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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil
zum Einspritzen von Kraftstoff, der in einer Brennkraftmaschine
verbrannt wird, und insbesondere auf eine Technik, die die sekundäre Kraftstoffeinspritzung
verhindern kann.
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Die
japanische Offenlegungsschrift Hei 1-1594060 offenbart ein elektromagnetisches
Kraftstoffeinspritzventil zum Öffnen/Schließen eines
Ventilsitzteils auf der Grundlage eines EIN/AUS-Signals für den Betrieb,
das von einer Steuereinheit erhalten wird. Bei diesem elektromagnetischen
Ventil ist ein Magnetkreis aus einem Joch mit einem Bodenteil, einem
Kern mit einem Steckteil, um die Öffnung des Jochs auszufüllen, und mit
einem Zylinder, der durch die Kernmittellinie verläuft, sowie
einem Plunger, der dem Kern gegenüberliegt und durch einen Spalt
getrennt ist, aufgebaut. In den Zylinder des Kerns ist eine Feder
eingesetzt, die Druck auf ein bewegliches Element des Ventils, das
aus dem Plunger, einer Stange und einem Kugelelement aufgebaut ist,
in Richtung der Stirnseite des Ventilsitzes ausübt. Der obere Teil der Feder
auf der dem Plunger gegenüberliegenden
Seite berührt
den Bodenteil einer Federeinstellvorrichtung, die in den Zylinder
des Kerns eingesetzt ist, und legt die Lasteinstellung für die Feder
fest. Um den Kern und innerhalb des Jochs ist eine Spule zur Erregung
des Magnetkreises gewickelt. In dem Bodenteil des Jochs befindet
sich ein Plungerloch für
den Einlass des Plungers sowie ein Ventilführungsloch für den Einlass
eines Anschlags und einer Ventilführung, die in den Bodenteil
des Jochs eindringt, wobei der Durchmesser des Ventilführungslochs
größer als jener
des Plungerlochs ist. Der Anschlag ist vorgesehen, um den Wert der
Hebung (Hub) des Kugelventils festzulegen, wobei die Dicke des Anschlags
so festgelegt ist, dass die Oberseite des Plungers mit dem Boden
des Kerns nicht unmittelbar in Berührung kommt, wenn das bewegliche
Element des Ventils nach oben gezogen wird. An der Stange befindet
sich eine Anschlagfläche,
die gegen den Anschlag stößt. Die
Ventilführung
ist ein Gehäuse,
das das Kugelventil, ein eine Kraftstoffverwirbelungsströmung erzeugendes
Element, das eine Verwirbelungskraft auf den Kraftstoff ausübt, und
an der Stange, die Anschlagfläche
der Stange enthält;
wobei sich am Boden der Ventilführung
außerdem
eine Ventilsitzfläche
und ein Kraftstoffeinspritzloch befinden.
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Bei
der obigen, herkömmlichen
Technik ist zwischen dem Boden der Federeinstellvorrichtung und
dem Plunger nur die Feder eingesetzt.
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Bei
einem elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventil (das im Folgenden
einfach als Einspritzventil bezeichnet wird) einschließlich der
Einspritzventile gemäß der obigen,
herkömmlichen
Technik kann ein Aufprallen erfolgen, wenn die Anschlagfläche der
Stange während
des Ventilöffnungsvorgangs
gegen den Anschlag stößt oder
wenn das Ventilelement während
des Ventilschließungsvorgangs
auf die Ventilsitzfläche
aufgesetzt wird. Wenn beim Aufsetzen des Ventilelements auf der
Ventilsitzfläche
ein Aufprallen erfolgt, tritt nach der beabsichtigten Einspritzung
eine sekundäre
Kraftstoffeinspritzung ein, die wiederum ein genaues Steuern der
Kraftstoffeinspritzung erschwert. Auch dann, wenn das Aufprallen
beim Anstoßen
der Anschlagfläche
der Stange gegen den Anschlag erfolgt, erschwert dies ein genaues
Steuern der Kraftstoffeinspritzung. Eine zur Vermeidung des Aufprallens
ersonnene Struktur wurde bisher noch nicht in Angriff genommen.
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Das
Dokument
US 4.749.892 zeigt
eine Federanordnung eines Kraftstoffeinspritzventils mit einer zusätzlichen
Masse zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens von elektromagnetischen
Systemen, um den Einziehprozess eines Ankers zu beschleunigen und
den Aufprall bei diesem Einziehprozess zu beseitigen. Die Ventilnadel
ist nicht fest mit dem Anker
4 verbunden, so dass ein Zweimassensystem
gebildet ist. Ferner bleibt eine Hilfsmasse an einem Ventilkörper, so
dass bei geschlossenem Ventil ein gewisses Spiel zwischen einer Aufprallplatte
und dem Nadelventil und der Hilfsmasse bestehen bleibt. Die Hilfsmasse
stößt bei einer
Aufwärtsbewegung
des Nadelventils an eine Tellerfeder, die der Federkraft der Schraubenfeder
eine weitere Federkraft hinzufügt.
Wenn der Anker gegen einen Magnetpol schlägt, prallt er zurück. Die
Hilfsmasse kann jedoch über
die Tellerfeder ihre Bewegung, die der Schlagbegrenzung entgegenwirkt,
fortsetzen. Während
der Stoßwirkung
des Magnetpols durch den Anker verliert die bewegliche Masse den
Kontakt mit dem sich bewegenden System und teilweise mit der Aufprallplatte
des Nadelventils. Demgemäß zeigt
dieses Dokument nur beim Öffnen
des Ventils eine Aufprallreduzierung und, durch das Zweimassensystem
bedingt, nur eine Aufprallreduzierung, die nicht weich ist, auf.
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Das
Dokument
US 4.766.405 zeigt
einen Dämpfungsmechanismus,
der einen Ring mit kreisförmigem Querschnitt
und zwei Federn umfasst. Der Dämpfer
ist an einem beweglichen Anker angebracht, so dass seine Dämpfungseigenschaften
bei sich schnell bewegenden Ventile unzureichend sind.
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Die
Dokumente
US 5.328.100 und
US 5.207.389 beziehen sich
auf Schnellschließtechniken,
bei denen die Bewegung eines Ankers in Richtung eines Rohrs durch
ein gegenseitiges End-zu-End-Widerlager abgestoppt wird. Dieses
Widerlager erzeugt Stoßkräfte, die
ein von der Kraftstoffdüse
abgegebenes hörbares Geräusch entstehen
lassen. Ein solches Geräusch
lässt sich
durch den Einschluss einer tiefen, schmalen Rille, die vollständig um
den äußeren Durchmesser
des Ankers verläuft
und an dem Ende einen radialen Flansch hinterlässt, dämpfen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kraftstoffeinspritzventil
zu schaffen, das eine sekundäre
Kraftstoffeinspritzung verhindern kann und ein genaues Steuern der
Einspritzung von Kraftstoff ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche entsprechend
erfüllt.
