DE1101859B - Elektromagnetisch betaetigtes Einspritzventil fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein für elektrisch, insbesondere mit Transistoren, gesteuerte Kraftstoff-Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von solchen mit Saugrohr-Einspritzung, bestimmtes, elektromagnetisch betätigtes Einspritzventil mit einer Ventilnadel, die an einem aus magnetisierbarem Werkstoff bestehenden, längsverschiebbar angeordneten Anker eines Elektromagneten sitzt.

Es sind bereits Einspritzventile dieser Art bekanntgeworden, bei denen der bewegliche Anker an seiner dem Düsenkörper zugekehrten freien Stirnseite eine aus elastischem Material, vorzugsweise aus Gummi, hergestellte Kappe trägt, die sich im Schließzustand des Ventils gegen die innere öffnung des im Düsenkörper zentral verlaufenden Düsenkanals legt. Diese Ventile schließen zwar am Ende des Einspritzvorgangs die Düsenöffnung in der erforderlichen kurzen Zeit ab, sind jedoch der Gefahr ausgesetzt, daß die Kappen infolge von Kavitation durdh den vorbeiströmenden Kraftstoff bei längerem Betrieb beschädigt werden.

Dies ist um so mehr zu befürchten, als die Kappe bei jeder Schließbewegung in die Düsenöffnung hineingequetscht und dabei erheblich verformt wird. Diese Nachteile weisen zwar die bekannten druck- oder mengengesteuerten Einspritzventile nicht auf, bei denen die Ventilnadel aus Stahl hergestellt ist und mit einer gehärteten Sitzfläche im Düsenkörper zusammenarbeitet. Zum Anheben der Düsennadel muß jedoch bei elektromagnetischen Ventilen ein aus Weicheisen hergestellter Anker verwendet werden, der auch bei kleinen Abmessungen infolge der erforderlichen hohen Schließgeschwindigkeiten dazu führen kann, daß die Nadel samt dem Anker nach dem Aufschlagen auf die Sitzfläche zurückprallen und eine ungenaue Kraftstoffzu messung verursachen kann. Außerdem muß dafür gesorgt werden, daß die aus Stahl bestehende Nadel nicht von dem für den Nadelhüb erforderlichen magnetischen Feld durchsetzt wird, weil sonst infolge der magnetischen Remanenz eine erhebliche Schließverzögerung entstehen kann.

Diese Aufgaben sind bei einem elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventil der eingangs beschriebenen Art gelöst, das eine aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, hergestellte Ventilnadel hat, die gemäß der Erfindung am Anker des Elektromagneten über ein aus elastischem, vorzugsweise spritzbarem, Kunststoff bestehendes Zwischenstück befestigt ist. Dieses Zwischenstück vermag die beim Auftreffen der Nadel auf den Ventilsitz entstehenden Massenkräfte des Ankers elastisch aufzunehmen, so daß Prellungen der Nadel verhindert werden, und gibt gleichzeitig der Nadelspitze eine radiale Elastizität. Dadurch wird es möglich, daß kleine Ungenauigkeiten in der Nadelfüh-Elektromagnetisch betätigtes
Einspritzventil für Brennkraftmaschinen

Anmelder:

Robert Bosch G.m.b.H.,
Stuttgart W, Breitscheidstr. 4

Dipl.-Phys. Dr. Heinrich Knapp

und Leo Steinke, Stuttgart,
sind als Erfinder genannt worden

rung ausgeglichen und ein genauer Sitz der Nadel auf dem Düsenkörper sichergestellt wird.

Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Weiterbildungen sind nachstehend an Hand zweier Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine sechszylindrige Brennkraftmaschine mit schematisch dargestellter Einspritzanlage,

Fig. 2 das erste Beispiel im Längsschnitt durch das Einspritzventil,

Fig. 3 das zweite Beispiel in gleicher Darstellungsart.

Die Einspritzanlage nach Fig. 1 ist für eine Sechszylinder-Brennkraftmaschine 10 für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug bestimmt. Die Brennkraftmaschine arbeitet mit Fremdzündung und hat sechs Zündkerzen H. Jede der Zündkerzen ist über ein Kabel 12 mit einem Zündverteiler verbunden, der eine umlaufende Elektrode 13 und sechs feststehende Gegenelektroden 14 hat. Ein Kabel 15 verbindet den über eine Welle 16 mit der nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekuppelten Verteilerarm 13 mit einem Hochspannungsgenerator 17, der bei jedem Arbeitstakt der Brennkraftmaschine einen Zündfunken liefert. Vor jedem der nicht dargestellten Einlaßventile für die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine sitzt in den einzelnen Abzweigungen eines gemeinsamen Ansaugrohres 20 ein elektromagnetisch gesteuertes Einspritzventil 21 von der in Fig. 2 im einzelnen näher dargestellten Art. Jedes dieser Ventile 21 hat eine Magnetisierungsspule 22, deren eines Wicklungsende 23 jeweils mit einem aus Weicheisen hergestellten Magnetgehäuse 24 durch eine Lötstelle 25 elektrisch leitend verbunden ist. Das andere Wicklungsende 26 jeder der Spulen 22 ist isoliert aus dem Gehäuse 24 herausgeführt und jeweils über einen Widerstand 27 an einen ge-

