DE10312319A1

DE10312319A1 - Kraftstoff-Einspritzdüse mit Flussscheibe

Info

Publication number: DE10312319A1
Application number: DE10312319A
Authority: DE
Inventors: David L Porter
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2003-10-23
Also published as: GB0303356D0; GB2388165A; US20030178509A1

Abstract

Eine Kraftstoff-Einspritzdüse (110) umfasst ein Ventil (124), das den Kraftstofffluss durch die Kraftstoff-Einspritzdüse (110) selektiv unterbricht. Ein Anker (132) ist fest mit dem Ventil (124) verbunden, und ein Solenoid (136) in der Kraftstoff-Einspritzdüse (110) kann einen magnetischen Fluss erzeugen, so dass eine magnetische Kraft auf den Anker (132) wirkt. Zwischen dem Solenoid (136) und dem Anker (132) ist eine Flussscheibe (135) angebracht, die einen Pfad für den magnetischen Fluss ausbildet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Kraftstoff- Einspritzdüse. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Kraftstoff-Einspritzdüse, die eine Flussscheibe aufweist, die einen Flusspfad zu einem Anker der Kraftstoff-Einspritzdüse bereitstellt.
In Kraftfahrzeugen eingesetzte Kraftstoff-Einspritzdüsen weisen in der Regel ein Ventil auf, mit dem der Kraftstofffluss durch die Düse selektiv unterbrochen werden kann. Eine in der technischen Anwendung bekannte Kraftstoff- Einspritzdüse wird in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 10 dargestellt. Die Kraftstoff-Einspritzdüse 10 umfasst ein Ventil 12, das eine geschlossene Position und eine geöffnete Position einnehmen kann. Das Ventil 12 wird durch eine Feder 14 in die geschlossene Position gedrückt und umfasst einen Anker 16. Ein Solenoid 18 erzeugt einen magnetischen Fluss, der so auf den Anker 16 des Ventils 12 wirkt, dass das Ventil 12 in die geöffnete Position bewegt wird. Wenn das Solenoid 18 nicht mehr erregt ist, wird das Ventil 12 durch die Federkraft der Feder 14 wieder geschlossen.
Wie in Fig. 1 dargestellt wird, läuft ein Pfad 20 des magnetischen Flusses axial durch einen Außenmantel 22 und radial durch einen Ventilkörper 24zum Anker 16. Vor dem Anker 16 läuft der Fluss axial zu einem Einlassrohr 26. Der Fluss bewirkt eine axiale magnetische Anziehung zwischen dem Anker 16 und dem Einlassrohr 26, durch die das Ventil 12 in die geöffnete Position bewegt wird. Um eine Hin- und Herbewegung des Ankers 16 in der Kraftstoff-Einspritzdüse 10 zu ermöglichen, befindet sich ein Luftspalt zwischen dem Anker 16 und dem Ventilkörper 24 der Kraftstoff-Einspritzdüse 10. Der über diesen Luftspalt laufende Fluss bewirkt eine radiale magnetische Anziehung zwischen dem Anker 16 und dem Ventilkörper 24. Der Anker 16 bleibt zentriert, da der Fluss über einen Winkel von 360 Grad auf den Anker 16 wirkt. Die Tatsache, dass der Fluss den Luftspalt überwinden muss, stellt allerdings einen Verlust magnetischer Energie dar.
Es wurden bereits Kraftstoff-Einspritzdüsen entwickelt, der einen Anker aufweist, der sich bis aus dem Außenmantel 22 heraus erstreckt. Da es jedoch problematisch ist, einen rechteckig geformten Anker im Ventilkörper einzusetzen, hat sich diese Konstruktion als unpraktisch erwiesen. Darüber hinaus geht auch bei dieser Konstruktion magnetische Energie im radial um den Anker verlaufenden Spalt verloren. Es besteht daher Bedarf an einer verbesserten Kraftstoff-Einspritzdüse mit einem effizienteren magnetischen Flusspfad. Es zeigen:
Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer in der technischen Anwendung bekannten Kraftstoff-Einspritzdüse;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht der bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzdüse;
Fig. 3 ist eine Detailansicht des in Fig. 2 mit einem Kreis mit dem Bezugszeichen 3) gekennzeichneten Bereichs;
Fig. 4 ist eine Detailansicht, die eine alternative Ausführungsform des in Fig. 3 gezeigten Bereichs darstellt; und
Fig. 5 ist eine Detailansicht des in Fig. 2 ebenfalls mit einem Kreis (Bezugszeichen 5) gekennzeichneten Bereichs.
Die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschränkt den Gegenstand der Erfindung nicht auf diese bevorzugte Ausführungsform. Sie ermöglicht es vielmehr einem Fachmann, die Erfindung herzustellen und einzusetzen.
In Fig. 2 wird mit dem Bezugszeichen 110 eine erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzdüse allgemein dargestellt. Die Kraftstoff-Einspritzdüse 110 umfasst einen Außenmantel 112, von dem sich ein Ventilkörper 114 erstreckt. Der Ventilkörper 114 umfasst einen Kopfbereich 115, der eine Düsenplatte 116 mit mehreren durchgehenden Öffnungen 118 aufweist. Die Düsenplatte 116 ist auf einem Sitz 120 angebracht, der sich am Ende des Kopfbereichs 115 befindet. Der Ventilkörper 114 bildet einen Kraftstoffdurchlass 122 aus, durch den Kraftstoff zur Düsenplatte 1 I6 fließen kann. Der Kraftstoff fließt durch den Kraftstoffdurchlass 122 zur Düsenplatte 116 und wird in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors eingespritzt.
Die Kraftstoff-Einspritzdüse 110 umfasst ein Ventil 124, das den Kraftstofffluss durch den Kraftstoffdurchlass 122 selektiv unterbricht. Das Ventil 124 weist ein abgerundetes Ende 126 auf, dessen Form so an den Sitz 120 angepasst ist, so dass bei geschlossener Ventilposition der Kraftstoffdurchlass 122 abgedichtet wird und kein Kraftstoff durch die Düsenplatte 116 fließen kann. Das Ventil 124 wird durch eine in einem Einlassrohr 130 angeordnete Feder 128, in die geschlossene Position gedrückt. Das Ventil 124 umfasst einen Anker 132, der fest mit einem dem abgerundeten Ende 126 gegenüberliegenden Ende des Ventils 124 verbunden ist. Wenn das Ventil 124 geschlossen ist, bildet sich ein Luftspalt zwischen einer Endfläche 134 des Einlassrohrs 130 und dem Anker 132 aus.
In Fig. 3 ist eine Flussscheibe 135 gezeigt, die innerhalb des Außenmantels 112 um das Ende 134 des Einlassrohrs 130 angeordnet ist. Die Flussscheibe 135 erstreckt sich ringförmig um die Kraftstoff-Einspritzdüse 110 und bildet einen magnetischen Pfad zwischen dem Außenmantel 112 und dem Einlassrohr 130 aus. Der Außenumfang der Flussscheibe 135 berührt den Außenmantel 112. Die axiale Grundfläche 137 der Flussscheibe 135 ist an der Endfläche 134 des Einlassrohrs 130 ausgerichtet. Die Flussscheibe 135 erstreckt sich radial nach innen, so dass die Grundfläche 137 der Flussscheibe 135 den Anker 132 überprüft. Die Kraftstoff-Einspritzdüse umfasst eine antimagnetische Abschirmung 139, die angrenzend an das Ende 