Die abhängigen Ansprüche beziehen
sich auf vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterentwicklungen der Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein primäres und ein sekundäres Oszillationssystem
bereit. Das primäre
Oszillationssystem umfasst wenigstens ein ersten elastischen Abschnitt
und einen ersten Massenabschnitt, während das zweite Oszillationssystem
einen zweiten elastischen Abschnitt und einen zweiten Massenabschnitt
umfasst. Ferner ist das zweite Oszillationssystem so aufgebaut,
dass der Phasenwinkel der durch das zweite Oszillationssystem erzeugten
Oszillation von jenem im primären
Oszillationssystem verschieden ist, um auf diese Weise das Aufprallen
des ersten Massenabschnitts zu unterdrücken.
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Um
das Aufprallen zu unterdrücken,
ist als zweiter Massenabschnitt ein angekoppeltes bewegliches Element
vorgesehen, dass sich nahezu gleichzeitig in derselben Richtung
wie ein Ventilelement als erstem Massenabschnitt bewegen kann.
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Hierbei
bedeutet "angekoppeltes
bewegliches Element",
dass sich das bewegliche Element zusammen mit dem Öffnungs-/Schließungsvorgang
des Ventilelements bewegt, jedoch die Bewegung des beweglichen Elements
nicht vollkommen mit jener des Ventilelements übereinstimmen muss.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist ein vertikaler Querschnitt
eines elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils einer Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist ein Diagramm, das
ein dynamisches Modell eines Systems mit zwei Freiheitsgraden zeigt.
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3 ist ein Diagramm, das
den Graphen (a), der die Bewegungsbahn des angekoppelten beweglichen
Elements zeigt, und den Graphen (b), der die Bewegungsbahn des Ventilelements
zeigt, schildert, die mit dem in 2 gezeigten
dynamischen Modell simuliert worden sind.
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4 ist ein dreidimensionaler
Graph, der die Änderungen
des Betrags xT der sekundären
Kraftstoffeinspritzung zeigt, die durch Simulationen erhalten worden
sind, in denen die Massengröße m2 der
Masse 32 und die Federkonstante k1 der Feder 31 gegeben
und fest waren, während
die Massengröße m1 der
Masse 30 und die Federkonstante k2 der Feder 33 parametrisch
verändert
wurden.
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5A ist ein vertikaler Querschnitt
eines elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils einer weiteren
Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung, in der die Feder 17' aus einer Blattfeder gebildet
ist.
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5B ist ein horizontaler
Querschnitt der von der Linie A–A' aus betrachteten
Blattfeder 17'.
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6 ist eine Abbildung, die
den von dem in 5 gezeigten
Kraftstoffeinspritzventil vollbrachten Prozess der Unterdrückung des
Aufprallens in dem Zustandsübergang
darstellt, der vom Diagramm (a), das den Zustand bei geöffnetem
Ventil zeigt, bis zum Diagramm (e), das den Zustand bei geschlossenem
Ventil zeigt, gezeigt ist.
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7A ist ein Graph, der Änderungen
der Verlagerung des Ventilelements ohne die Blattfeder 17 in dem
in 5 gezeigten Kraftstoffeinspritzventil
zeigt.
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7B ist ein Graph, der Änderungen
der Verlagerung des Ventilelements mit der Blattfeder 17 in
dem in 5 gezeigten Kraftstoffeinspritzventil
zeigt.
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8 ist eine Abbildung, die
den von dem in 5 gezeigten
Kraftstoffeinspritzventil vollbrachten Prozess der Unterdrückung des
Aufprallens in dem Zustandsübergang
darstellt, der vom Diagramm (a), das den Zustand bei geschlossenem
Ventil zeigt, bis zum Diagramm (e), das den Zustand bei geöffnetem
Ventil zeigt, gezeigt ist.
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9A ist ein Graph, der Änderungen
der Verlagerung des Ventilelements ohne die Blattfeder 17 in dem
in 5 gezeigten Kraftstoffeinspritzventil
zeigt.
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9B ist ein Graph, der Änderungen
der Verlagerung des Ventilelements mit der Blattfeder 17 in
dem in 5 gezeigten Kraftstoffeinspritzventil
zeigt.
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10 ist ein Diagramm, das
ein weiteres Beispiel der Gestaltung der Feder 17 zeigt.
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11 ist ein Diagramm, das
ein weiteres Beispiel der Gestaltung der Feder 17 zeigt.
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12 ist ein Diagramm, das
ein weiteres Beispiel der Gestaltung der Feder 17 zeigt.
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13 ist ein Diagramm, das
ein Beispiel des Aufbaus eines Mechanismus zur Verhinderung des
Auftretens eines Zentrierfehlers zwischen der Federeinstellvorrichtung
und der Feder zeigt.
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14 ist ein Diagramm, das
ein weiteres Beispiel des Aufbaus eines Mechanismus zur Verhinderung des
Auftretens eines Zentrierfehlers zwischen der Federeinstellvorrichtung
und der Feder zeigt.
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15 ist ein Diagramm, das
den Aufbau einer Brennkraftmaschine zeigt, die das elektromagnetische Kraftstoffeinspritzventil
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden werden mit Bezug auf die Zeichnung Einzelheiten der Ausführungsformen
erläutert.
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1 zeigt ein elektromagnetisches
Kraftstoffeinspritzventil einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung. Darin sind die Seite, an der sich ein Kraftstoffeinspritzloch 2 befindet,
und die Seite, an der das Ventilelement 4 und der Kraftstoffzufuhreinlass 16 gegenüber dem
Kraftstoffeinspritzloch 2 angeordnet sind, als untere Seite
bzw. als obere Seite des elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils
definiert. Ferner bedeutet die Ventilachsenrichtung oder die Richtung
längs der
Ventilachse diejenige Richtung, in der das Ventilelement angetrieben
wird (die Aufwärts-/Abwärtsrichtung).
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In
dem elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventil 100 (das
im Folgenden einfach als Kraftstoffeinspritzventil bezeichnet wird)
befindet sich ein äußerer zylindrischer
Eisenkern 14 mit einem Bodenteil, der auch als Gehäuse des
Kraftstoffeinspritzventils 100 dient; ein innerer zylindrischer
Eisenkern 10, der in dem äußeren Eisenkern 14 (der
als Joch 14 bezeichnet wird) vorgesehen ist und in dem
sich eine Bohrung befindet, die durch die Mitte des inneren Eisenkerns 10 (der
zur Vereinfachung als Kern 10 bezeichnet wird) verläuft; und eine
Spule 15 innerhalb des äußeren Eisenkerns 14 und
außerhalb
des inneren Eisenkerns 10. An dem Bodenteil des äußeren Eisenkerns 14 befindet
sich ein Loch 28 mit kleinem Durchmesser sowie ein Loch 29 mit großem Durchmesser
unter dem Loch 28. Ferner ist das aus einem beweglichen
Eisenkern 5, einer Stange 6 und einer Kugel 7 aufgebaute
Ventilelement in die Löcher 28 und 29 eingesetzt
und geht durch diese hindurch. Außerdem ist von der Bodenseite
des äußeren Eisenkerns 14 ein
Düsenkörper 1 in
das Loch 29 mit großem Durchmesser
eingesetzt und befestigt, wobei dieser einen Anschlag 9 umgibt,
der den Hub des Ventilelements 4 vorschreibt.