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meinsamen Betätigungstransistor 28 angeschlossen (s. Fig. 1). Dieser liegt mit seiner Emitterelektrode an der Plusklemme einer Sammlerbatterie 29. Die Basis-Elektrode des Transistors 28 ist an einem Impulsgenerator 30 angeschlossen. Dieser liefert in rascher Folge wiederkehrende Stromimpulse, die in der Zeichnung bei 31 angedeutet sind und den im Ruhezustand gesperrten Transistor 28 jeweils kurzzeitig in sein stromleitendes Gebiet steuern,, so daß er über die Widerstände 27 und die Magnetisie.rungswicklung 22 ίο gleichzeitig alle sechs Einspritzventile zu öffnen vermag. Die durch die Einspritzventile ausspritzenden Kraftstoffmengen sind um so größer, je langer die Impulse 31 andauern. Zur Veränderung und Angleichung der Impulslänge an den jeweiligen Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine ist ein elektronisches Regelgerät 32 vorgesehen. Dieses enthält in der Zeichnung nicht dargestellte elektrische Bauglieder, die über mechanische Kupplungsglieder 33 bzw. 34 mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und dem Gaspedal 35 der Brennkraftmaschine verbunden sind. Darüber hinaus enthält das Regelgerät noch weitere, ebenfalls nicht dargestellte, vom Luftdruck, der Kühlwassertemperatur und Lufttemperatur abhängige Schaltelemente, die zur Beeinflussung der Dauer der Steuerimpulse 31 dienen.

Jedes der Einspritzventile 21 ist über je eine Rohrleitung 36 mit einem Kraftstoffbehälter 37 verbunden, in dem der Kraftstoff durch eine bei 38 angedeutete Förderpumpe, die ebenfalls mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekuppelt ist, unter annähernd konstantem Druck gehalten wird. Bei jeder Öffnung der Ventile 21 spritzt Kraftstoff auf die Teller der Einlaßventile und vermischt sich mit der durch den Luftfilter 39 über den Ansaugkanal den jeweiligen Zylindern zuströmenden Ansaugluft.

Wie Fig. 2 erkennen läßt, sind die Einspritzventile 21 im einzelnen wie folgt aufgebaut:

Auf dem Ventilgehäuse 24 sitzt ein Anschlußstutzen 50, in dem ein rohrförmiges Kernstück 51 einstellbar geführt ist, das ein Stück weit in die Spule 22 eintaucht und ebenso wie der Stutzen 50 aus magnetisierbarem Werkstoff hergestellt ist. Gleichachsig zum Kernstück 51 ist ein ebenfalls ein Stück weit in die Spule eintauchender Anker 54 axial verschiebbar angeordnet. An dem Anker hängt eine ausgehöhlte Düsennadel 55, deren konische Sitzfläche mit einer Gegensitzfläche an einem durch einen Nippel 56 am Ventilgehäuse befestigten Düsenkörper 57 zusammenarbeitet. Der Nippel 56 drückt den mit dem Bund 58 versehenen Düsenkörper gegen eine Ringschulter 59 im Schraubensatz 60 des Ventilgehäuses 24 unter Zwischenlage eines elastischen Dichtrings 62. Der Düsenkörper 57 hat an seiner über den Düsennippel 56 geringfügig vorstehenden Stirnseite eine kegelige Öffnung 63, die in die gleichachsig zur Düsennadel 55 angeordnete Düsenbohrung 65 übergeht. Diese ist möglichst kurz, damit in ihr wenig Kraftstoff nach dem Schließen des Ventils verbleibt. An die gegen die Düsennadel gerichtete Öffnung der Düsenbohrung 65 schließt sich eine im Durchmesser größere Bohrung 68 an, die in einen den Kopf der Nadel 55 umgebenden Ringraum 70 übergeht. Der den Ringraum nach unten hin begrenzende Boden 71 bildet an seiner mit der Bohrung 68 gemeinsamen inneren Randzone die Gegensitzfläche für die Ventilnadel 55.

