorzijde bevindt, een ventiellichaam waarvan een uiteinde vast met het anker is verbonden en waarvan een buitenoppervlak met 10 het binnenoppervlak van het inspuitmondstuk in ingrijping is voor het vormen van een glijlager voor het ventiellichaam, terwijl het andere einde van het ventiellichaam een konisch deel bezit, dat met een konische zitting in het inspuitmondstuk, in de onmiddellijke nabijheid van de uittreeopening in ingrijping kan worden gebracht, alsmede een op het ventiel-15 lichaam aanwezig geleidestuk voor het verstuiven van de brandstof, dat samen met de uittreeopening van het inspuitmondstuk de doorstroomspleet voor de brandstof vormt, waarbij het konische deel door een elastische kracht in een zitting gedrukt wordt en bij opening van de doorstroom-opening door de inwerking van het magnetische veld het uittreden van de 20 brandstof uit het ventiel mogelijk maakt, terwijl verder aanslagmiddelen aanwezig zijn voor het begrenzen van de translatiebeweging van het ventiellichaam bij het openen, alsmede een toevoerleiding, via welke de brandstof, die door een voedingsinrichting onder druk aan het ventiel wordt toegevoerd, van de uitgang naar een gebied stroomafwaarts van de 25 zitting wordt gevoerd en tussen het buitenoppervlak van het ventiellichaam en het binnenoppervlak van het inspuitmondstuk wordt gedrukt, met het kenmerk, dat de toevoerleiding rechtlijnig in de langsrich-ting in het inwendige van het ventiellichaam gevormd is en dat de verbinding tussen het gebied stroomafwaarts van de zitting bestaat uit een 30 groot aantal boringen, waarvan de hartlijnen een belangrijke komponent bezitten die parallel loopt met de hoofdhartlijn van de inspuitinrichting.

2. Inspuitventiel volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat een veer (19) die de aandrukkracht voor het ventiellichaam (5) levert is aangebracht tussen een instelbare aanslag (161), die deel 35 uitmaakt van de voorzijde van een buis (16) die verder een deel vormt van de toevoerleiding, en een gebied (60) in het inwendige van het ventiellichaam (5) vlak bij de zitting (4-8).

3. Inspuitventiel volgens conclusie 1 of 2, met het ken- β η a 9 1 oi -10- m e r k, dat de veer (19) is aangebracht tussen twee vlakken (45,46), die samen met de bijbehorende buitengebieden (55,56) van het ventiellichaam (5) de geleiding voor het ventiellichaam (5) vormen,

4. Inspuitventiel volgens een van de voorgaande conclusies, 5met het kenmerk, dat het ventiellichaam (5) een prismavormige doorsnede bezit. 800 2 1 81