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Der
Düsenkörper 1 ist
ein Gehäuse,
das die Kugel 7, eine eine Kraftstoffverwirbelungsströmung erzeugende
Vorrichtung 25, in der ein Kraftstoffdurchlass zur Ausübung einer
Verwirbelungskraft auf den Kraftstoff ausgebildet ist, und die Stange 6 enthält. Außerdem befinden
sich in dem Boden des Düsenkörpers 1 eine Kraftstoffeinspritzbohrung 2 sowie
ein Ventilsitz 3 (eine Sitzfläche) auf der Einlassseite der
Kraftstoffeinspritzbohrung 2. Die Kugel 7, die
die Kraftstoffeinspritzbohrung verschließt, ist mit dem Boden der Stange 6 verbunden,
wobei das obere Ende der Stange 6 mit dem beweglichen Eisenkern
(Plunger) 5 verbunden ist. Die Kugel 7 wird durch
die innere Oberfläche,
deren Durchmesser etwas größer als
jener der Kugel ist und die innerhalb der eine Kraftstoffverwirbelungsströmung erzeugenden
Vorrichtung 25 ausgebildet ist, in derselben Richtung wie
die Ventilachse geführt.
Außerdem
befindet sich an der Stange 6 eine genau bearbeitete Gleitfläche 24, wobei
die Gleitfläche 26 der
Stange 6 durch die innere Oberfläche des Düsenkörpers 1 in Richtung
der Ventilachse geführt
wird.
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An
der Stange 6 befindet sich ein Schulterteil 8,
der dem Anschlag 9 über
der Gleitfläche 26 zugewandt ist.
Das Ventilelement 4 kann von der Bodenposition, in der
die Kugel 7 den Ventilsitz 3 berührt, in
die obere Position, in der der Schulterteil 8 den Anschlag 9 berührt, verschoben
werden. Die Dicke des Anschlags 9 ist so eingestellt, dass
zwischen dem beweglichen Eisenkern 5 und dem inneren Eisenkern 10 ein
Spalt gebildet ist, wenn sich das Ventilelement 4 in der
oberen Position befindet. Von dem Kraftstoffzufuhreinlass 16 wird Kraftstoff zugeführt und
durch die Kraftstoffdurchlässe 51–59 in
das Kraftstoffeinspritzloch 2 eingeführt.
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Ferner
ist ein an dem inneren Eisenkern 10 und dem äußeren Eisenkern 14 mechanisch
befestigter Dichtungsring 27 an den äußeren Oberflächen des
Bodenteils des inneren Eisenkerns 10 und dem oberen Teil des
beweglichen Eisenkerns 5 angebracht. Dieser Dichtungsring 27 verhindert,
dass Kraftstoff von der Kontaktfläche zwischen dem inneren Eisenkern 10 und
dem beweglichen Eisenkern 5 in den Raum, der die Spule 15 enthält, austritt.
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In
der durch den Mittelteil des inneren Eisenkerns 10 längs der
Achse verlaufenden Bohrung sind eine Federeinstellvorrichtung 11,
die erste Feder 12, ein angekoppeltes bewegliches Element 13 und
die zweite Feder 17 angeordnet. Die Federeinstellvorrichtung 11 ist
an der innen liegenden Oberfläche
des inneren Eisenkerns 10 befestigt. Das obere Ende und
das untere Ende der Feder 12 berühren den Boden der Federeinstellvorrichtung 11 bzw.
das obere Ende des angekoppelten Elements 13, wobei die
Feder 12 in einen zusammengedrückten Zustand gebracht ist.
Außerdem
berühren
das obere und das untere Ende der zweiten Feder 17 das
untere Ende des angekoppelten beweglichen Elements 13 bzw.
die Oberseite des Ventilelements 4, wobei die Feder 17 in
einen zusammengedrückten
Zustand gebracht ist. Das angekoppelte bewegliche Element 13 kann
in der Bohrung, die durch den Mittelteil des inneren Eisenkerns 10 verläuft, längs der
Achse gleiten.
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Die
durch die Feder 12 hervorgerufene Federkraft wird über das
angekoppelte bewegliche Element 13 auf das Ventilelement 4 übertragen,
wobei die Kugel 7 des Ventilelements 4 gegen den
Ventilsitz 3 gedrückt wird.
In diesem Zustand des Ventilelements 4 wird von dem Kraftstoffeinspritzloch 2 kein
Kraftstoff eingespritzt, da der Kraftstoffdurchlass verschlossen
ist.
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Wenn
in der Spule 15 Strom fließt, wird durch den inneren
Eisenkern 10, den beweglichen Eisenkern 5 und
den äußeren Eisenkern 14 ein
Magnetkreis gebildet. Deshalb wird der bewegliche Eisenkern 5 durch elektromagnetische
Kraft in Richtung des inneren Eisenkerns 10 gezogen, wobei
sich das Ventilelement 4 in die obere Position bewegt.
Da in diesem Zustand des Ventilelements 4 ein Spalt zwischen
dem Ventilelement 4 und dem Ventilsitz gebildet ist, ist
der Kraftstoffdurchlass geöffnet
und wird von dem Kraftstoffeinspritzloch 2 Kraftstoff eingespritzt.
Hier sind der innere Eisenkern 10, der bewegliche Eisenkern 5 und
der äußere Eisenkern 14 aus
magnetischem Material hergestellt.
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Das
Kraftstoffeinspritzventil dient zur Steuerung der Größe der Kraftstoffzufuhr
durch Ändern
der Position des Ventilelements 4.
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Wenn
die Position des Ventilelements 4 verändert wird, tritt ein Zusammenstoß zwischen
dem Ventilelement 4 und dem Ventilsitz 3 oder
zwischen dem Ventilelement 4 und dem Anschlag 9 ein.
Durch das Aufprallen des Ventilelements 4 bei dem Zusammenstoß bedingt
kann eine leichte Änderung
der eingespritzten Kraftstoffmenge eintreten. Deshalb sollte jenes
Aufprallens unterbunden werden.
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Die
Dynamik des in 1 gezeigten
Plungersystems kann simuliert werden, indem das Plungersystem durch
das dynamische Modell eines Systems mit den in 2 gezeigten zwei Freiheitsgraden ersetzt
wird. In diesem Modell sind die Federeinstellvorrichtung 11,
die erste Feder 12, das angekoppelte bewegliche Federeinstellvorrichtung 13,
die zweite Feder 17, das Ventilelement 4 und der
Ventilsitz 3 durch die Decke 34, die Feder 33,
die Masse 32, die Feder 31, die Masse 30 bzw.
den Boden 35 dargestellt. Die Dynamik des Öffnungsvorgangs
des Ventilelements 4 wurde unter Verwendung dieses Modells
simuliert.
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Wenn
die Massengröße der Masse 32,
die Verschiebung der Masse 32, die Massengröße der Masse 30 und
die Verschiebung der Masse 30, die Federkonstante der Feder 33 und
die Federkonstante der Feder 31 durch m2,
x2, m1, x1, k2 bzw. k1 ausgedrückt
werden, sind die Bewegungsgleichungen durch die folgenden Gleichungen
(1) und (2) beschrieben.
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Die
Anfangsbedingung ist so gegeben, dass eine Aufwärtskraft auf die Masse 30 ausgeübt wird
und die Federn 31 und 33 in einem zusammengedrückten Zustand
belassen sind. Ferner wird angenommen, dass die Masse 30 um
eine durch h ausgedrückte
Höhe vom
Boden 35 aus angehoben ist. Das heißt, dass der veränderliche
Hub des Ventilelements 4 gleich h ist.