Sobald der Transistor 28 der Wicklung 22 einen so hohen Magnetisierungsstrom zuführt, daß das dann entstehende elektromagnetische Kraftfeld den Anker 54 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 75- gegen den feststehenden Kern51 zu.ziehen vermag,· wird die Düsennadel 55 von ihrem Sitz abgehoben, so daß der unter Druck stehende Kraftstoff, der durch eine Querbohrung 76 in der Nähe des Düsennadelsitzes in den Ringraum 70 gelangt, über die Düsenbohrung 65 ausgespritzt wird. Die Düsennadel wird so lange in ihrer Öffnungsstellung gehalten, als die Impulse 31 andauern. Sobald jedoch die den Transistor 28 in seinen stromleitenden Zustand bringenden Steuerimpulse 31 (siehe Fig. 1) mit steiler Rückenflanke endigen und den Transistor wieder in seine Sperrstellung zurückkehren lassen, setzt der in den Magnetisierungswicklungen fließende Arbeitsstrom aus, so daß das Magnetfeld verschwindet und der Anker 54 samt der daran aufgehängten Düsennadel 55 durch die Rückstellfeder 75 wieder in die Schließstellung der Nadel zurückgeführt wird. Obwohl der Hubweg des Ankers samt Nadel klein ist, besteht doch die Gefahr, daß die Düsennadel beim Auftreffen auf ihren Gegensitz an dem aus hartem Stahl bestehenden Düsenkörper wieder zurückprallt, weil die Schließbewegung mit hoher Geschwindigkeit erfolgt. Dies führt zu einem unerwünschten Nachspritzen von Kraftstoff. Um dies zu verhindern, ist erfindungsgemäß zwischen dem in die Längsbohrung des Ankers 54 hineinragenden Schaftende der Düsennadel 55 und dem Anker ein Futter 80 aus elastisch nachgiebigem thermoplastischem Kunststoff aus der Gruppe der Polyamide, z. B-. der unter der Markenbezeichnung »Nylon« bekannte Stoff, eingespritzt. Dieses Futter füllt den Spalt zwischen Anker und Nadelschaft dicht aus und nimmt einen großen Teil der beim Aufschlag der Düsennadel auf den Düsenkörpern auftretenden Massenkräfte des Ankers 54 elastisch auf. Damit sich die Nadel nicht gegenüber dem Anker verschieben kann, sind in ihren Schaft drei Ringnuten 81 eingestochen und in denAnker 54 mehrere über seinem Umfang verteilte Querlöcher 82 gebohrt. In diese Nuten und Löcher dringt der beim Spritzen des Futters verwendete Kunststoff ein.
• Um. die bei der Schließbewegung der Düsennadel entstehenden harten Schläge noch weiter zu dämpfen, ist an der Düsennadel ein Ringbund 84 vorgesehen, den eine auf das obere Ende 85 des Düsenkörpers aufgeschraubte Ringmutter 86 umgibt. Die Mutter hat an ihrer dem Anker 54 zugekehrten Stirnseite eine Schulter 87 und begrenzt mit dieser den beim Betrieb des Ventils mit Kraftstoff gefüllten Innenraum in dei Mutter 86. Gleichzeitig dient diese Schulter zur Begrenzung des Öffnungsweges der Düsennadel. Dadurch wird verhindert, daß der Anker auf den feststehenden Kern 51 aufschlagen und an diesem kleben bleiben kann Auch in der Einzugsstellung des Ankers 54 verbleibt daher ein kleiner Spalt zwischen den einander gegenüberstehenden Stirnseiten des Ankers 54 und des Kerns 51, die beide an ihren einander gegenüberstehenden Abschnitten radial geführte Längsschlitze 89 und 90 aufweisen. Durch diese Schlitze wird verhindert, daß sich elektrische Ringströme ausbilden, wenn das Magnetfeld auf- oder abgebaut wird.

Das in Fig. 3 als zweites Ausführungsbeispiel dargestellte Einspritzventil kann ebenfalls in einer Einspritzanlage der in Fig. 1 dargestellten Art verwendet werden. Soweit es gleiche oder gleich wirkende Teile wie das Einspritzventil nach Fig. 2 aufweist, sind diese Teile mit um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen. Darüber hinaus weist jedoch das Einspritzventil nach Fig. 3 eine wesentliche Verbesserung auf. Das erfindungsgemäße Kunststoff-Futter ist in dieser Figur mit 180 bezeichnet.