134 des Einlassrohrs 130 zwischen der Flussscheibe 135 und dem Einlassrohr 130 angeordnet ist. Die Flussscheibe 135 wird vorzugsweise aus einem ferromagenetischen Material gefertigt. Sie kann jedoch auch aus einem anderen Material gefertigt werden, durch das ein magnetischer Fluss laufen kann. Um bei der Fertigung die gewünschte Ebenheit und Ausrichtung zu gewährleisten, werden die Flussscheibe 135, die Abschirmung 139 und das Einlassrohr 130 vorzugsweise zusammengeschweißt. Dann wird die Grundfläche 137 der Flussscheibe 135 zusammen mit der Endfläche 134 des Einlassrohrs 130 geschliffen.
Das Ventil 124 wird durch ein Solenoid 136 zwischen der geschlossenen Position und der geöffneten Position hin- und herbewegt. In der geschlossenen Position bildet sich ein Spalt zwischen dem Anker 132 und der Endfläche 134 des Einlassrohrs 130 sowie der Grundfläche 137 der Flussscheibe 135 aus. In der geöffneten Position berührt der Anker 132 sowohl die Endfläche 134 des Einlassrohrs 130 als auch die Grundfläche 137 der Flussscheibe 135, wie in Fig. 2 dargestellt wird. Das Solenoid 136 umfasst eine auf einen Spulenkörper 140 gewickelte Spule 138, die um das Einlassrohr 130 positioniert ist.
Der Außenmantel 112 der Kraftstoff-Einspritzdüse umschließt die Spule 138. Wenn die Spule 138 des Solenoids 136 erregt wird, wird ein magnetischer Fluss erzeugt.
Der Pfad 142 des magnetischen Flusses läuft um die Spule 138 durch den Außenmantel 112, radial durch die Flussscheibe 135, axial abwärts in den Anker 132, radial nach innen durch den Anker 132 und axial nach oben in das Einlassrohr 130. Der Ventilkörper 114 wird vorzugsweise aus einem antimagnetischen Material gefertigt, um zu verhindern, dass der magnetische Fluss in den Ventilkörper 114 abgelenkt wird und seitlich in den Anker 132 eintritt.
Der magnetische Fluss bewirkt eine magnetische Anziehung zwischen der Endfläche 134 des Einlassrohrs 130 und dem Anker 132, so dass eine in Axialrichtung gerichtete Kraft auf das Ventil 124 wirkt, durch die das Ventil 124 gegen die Kraft der Feder 128 axial nach oben bewegt wird, bis der Anker 132 die Endfläche 134 des Einlassrohrs 130 berührt. Darüber hinaus bewirkt der magnetische Fluss eine magnetische Anziehung zwischen der Grundfläche 137 der Flussscheibe 135 und dem Anker 132, so dass eine zusätzliche axiale Kraft auf das Ventil 1.24 ausgeübt wird und es gegen die Kraft der Feder 128 nach oben zieht. Wenn die Spule 138 des Solenoids 136 nicht mehr erregt ist, wird das Ventil 124 durch die Kraft der Feder 128 geschlossen.
Die Kraftstoff-Einspritzdüse 110 umfasst vorzugsweise eine zwischen der Grundfläche 137 der Flussscheibe 135 und dem Anker 132 positionierte antimagnetische Zwischenlage 144, die einen direkten Kontakt des Ankers 132 mit der Grundfläche 137 der Flussscheibe 135 und der Endfläche 134 des Einlassrohrs 130 verhindert. Die antimagnetische Zwischenlage 144 verringert die Gefahr des magnetischen Haftenbleibens des Ankers 132 an der Flussscheibe 135 sowie dem Einlassrohr 130.
In Fig. 4 wird eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei der sich eine Abschirmung 139 sich bis über die Endfläche 134 des Einlassrohrs 130 und die Grundfläche 137 der Flussscheibe 135 hinaus erstreckt, um einen direkten Kontakt zwischen dem Anker 132 und der Grundfläche 137 der Flussscheibe 135 und der Endfläche 134 des Einlassrohrs 130 zu verhindern.