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Ferner
wird angenommen, dass der Rückprallkoeffizient
zwischen der Masse 30 und dem Boden 35 gleich
0,5 ist. Unter den obigen Bedingungen werden die Bewegungsgleichungen
(1) und (2) gelöst
und dadurch die Bewegungsbahn 36 der Masse 30 erhalten.
Die Höhe
des ersten Rückpralls
und die Zeit während des
Rückpralls
werden durch x bzw. T ausgedrückt.
Da die eingespritzte Kraftstoffmenge zum integrierten Wert der Bewegungsbahn 36 bezüglich der
Zeit proportional ist, kann die durch den Rückprall sekundär eingespritzte
Kraftstoffmenge durch das Produkt aus x und T approximiert werden.
Durch Angabe der Werte für
die Federkonstanten k1 und k2 und
die Massengrößen m1 und m2 der Massen 30 und 32 können die
Bewegungsbahnen der Massen 30 und 32 berechnet
werden, wobei ein Beispiel der Ergebnisse in 3 gezeigt ist. Der Graph (1)
zeigt die Bewegungsbahn 40 der Masse 32, während der
Graph (b) die Bewegungsbahn 41 der Masse 30 zeigt.
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In 3 gibt T das Zeitintervall
während
des Rückpralls
an. Somit springt die Masse 30 in dem Zeitintervall T vom
Boden 35 – d.
h. dem Ventilsitz 3 – nach
oben. Während
des Rückpralls
wirkt die obere Masse 32 auf die untere Masse 30 in
der Weise ein, dass sie die Masse 30 nach unten drückt. Diese
Einwirkung der Masse 32 unterdrückt den Rückprall der Masse 30,
was wiederum die durch den Rückprall
sekundär
eingespritzte Kraftstoffmenge senkt.
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Im
Folgenden werden die Schritte 91–96, die sowohl diejenigen
Werte der Federkonstanten k1 und k2 als auch diejenigen Werte der Massengrößen m1 und m2 der Masse 30 und
der Masse 32, die die durch den Rückprall sekundär eingespritzten
Kraftstoffmenge minimieren, erlangen, erläutert.
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Schritt 91:
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Die
durch den Rückprall
sekundär
eingespritzten Kraftstoffmenge wird durch das Produkt aus x und
T, das in 2 gezeigt
ist, approximiert, wobei der Wert von xT als Zielfunktion verwendet
wird.
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Ferner
werden die Entwurfsvariablen für
die Federkonstanten und die Massengrößen in den Bewegungsgleichungen
für die
beweglichen Elemente parametrisch verändert.
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Schritt 92:
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Es
werden ein Berechnungsbereich (untere Grenze ≤ Entwurf ≤ obere Grenze) für jede Entwurfsvariable,
ein Rechenschritt und Pegel bestimmt und in die Tabelle 1 eingetragen.
In der Tabelle 1 werden die Massengrößen m1 und
m2 und die Federkonstante k1 als
Entwurfsvariablen bezeichnet. Wenn unter den Entwurfsvariablen Wechselwirkungen
vorkommen (die Entwurfsvariablen können nicht als mathematisch
unabhängig betrachtet
werden), werden in der Tabelle 1 in einer entsprechenden Spalte
zur Bezeichnung von Wechselwirkungen Verweiszahlen eingetragen.
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Als
Nächstes
werden die Bewegungsgleichungen (1) und (2) unter parametrischem
Verändern
jeder Entwurfsvariablen innerhalb ihres Berechnungsbereichs gelöst, wobei
die Zielfunktion für
jede Kombination von Werten der Entwurfsvariablen berechnet werden.
Die sich ergebende Vergleichsliste zwischen Werten der Zielfunktion
und den Kombinationen von Werten für die Entwurfsvariablen wird
in die Ta belle 2 eingetragen. Die Tabelle 2 kann auch gemäß einer
orthogonalen Tabelle, die beim Entwurf eines Versuchs verwendet
wird, erstellt werden.
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Eine
Gleichung, die eine gekrümmte
Fläche
zum Schätzen
der durch den Rückprall
sekundär
eingespritzten Kraftstoffmenge ausdrückt, wird durch Verwendung
von Chebyshewschen orthogonalen Polynomen auf der Grundlage der
Daten in der Tabelle 2 erhalten.
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Schritt 94:
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Die
Tabelle 3 für
die Varianzanalyse wird auf der Grundlage der Vergleichsliste zwischen
Werten der Zielfunktion und Kombinationen von Werten für die Entwurfsvariablen
in der Tabelle 2 erzeugt. Ferner werden die Zuverlässigkeit
und die Vertrauensgrenze der erhaltenen Gleichung, die eine gekrümmte Fläche zum Schätzen der
durch den Rückprall
sekundär
eingespritzten Kraftstoffmenge ausdrückt, auf der Grundlage der Tabelle
3 berechnet. Die Werte für
die Zuverlässigkeit
und die Vertrauensgrenze entsprechen jeweils denjenigen Werten der
Massengrößen m1 und m2 und der
Federkonstanten k1 und k2,
die die sekundär
eingespritzte Kraftstoffmenge minimieren und durch den Prozess mit
den Schritten 91–96 erhalten
werden.
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Schritt 95:
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Die
erhaltene Gleichung, die eine gekrümmte Fläche zum Schätzen der durch den Rückprall
sekundär eingespritzten
Kraftstoffmenge ausdrückt,
wird zusammen mit demjenigen Bereich der Entwurfsvariablen, der die
durch den Rückprall
sekundär
eingespritzte Kraftstoffmenge minimiert, graphisch dargestellt:
d. h., dass diejenigen Bedingungen für die Massengrößen m1 und m2 und die
Federkonstanten k1 und k2,
die die durch den Rückprall
sekundär
eingespritzte Kraftstoffmenge minimieren, erhalten werden. Ein Beispiel
des graphischen Ausdrucks ist in 4 gezeigt.
Dieser Graph zeigt einen dreidimensionalen Graphen, der die durch
den Aufprall sekundär
eingespritzte Kraftstoffmenge in Bezug auf die Massengröße m1 der Masse 30 und die Federkonstante
k1 der Feder 33, wenn die Massengröße m2 der Masse 32 und die Federkonstante
k1 der Feder 31 gegeben sind, ausdrückt. In
dem in 4 gezeigten dreidimensionalen
Graphen wird derjenige Bereich 50 der Entwurfsvariablen,
der die durch den Rückprall
sekundär
eingespritzte Kraftstoffmenge minimiert, abgelesen. Wenn der Bereich 50 die
Entwurfsbedingungen nicht erfüllt,
wird nach einem anderen Optimalbereichskandidaten gesucht.
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Schritt 96:
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Die
Zielfunktion wird mit einer feineren Berechnungsmasche, als sie
in den obigen Schritten für
den im Schritt 95 erhaltenen Bereich der Entwurfsvariablen
verwendet worden ist, berechnet.
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Wie
oben erwähnt
worden ist, ist es durch Verwendung des Plungeraufbaus mit den zwei
Freiheitsgraden möglich,
die durch den Rückprall
bedingte sekundäre
Kraftstoffeinspritzung zu unterdrücken, was wiederum eine stabile
Magerverbrennung erzielt.