Während bei dem Einspritzventil nach Fig. 2 der Anker 54 in der Bohrung des Ventilgehäuses 21 durch einen Luftspalt von der Bohrungswand getrennt ist

und in dieser Lage lediglich dadurch gehalten und geführt wird, daß ein Abschnitt des Düsennadelschaftes 55 im oberen Abschnitt des Düsenkörpers 57 dichtend geführt ist, enthält das Einspritzventil nach Fig. 3 zwischen dem Anker 154 und dem ebenfalls aus Weicheisen bestehenden Ventilgehäuse 122 eine in dieses Gehäuse eingesetzte Messinghülse 140, in welcher der Anker 154 bei seiner Öffnungs- und Schließbewegung axial gleitend geführt ist. Die Hülse 140 hat an ihrer der Düse 157 zugekehrten Stirnseite einen Boden 142 mit einer zentralen Bohrung 143, durch welche die Düsennadel 155 mit sehr kleinem Spiel hindurchsticht. Der zwischen dem Boden und der unteren Ankerstirnseite verbleibende, beim Betrieb des Ventils mit Kraftstoff gefüllte Ringraum wirkt wegen dieses geringen, den Kraftstoffdurchgang drosselnden Spaltes als Flüssigkeitsdämpfer und verhindert, daß die Ventilnadel 155 bei ihrer Schließbewegung von der Rückstellfeder 175 zu hart auf ihren an einem Ring 144 vorgesehenen Gegensitz auftrifft. Das Ventil nach Fig. 3 enthält überdies in seinen Anschluß stutzen 150 für die Kraftstoffzuleitung 36 ein aus Kunststoff hergestelltes, dünnwandiges, blasenartiges Näpfchen 145, das als Druckausgleichsgefäß dient. Sein Rand ist dicht an einem Teller 146 festgebördelt, der an seiner der Kraftstoffeinlaßseite des Ventils zugekehrten Stirnfläche mit zwei Klemmbacken 147 und 148 an einem Filter 149 zur Reinigung des zuströmenden Kraftstoffes aufgehängt ist. Dieses Filter ist im Anschlußnippel 200 des Stutzens 150 befestigt. Es verhindert zusammen mit dem Druckausgleichgefäß 145, daß sich infolge der unterschiedlich langen zu den einzelnen Düsen führenden Kraftstoffzuführungsleitungen 26 Druckwellen im Kraftstoff ausbilden und fortpflanzen können, die trotz völlig ' übereinstimmender öffnungs- und Schließungszeiten erhebliche Unterschiede zwischen den von den einzelnen Ventilen eingespritzten Kraftstoffmengen ergeben wurden.

Zu den nachfolgenden Patentansprüchen wird bemerkt, daß für die Gegenstände der Unteransprüche ein vom Hauptgedanken der Erfindung (Anspruch 1) losgelöster Schutz nicht begehrt ist.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE: 45

1. Für elektrisch, insbesondere mit Transistoren, gesteuerte Kraftstoff-Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von solchen mit S augrdhr-Einsp ritzung, bestimmtes, elektromagnetisch betätigtes Einspritzventil mit einer Ventilnadel, die an einem aus magnetisierbarem Werkstoff hergestellten, längsverschiebbar angeordneten Anker eines Elektromagneten sitzt, da durch gekennzeichnet, daß die aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, hergestellte Nadel (55) am Anker (54) über ein aus elastischem, vorzugsweise spritzbarem, Kunststoff bestehendes Zwischenstück (80) befestigt ist.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (80) aus thermoplastischem Kunststoff, insbesondere einem zur Gruppe der Polyamide zählenden Kunststoff, besteht.

3. Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (55) in der Achsrichtung bis in die Nähe ihres Sitzendes hohl ist und dieser Hohlraum unmittelbar mit einer Längsbohrung des Ankers (54) verbunden ist.

4. Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein von ihrem Sitzende abgekehrter Endabschnitt der Ventilnadel in die Längsbohrung des Ankers hineinragt und über ein sowohl im Anker als auch an der Nadel verankertes, aus dem elastischen Werkstoff bestehendes Futter mit dem Anker verbunden ist.

5. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Zwischenstück den Spalt zwischen Anker und Nadel dichtend ausfüllt.

6. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem der beim Nadelhub bewegten und einem der dabei stillstehenden Teile des Ventils ein Kraftstoff aufnehmender, sich beim Nadelschließhub verkleinernder Ringraum vorgesehen ist, der einen drosselnden Auslaß hat, so daß die Schließbewegung der Nadel durch das Flüssigkeitspolster im Ringraum gedämpft wird.

7. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem für den Anschluß der Kraftstoffzuführungsleitung bestimmten Stutzen (150) des Ventils ein gasgefulltes Druckausgleichgefäß (145) untergebracht ist.

8. Einspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stutzen auch ein Kraftstoff-Filter (149) untergebracht ist.

9. Einspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoff-Filter im Anschlußnippel (200) des Stutzens sitzt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 731 685;
SAE-JOURNAL, April 1957, S. 27.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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