Ähnlich wie bei in der technischen Anwendung bekannten Ausführungsformen bewirkt die Endfläche 134 des Einlassrohrs 130 einen axialen magnetischen Fluss, der den Anker 132 nach oben zieht. Darüber hinaus bewirkt die Grundfläche 137 der erfindungsgemäßen Flussscheibe 135 einen zweiten axialen magnetischen Fluss, so dass der Anker bei einer unveränderten Gesamtstärke des Flusses mit ungefähr der doppelten Kraft nach oben gezogen wird. Auf diese Weise wird das Verhältnis von Öffnungskraft und Masse vom Anker 132 und Ventil 124 deutlich verbessert, woraus eine schnellere Öffnung des Ventils 124 resultiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Anker 132 zwei Gruppen von axial ausgerichteten Durchgangslöchern auf. Eine erste Gruppe umfasst Durchgangslöcher 146, die einen Kraftstofffluss durch den Anker 132 ermöglichen, und eine zweite Gruppe umfasst Durchgangslöcher 148, die eine Belüftung ermöglichen, um zu verhindern, dass der Anker durch hydraulischen Sog an der Flussscheibe 135 und dem Einlassrohr 130 oben gehalten wird. Ein weiterer Vorteil der Durchgangslöcher 146, 148 besteht darin, dass sie die Masse der Anker 132 verringern.
An der Grundfläche zwischen dem Anker 132 und dem Einlassrohr 130 sowie der Flussscheibe 135 ist eine Hubeinstellung des Ventils 124 und der Anker 132 nur schwer möglich. In Fig. 5 ist der Kopfbereich 115 des Ventilkörpers 114 verstellbar am Ventilkörper 114 befestigt, so dass der Kopfbereich 115 relativ zum Ventilkörper 114 axial verstellt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht eine Gewindeverschraubung zwischen dem Ventilkörper 114 und dem Kopfbereich 115, wobei der Ventilkörper 114 ein Innengewinde aufweist und der Kopfbereich 115 ein Außengewinde. Durch Drehen des Kopfbereichs 115 wird der Kopfbereich 115 je nach Drehrichtung in das Innengewinde hinein- oder aus dem Innengewinde herausbewegt, so dass die axiale Position des Sitzes 120 relativ zum Ventilkörper 114 geändert wird.
Indem die Position des Kopfbereichs 115 auf diese Weise eingestellt wird, kann der Sitz 120 relativ zum Ventilkörper 114 positioniert werden, so dass das abgerundete Ende 126 des Ventils 124 genau in den Sitz 120 eingreift. Wenn der Sitz ordnungsgemäß eingestellt wurde, wird der Kopfbereich 115 mit einer Feststellschraube 150 gesichert, so dass eine Drehung des Kopfbereichs 115 im Ventilkörper 114 verhindert wird. Der Kopfbereich 115 kann auch auf andere Weise innerhalb des Ventilkörpers 114 gesichert werden, zum Beispiel durch Kleben, Schweißen oder Vernieten.
Die obige Darlegung beschreibt eine bevorzugte Ausführungsform. Der Fachmann erkennt aus dieser Darlegung und aus den beigefügten Zeichnungen und Ansprüchen ohne weiteres, dass Änderungen und Modifikationen an der bevorzugten Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist. Die bevorzugte Ausführungsform wurde in illustrativer Weise beschrieben, und es wird darauf hingewiesen, dass die verwendete Terminologie im Sinne beschreibender Wörter und nicht im Sinne einer Einschränkung zu verstehen ist.