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Anstelle
der Feder 17 kann die Blattfeder 17' verwendet werden, wie in 5A gezeigt ist, wobei dies ein
kürzeres
Kraftstoffeinspritzventil 100' ermöglicht. Die Blattfeder 17' enthält eine
Anschlagfläche,
gegen die der Boden des angekoppelten beweglichen Elements 13' anstößt, und
ist mit nach oben orientierter Anschlagfläche in die Bohrung, die an
der Oberseite des beweglichen Eisenkerns 5 eine Öffnung besitzt,
eingesetzt. In dieser Ausführungsform
ist die Blattfeder 17' als
Ring-Plattenelement
ausgeführt,
das, wie in 5B gezeigt ist,
die den Querschnitt A-A' der
Blattfeder 17' darstellt,
Kerben 170 an seinem inneren Umfang besitzt. Die äußere seitliche
Umfangsfläche
der Blattfeder 17' ist
an der inneren Oberfläche
der Bohrung in dem oberen Teil des beweglichen Eisenkerns 5 befestigt.
Es sind Vorsprungsteile vorhanden, die von dem inneren Umfang der
Blattfeder vorstehen, wobei sie die Anschlagfläche, gegen die der Boden des
angekoppelten beweglichen Elements 13' stößt, bilden.
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Im
Folgenden werden mit Bezug auf 6 und 7 Beispiele des Prozesses,
in dem das Aufprallen des Ventilelements 4 durch das angekoppelte
bewegliche Element 13' und
die Feder 17' während des
Ventilöffnungs-/Ventilschließungsvorgangs
unterdrückt
wird, erklärt.
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6 zeigt den Prozess des
Unterdrückens
des Aufprallens, indem sie die Bewegungen des Ventilsitzes 3,
des Ventilelements 4, der Feder 12 und des angekoppelten
beweglichen Elements 13' in
dem Zustandsübergang
darstellt, der vom Diagramm (a), das den Zustand bei geöffnetem
Ventil zeigt, bis zum Diagramm (e), das den Zustand bei geschlossenem
Ventil zeigt, gezeigt ist.
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- (a) Wenn das Ventil offen gehalten ist, wird
das Ventilelement 4 durch elektromagnetische Kraft in der
oberen Position gehalten.
- (b) In dem Ventilbewegungszustand ist die elektromagnetische
Kraft unterbrochen und werden das Ventilelement 4 und das
angekoppelte bewegliche Element 13' durch die Federkraft in Richtung
des Ventilsitzes 3 bewegt.
- (c) Das Ventilelement 4 stößt gegen den Ventilsitz 3.
- (d) Unmittelbar nach dem Zusammenstoß prallt das angekoppelte bewegliche
Element 13' durch
den Stoß des
Zusammenpralls bedingt nach oben. Die 7A und 7B zeigen zwei verschiedene
Fälle von
Verschiebungsänderungen
des Ventilelements 4 bzw. des angekoppelten beweglichen
Elements. Die 7A und 7B sind Graphen, die die Änderungen
der Verschiebung des Ventilelements mit bzw. ohne die Blattfeder 17' in dem in 5 gezeigten Kraftstoffeinspritzventil
zeigen. Das sekundäre
Oszillationssystem, das aus dem angekoppelten beweglichen Element 13' und der Feder 17' gebildet ist,
ist so eingestellt, dass die Eigenfrequenz dieses sekundären Oszillationssystems
gleich oder nahezu gleich der Frequenz der durch den Zusammenstoß bedingten
Stoßkraft
ist. Beispielsweise ist es zweckmäßig, die Massengröße des angekoppelten
beweglichen Elements 13' und
die Federkonstante der Blattfeder 17' auf 0,3–0,5 g bzw. 100–1000 kgf/mm
einzustellen. Durch diese Einstellungen wirkt das sekundäre Oszillationssystem
als Stoßdämpfer. Das
heißt,
dass nur das angekoppelte bewegliche Element 13' durch die Stoßkraft des
Zusammenstoßes bedingt
stark nach oben prallt, was wiederum das Aufprallen des Ventilelements 4 unterdrückt.
- (e) Wenn das Ventil geschlossen gehalten ist, wird das angekoppelte
bewegliche Element 13' wieder
in Kontakt mit dem Ventilelement 4 gehalten.
-
Das
Kraftstoffeinspritzloch 2 wird durch das Aufprallen geöffnet, was
wiederum die sekundären
und tertiären
Kraftstoffeinspritzungen bewirkt. Jene zwei ungewollten Kraftstoffeinspritzungen
bewirken außerdem eine
leichte Änderung
der eingespritzten Kraftstoffmenge. Deshalb wird durch Unterdrücken des
Aufprallens eine genaue Steuerung der eingespritzten Kraftstoffmenge
möglich.
-
Die
Feder 17' wirkt
als Blattfeder, deren innerer Umfangsteil in der Ventilachsenrichtung
verschoben, d. h., gebogen wird. Eine Last von etwa 2–10 kgf
infolge der durch die Feder 12 hervorgerufenen Kraft, der Trägheitskraft
des angekoppelten beweglichen Elements 13' und so weiter wird auf die innere
Umfangsfläche der
Feder 17' ausgeübt. Wenn
keine Kerben 170 an dem inneren Umfangsteil vorhanden sind,
wird die Spannung in dem inneren Umfangsbereich infolge der oben
genannten Last sehr groß,
wodurch es schwierig wird, die Haltbarkeit der Feder 17' zu bewahren.
Wenn andererseits die Dicke der Feder 17' erhöht wird, um die Spannung zu
verringern, wird die Federkonstante der Feder 17' zu groß und geht
die Aufprallunterdrückungswirkung
verloren. Durch Vorsehen der Kerben 170 wird die in dem
inneren Umfangsbereich der Feder 17' erzeugte Spannung verringert.
Somit ist es möglich
geworden, eine Feder mit einer ge eigneten Federkonstante und einer
hohen Haltbarkeit zu schaffen, in der kein hohes Maß an Spannung
entsteht.
-
Es
gibt drei Kerben in der Blattfeder 17'. Indem ein Kontakt des angekoppelten
beweglichen Elements 13' mit
drei Teilen der Feder 17' hergestellt
wird, kann selbst dann, wenn die Feder nicht vollkommen flach ist, stets
ein stabiler Kontakt zwischen dem angekoppelten beweglichen Element 13' und der Feder 17' erreicht werden
und somit die als Entwurfswert entworfene Federkonstante genau erreicht
werden. Deshalb ist es nicht erforderlich, bei der Herstellung der
Feder 17' die
Flachheit genau zu steuern, was deren Herstellungskosten senkt.
Somit kann eine stabile Aufprallunterdrückungswirkung des Kraftstoffeinspritzventils
gemäß dieser
Ausführungsform
erzielt werden. Da die Unterstützung
des angekoppelten beweglichen Elements 13' stabil ist, neigt sich ferner
das Element kaum, was wiederum den Abrieb des Gleitabschnitts in
der inneren Oberfläche des
inneren Eisenkerns 10 verhindert.
-
Pressarbeit
ist zur Herstellung der Feder 17' bei niedrigen Kosten geeignet.
Obwohl es schwierig ist, die Flachheit der Feder 17' bei der Pressarbeit
genau zu steuern, kann diese zur Herstellung der Feder 17' angewandt werden,
weil eine genaue Steuerung der Flachheit für das Herstellen eines Kontakts
des angekoppelten beweglichen Elements 13' mit den drei Positionen der Feder 17' nicht erforderlich
ist.
-
In
dieser Ausführungsform
ist eine Führungsfläche für das angekoppelte
bewegliche Element 13' an dem
Bodenabschnitt innerhalb der Feder 17' vorhanden. Ferner gibt es einen
Abschnitt mit kleinem Durchmesser am Boden des angekoppelten beweglichen
Elements 13',
der in das innen liegende Loch der Feder 17' eingesetzt ist.
-
Demgemäß tritt
ein Zentrierfehler zwischen der Feder 17' und dem angekoppelten beweglichen
Element 13' nur
schwerlich auf, weshalb sich eine stabile Federkonstante der Feder 17' ergibt.
-
Darüber hinaus
ist es möglich,
die äußere Oberfläche des
angekoppelten Elements 13' entlang
der an der inneren Oberfläche
des beweglichen Eisenkerns 5 gebildeten Führungsflächen zu
führen.
Bei diesem Aufbau sollte ein geeignetes Material für den beweglichen
Eisenkern 5 gewählt
sein oder die innere Oberfläche des
beweglichen Eisenkerns 5 vergütet sein, um dessen Verschleißfestigkeit
zu erhöhen.
-
Ferner
ist es möglich,
das angekoppelte bewegliche Element 13' und den beweglichen Eisenkern 5 in einer
Verbundstruktur herzustellen, falls dies vom Gesichtspunkt der Stoßfestigkeit
zwischen dem angekoppelten beweglichen Element 13' und der Feder 17' oder beim Bestimmen
der Federkonstante während
des Entwurfs der Feder 17' zu
keinem Problem führt.
Dieser Aufbau senkt die Anzahl der bei der Herstellung des Kraftstoffeinspritzventils
verwendeten Teile.
-
Obwohl
das Aufprallen unterdrückt
werden kann, indem von der Viskositätswiderstandskraft des Kraftstoffs
Verwendung gemacht wird, ist eine genaue Maßsteuerung der Teile oder Abschnitte,
die den schmalen Nebendurchgang bilden, erforderlich. Da die Änderung
der Kraftstoffviskosität
infolge einer Zunahme der Kraftstofftemperatur usw. die Aufprallunterdrückungswirkung
unzuverlässig
macht, ist ferner eine Maßnahme
gegen dieses Problem erforderlich.
-
Ferner
sollte der Boden des beweglichen Elements 13', wie in 5 gezeigt ist, abgeschrägt sein,
um so die Kontaktfläche
zwischen dem angekoppelten beweglichen Element 13' und der Feder 17' zu verringern. Da
dies die Kontaktfläche,
die die Last von den oberen Teilen aufnimmt, konstant hält, kann
eine stabile Federkraft erzielt werden.
-
Ferner
sollte die Gleitreibung verringert werden, indem eine Oberflächenbearbeitung
wie etwa Abschreckhärtung,
Nitrierhärtung,
Metallisierung und so weiter wenigstens an entweder der äußeren Oberfläche des
angekoppelten beweglichen Elements 13', der inneren Oberfläche des
inneren Eisenkerns 10 oder der inneren Oberfläche des
beweglichen Eisenkerns 5 angewandt wird.
-
Außerdem sollte
die Gleitreibung verringert werden, indem eine Oberflächenbearbeitung
wie etwa Abschreckhärtung,
Nitrierhärtung,
Metallisierung und so weiter an den Stoßflächen des angekoppelten beweglichen
Elements 13' und/oder
den Stoßflächen der
Feder 17' angewandt
wird.
-
Ein
Beispiel des Aufprallunterdrückungsprozesses
ist in 6 und 7 gezeigt, wobei in Abhängigkeit
von der Federlast und den Formen des Kraftstoffdurchlasses, dem
Magnetkreis, dem Anschlag usw. andere Prozesse möglich sind. Beispielsweise
lässt es
sich einrichten, dass sich das Ventilelement 4 dann, wenn die
elektromagnetische Kraft während
des Zustands bei geöffnetem
Ventil unterbrochen ist, von dem angekoppelten beweglichen Element 13' trennt und
mit dem Ventilsitz 3 zusammenstößt, wobei zwischen dem Ventilelement 4 und
dem angekoppelten beweglichen Element 13' ein sehr kleiner Spalt bestehen
bleibt. Wenn das Ventilelement 4 in dieser Situation von
dem Ventilsitz 4 zurückprallt,
wird das Aufprallen unterdrückt,
weil das angekoppelte bewegliche Element 13' nach einer kurzen Zeitverzögerung mit
dem Ventilelement 4 zusammen stößt.
-
Obwohl
die Eigenfrequenz des aus dem angekoppelten beweglichen Element 13' und der Feder 17' gebildeten
sekundären
Oszillationssystems auf eine Frequenz in der Nähe der Frequenz der Stoßkraft eingestellt
werden sollte, kann die Eigenfrequenz des Oszillationssystems selbst
dann, wenn sie keine Frequenz in der Nähe der Frequenz der Stoßkraft ist,
auf eine solche Frequenz eingestellt werden, dass das Aufprallen
des Ventilelements 4 unterdrückt wird.
-
Ferner
kann die Reibungskraft zwischen dem angekoppelten beweglichen Element 13' und dem inneren
Eisenkern 10 als Dämpfungskraft
zur Aufprallunterdrückung
genutzt werden. Bei diesem Aufbau ist die Feder 17' nicht unbedingt
erforderlich.
-
Wenn
die Abnahme der Viskosität
des Kraftstoffs kein ernstes Problem darstellt, kann die Viskositätswiderstandskraft
des Kraftstoffs zwischen der äußeren Oberfläche des
angekoppelten beweglichen Elements 13' und der Innenwandfläche des
inneren Eisenkerns 10 für
die Aufprallunterdrückung
genutzt werden. Da es möglich
ist, das angekoppelte bewegliche Element 13' durch Ausnutzung des Kraftstoffdurchlassraums
innerhalb des inneren Eisenkerns 10 größer zu machen, kann eine größere und
stabile auf dem Kraftstoff basierende Viskositätswiderstandskraft erzielt
werden. Bei diesem Aufbau ist die Feder 17' nicht unbedingt erforderlich.
-
Im
Folgenden wird mit Bezug auf 8 und 9 ein weiteres Beispiel
des Aufprallunterdrückungsprozesses
erläutert.
-
8 zeigt den Aufprallunterdrückungsprozess
durch Darstellung der Bewegungen des Ventilsitzes 3, des
Ventilelements 4, der Feder 12 und des angekoppelten
beweglichen Elements 13' im Übergangszustand,
der vom Diagramm (a), das den Zustand bei geschlossenem Ventil zeigt,
bis zum Diagramm (e), das den Zustand bei geöffnetem Ventil zeigt, gezeigt
ist.
-
- (a) Wenn das Ventil geschlossen gehalten ist,
wird das Ventilelement 4 durch die Federkraft gegen den
Ventilsitz 3 gedrückt.