Claims

1. Eine Kraftstoff-Einspritzdüse (110) mit den folgenden Merkmalen:
ein Ventil (124), das sich selektiv in eine geschlossene Position und in eine geöffnete Position bewegen und den Kraftstofffluss durch die Kraftstoff-Einspritzdüse (110) unterbrechen kann;
ein fest mit dem Ventil (124) verbundener Anker (132);
ein Solenoid (136), das einen magnetischen Fluss erzeugen kann, so dass eine Kraft auf den Anker (132) wirkt, die das Ventil (124) in die geöffnete Position bewegt; und
eine zwischen dem Solenoid (136) und dem Anker (132) angeordnete Flussscheibe (135), die einen Pfad für den magnetischen Fluss ausbildet.

2. Die Kraftstoff-Einspritzdüse (110) nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoff-Einspritzdüse (110) weiterhin eine Vorspannvorrichtung aufweist, mit der das Ventil (124) in der geschlossenen Position gehalten wird.

3. Die Kraftstoff-Einspritzdüse (110) nach Anspruch 1, wobei der Anker (132) und die Flussscheibe (135) einander radial überlappen und mit einem axialen Zwischenraum angeordnet sind, so dass der Flusspfad (142) axial von der Flussscheibe (135) zum Anker (132) läuft und eine axiale magnetische Anziehung zwischen dem Anker (132) und der Flussscheibe (135) erzeugt wird.

4. Die Kraftstoff-Einspritzdüse (110) nach Anspruch 3, wobei die Kraftstoff-Einspritzdüse (110) weiterhin eine zwischen der Flussscheibe (135) und dem Anker (132) angeordnete antimagnetische Zwischenlage (144) aufweist, die einen Kontakt des Ankers (132) mit der Flussscheibe (135) und dem Einlassrohr (130) verhindert.

5. Die Kraftstoff-Einspritzdüse (110) nach Anspruch 3, wobei die Kraftstoff-Einspritzdüse (110) weiterhin eine radial zwischen dem Einlassrohr (130) und der Flussscheibe (135) positionierte antimagnetische Abschirmung (139) aufweist, die sich axial bis unter die Flussscheibe (135) und das Einlassrohr (130) erstreckt und einen Kontakt des Ankers (132) mit der Flussscheibe (135) und dem Einlassrohr (130) verhindert.

6. Die Kraftstoff-Einspritzdüse (110) nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoff-Einspritzdüse (110) weiterhin ein Einlassrohr (130) und einen Außenmantel (112) aufweist, und wobei das Solenoid (136) so um das Einlassrohr (130) und den Außenmantel (112) der Kraftstoff- Einspritzdüse (110) positioniert ist, dass der magnetische Fluss durch den Außenmantel (I 12), radial durch die Flussscheibe (135), axial in den Anker (132), radial durch den Anker (135), axial entlang des Einlassrohrs (130) und axial zurück zum Außenmantel (112) verläuft.

7. Die Kraftstoff-Einspritzdüse (110) nach Anspruch 1, wobei der Anker (132) eine erste Gruppe von axial ausgerichteten Öffnungen (146) aufweist, die einen Kraftstofffluss durch den Anker (132) ermöglichen.

8. Die Kraftstoff-Einspritzdüse (110) nach Anspruch 7, wobei der Anker (132) eine zweite Gruppe von axial ausgerichteten Öffnungen (148) aufweist, die radial weiter außen als die erste Gruppe von Öffnungen (146) positioniert ist und einen hydraulischen Sog verhindert, so dass sich der Anker (132) sich frei hin- und herbewegen kann.

9. Die Kraftstoff-Einspritzdüse (110) nach Anspruch 1, wobei der Ventilkörper (114) einen Kopfbereich (115) umfasst, der einen Sitz (120) aufweist, dessen Form an ein Ventilende (126) angepasst ist, und wobei der Kopfbereich (115) weiterhin eine Düsenplatte (116) umfasst, die mehrere Öffnungen (118) aufweist, die einen Kraftstofffluss durch die Düsenplatte (116) ermöglichen, und wobei der Kopfbereich (115) verstellbar am Ventilkörper (114) befestigt ist, so dass der Kopfbereich relativ zum Ventil (124) axial verstellt werden kann.