- (b) In dem Ventilbewegungszustand werden das Ventilelement 4 und
das angekoppelte bewegliche Element 13' durch die die elektromagnetische
Kraft nach oben bewegt.
- (c) Das Ventilelement 4 stößt gegen den Anschlag 9.
- (d) Unmittelbar nach dem Zusammenstoß springt das angekoppelte
bewegliche Element 13' infolge
der Trägheitskraft
nach oben. Da das Ventilelement 4 vorübergehend von dem angekoppelten
beweglichen Element 13' getrennt
ist und die das Ventilelement 4 zurückwerfende Federkraft verschwindet,
wird das Aufprallen unterdrückt.
- (e) Wenn das Ventil offen gehalten ist, ist das angekoppelte
bewegliche Element 13' wieder
in Kontakt mit dem Ventilelement 4.
-
Die 7A und 7B zeigen zwei verschiedene Fälle von
Verschiebungsänderungen
des Ventilelements 4 bzw. des angekoppelten beweglichen
Elements 13'.
Die 9A und 9B sind Graphen, die die Änderungen
der Verschiebung des Ventilelements mit bzw. ohne die Blattfeder 17' in dem in 5 gezeigten Kraftstoffeinspritzventil
zeigen. In 9A ist zu
sehen, dass am Ende des Hubs ein starker Aufprall durch das Ventilelement 4 erfolgt.
Anderseits wird in dem Kraftstoffeinspritzventil 100' mit dem angekoppelten
beweglichen Element 13' das
Aufprallen des Ventilelements 4 gedämpft oder vollständig verhindert,
wie in 9B gezeigt ist.
-
Tp
in den 9A und 9B gibt das Zeitintervall
der Unterbrechung der elektromagnetischen Kraft zum Auslösen der
Bewegung des Ventilelements von der geschlossenen Position in die
geöffnete
Position an. Wenn es erforderlich ist, mit einer einzigen Einspritzung
eine kleine Kraftstoffmenge einzuspritzen, wird Tp verkürzt. Bei
einem herkömmlichen
Kraftstoffeinspritzventil bewegt sich das Ventilelement 4,
wenn Tp wesentlich verkürzt
wird, während
des Aufprallens in Richtung des Ventilsitzes 3.
-
In 9A, wenn die elektromagnetische
Kraft zum Zeitpunkt t1 für
Tp, zu dem das Ventilelement 4 eine negative Geschwindigkeit
besitzt, unterbrochen wird, ändert
sich die Verschiebung des Ventilelements 4, wie durch die
gestrichelte Linie A gezeigt ist, wobei die Zeit, bis das Ventilelement 4 die
geschlossene Position erreicht, verkürzt wird. Wenn umgekehrt die
elektromagnetische Kraft zum Zeitpunkt t2 für Tp, zu dem das Ventilelement 4 eine
positive Geschwindigkeit besitzt, unterbrochen wird, ändert sich
die Verschiebung des Ventilelements 4, wie durch die gestrichelte
Linie B gezeigt ist, und, da eine Zeit für das Ändern der Geschwindigkeit des
Ventilelements 4 von positiv zu negativ erforderlich ist,
vergeht eine längere
Zeit, bis das Ventilelement 4 die geschlossene Position
erreicht.
-
Das
Aufprallen erfolgt nicht immer in der gleichen Weise, sondern die
Periode oder die Amplitude des Aufpralls ändern sich stets. Demgemäß ist selbst
dann, wenn die elektromagnetische Kraft mit dem gleichen Tp unterbrochen
wird, die Geschwindigkeit des Ventilelements 4 stets verschieden.
Deshalb kann die Zeit, bis das Ventil geschlossen ist, variieren,
was wiederum eine leichte Änderung
der eingespritzten Kraftstoffmenge bewirken kann.
-
Andererseits
kann gemäß dieser
Ausführungsform
das Ventilelement 4 auf Grund dessen, dass der Aufprall
minimal ist oder vollständig
verhindert wird, wie in 9B gezeigt
ist, stets aus dem Nullgeschwindigkeitszustand heraus in Richtung
der geschlossenen Position starten, wobei die Zeit, bis das Ventil
geschlossen ist, konstant ist. Da die bei gleichem Tp eingespritzte
Kraftstoffmenge konstant ist, wird es möglich, die eingespritzte Kraftstoffmenge
genau zu steuern.
-
Obwohl
die Feder 17' aus
einem metallischen Material gefertigt sein sollte, kann für die Feder 17' ein Harz verwendet
werden, falls die Haltbarkeit garantiert ist. Harz ist vorteilhaft,
wenn die Federkonstante auf einen vergleichsweise kleinen Wert eingestellt
wird.
-
Die
durch das in 1 gezeigte
Kraftstoffeinspritzventil 100 erzielten Wirkungen sind
dieselben, die durch das in 5 gezeigte
Kraftstoffeinspritzventil 100' erzielt werden.
-
Im
Folgenden wird mit Bezug auf 10 eine
weitere Ausführungsform
der Feder 17 erläutert.
Indem ein Abschnitt mit kleinerem Außendurchmesser (ein verengter
Abschnitt) 17'' an dem Bodenteil
des angekoppelten beweglichen Elements 13'' vorgesehen
ist, wird die Steifigkeit des Bodenteils verringert, wodurch ihm eine
federähnliche
Eigenschaft verliehen wird. Beim Versuch, die Verschlechterung der
magnetischen Eigenschaft des beweglichen Eisenkerns 5 infolge
der verbleibenden Bearbeitungsspannung, die durch die Bearbeitung
des Kerns 5, um einen Federabschnitt in dem Kern 5 zu
schaffen oder ein Federelement an dem Kern 5 anzubringen,
hervorgerufen wird, zu vermeiden, sollte der in dem Bodenteil des
angekoppelten beweglichen Element 13'' verengte
Abschnitt 17'' als Feder verwendet
werden. In dieser Ausführungsform
ist außerdem
ein Abschnitt 61 mit großem Durchmesser unter dem verengten
Abschnitt 17'' gebildet, um
so die Stoßfläche zwischen
dem angekoppelten beweglichen Element 13'' und
dem Ventilelement 4 zu vergrößern (die Oberseite der Stange 6).
In dieser Weise kann der auf die Bodenfläche des angekoppelten beweglichen
Elements 13'' und die Oberseite
der Stange 6 ausgeübte
Stoßdruck
verringert werden, was wiederum einen Stoßabrieb verhindert. Wenn der
Stoßabrieb
durch andere Maßnahmen
verhindert werden kann, ist der Abschnitt mit großem Durchmesser
des angekoppelten beweglichen Elements 13'' nicht
erforderlich.
-
Im
Weiteren wird mit Bezug auf 11 eine
weitere Ausführungsform
der Feder 17 erläutert.
In dieser Ausführungsform
ist der Federabschnitt 17''' auf einem Unterstützungsteil 63 und
einem verformten Teil 62 gebildet. Der verformte Teil 62 wird
in Bezug auf den Unterstützungsteil 63,
der als Drehpunkt dient, gebogen. Somit arbeitet der verformte Teil 62 als
Feder. Wenn der Aufbau aus einer Feder mit einer kleinen Federkonstante
durch Annahme der in 10 gezeigten
Struktur der Feder 17'' unter Anwendung
der Druckverformung versucht wird, ist es in manchen Fällen unvermeidlich,
dass der Abschnitt mit kleinem Durchmesser zu dünn wird und die erforderliche
Festigkeit nicht gewährleistet
werden kann. Andererseits ist es in dieser Ausführungsform auf Grund dessen,
dass die Feder 17''' eine durch Biegeverformung bedingte
Kraft verwendet, möglich,
eine vergleichsweise kleine Federkonstante zu schaffen und dennoch
die erforderliche Dicke zu gewährleisten.
-
Außerdem ist
durch Vorsehen eines konvexen Abschnitts 20 und eines konkaven
Abschnitts in dem oberen Teil des Ventilelements 4 (dem
oberen Teil der Stange 6) und dem unteren Teil des angekoppelten
beweglichen Elements 13''' ein Kraftstoffdämpferbereich 22 zwischen
den konvexen und den konkaven Abschnitten 20 und 21 gebildet.
Während
des Betriebs des Ventils kann das angekoppelte bewegliche Element 13''', vom
Ventilelement 4 getrennt, nach oben springen und dann gegen
das Ventilelement 4 stoßen und dadurch das Aufprallen
hervorrufen. Da in dieser Ausführungsform
der Kraftstoff innerhalb des Kraftstoffdämpferbereichs 22 durch
den schmalen Durchgang 23 geht, wirkt die Viskositätswiderstandskraft
des Kraftstoffs, wenn das angekoppelte bewegliche Element 13''' gegen
das Ventilelement 4 stößt, als
Dämpfungskraft.
Demgemäß kann das
durch das erneute Zusammenstoßen
des angekoppelten beweglichen Elements 13''' und des Ventilelements 4 bedingte
Aufprallen gedämpft
werden. Jedoch ist dieser Kraftstoffdämpferbereich 22 nicht
unbedingt erforderlich und nur auf besonderen Bedarf hin vorgesehen.
-
Im
Weiteren wird mit Bezug auf 12 eine
weitere Ausführungsform
der Feder 17 erläutert.
In dieser Ausführungsform
weist die kreisförmige
Bodenfläche
des angekoppelten beweglichen Elements 13'''' eine konvexe Oberfläche auf,
während
die Oberseite der Stange 6 des Ventilelements 4 eine
flache Oberfläche
aufweist. Bei den oben genannten Formen kann auf Grund des hertzschen
Kontakts eine Federfunktion erhalten werden. Gemäß dieser Ausführungsform
sind auf Grund dessen, dass das angekoppelte bewegliche Element 13'''' das Ventilelement 4 in
Linienkontaktweise kontaktiert, sowohl das Element 13'''' als auch das
Ventilelement 4 am Umfang gleichmäßiger miteinander in Kontakt,
als wenn sich das Element 13'''' und
das Ventilelement 4 in einer Flächenkontaktweise kontaktieren
würden.
Somit ist die Änderung
der Federkraft gering und kann eine stabile Aufprallunterdrückungswirkung
erzielt werden.
-
Bei
der in 13 gezeigten
Struktur wird der Zentrierfehler der Federeinstellvorrichtung 11 durch
die Drehung einer Kugel 64 aufgefangen, so dass die Feder 12 und
die Komponenten unterhalb der Feder 12 nicht beeinflusst
werden. Außerdem
sind nun ein Kraftstoffauslass 65 und ein Kraftstoffnebendurchlass 66 enthalten,
so dass die Kugel 64 den Kraftstoffdurchgang nicht verschließt.
-
In
der in 14 gezeigten
Ausführungsform
ist am Boden der Federeinstellvorrichtung 11 zur Verhinderung
des Zentrierfehlers zwischen der Federeinstellvorrichtung 11 und
der Feder 12 anstelle der in 13 gezeigten
Kugel 64 ein Zentrierfehler verhindernder Teil 67,
der einen in die Feder 12 über dem angekoppelten beweglichen
Element 13 eingesetzten Vorsprungsteil besitzt, angebracht.
Der Zentrierfehler verhindernde Teil 67 und die Federeinstellvorrichtung 11 sind
in einer Verbundstruktur hergestellt oder der Zentrierfehler verhindernde
Teil 67 ist an der Federeinstellvorrichtung 11 angeschweißt. In dieser
Ausführungsform
kann ein Kraftstoffdurchlass, der entlang der Achse in den Zentrierfehler
verhindernden Teil 67 führt,
enthalten sein.
-
Im
Folgenden wird mit Bezug auf 15 eine
Brennkraftmaschine einer Ausführungsform,
die die Kraftstoffeinspritzventile gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet, erläutert.
-
Die
Brennkraftmaschine 1000 enthält mehrere Zylinder 1002,
wobei jeder Zylinder 1002 auch einen Kolben 1001,
ein Luftansaugventil 1003, eine Zündkerze 1005 und ein
Kraftstoffeinspritzventil 100 enthält. Das Luftansaugventil wird
synchron mit der Hin- und Herbewegung des Kolbens 1001 geöffnet und
geschlossen, wobei Ansaugluft in jeden Zylinder 1002 eingeführt wird.
Von einem aus einem Kraftstoffbehälter, Pumpen und so weiter
gebildeten Kraftstoffzufuhrsystem, das in dieser Figur nicht gezeigt
ist, wird dem Kraftstoffeinspritzventil 100 Kraftstoff
zugeführt.
Von einer Motorsteuereinheit 1007 und einer Kraftstoffeinspritzventil-Antriebsschaltung 1008 wird
dem Kraftstoffeinspritzventil 100 Strom zugeführt, wobei
die Kraftstoffeinspritzung im Weiteren dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1000 entsprechend
ausgeführt
wird. Eine Mischung aus Ansaugluft und Kraftstoff wird durch die
Zündkerze 1005 gezündet und
verbrannt. Durch Öffnen
eines Abgasventils 1004 wird Gas, das durch diesen Prozess
erzeugt wird, ausgestoßen,
Durch Herstellen einer Brennkraftmaschine mit einem elektromagnetischen
Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden
Erfindung kann auf Grund dessen, dass die eingespritzte Kraftstoffmenge
genau gesteuert werden kann, eine Brennkraftmaschine ausgeführt werden,
deren Kraftstoffverbrauch, Motorleistung und Abgaseigenschaften
ausgezeichnet sind.
-
Zusätzlich können, obwohl
eine elektromagnetische Kraft als Mittel, die das Ventilelement 4 längs der Achse
antreibt, verwendet wird, andere Antriebsmittel die gleichen Wirkungen
wie jene, die mittels elektromagnetischer Kraft erzielt werden,
erreicht werden. Beispielsweise kann ein Antriebsmittel zum Antreiben
des Ventilelements 4 längs
der Achse durch Verwendung des Kraftstoffdrucks zur Schaffung einer
Druckdifferenz zwischen der oberen und der unteren Seite des Ventilelements 4 für das Kraftstoffeinspritzventil
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden.
-
Obwohl
der Bewegungsbereich längs
der Achse des Ventilelements 4 durch den Anschlag 9 festgelegt ist,
werden dann, wenn der Bewegungsbereich des Ventilelements 4 durch
die Bodenfläche
des inneren Eisenkerns 10 eingeschränkt ist, natürlich die
gleichen Wirkungen wie in den obigen Ausführungsformen erzielt.