DE3888468T2

DE3888468T2 - Elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzventil.

Info

Publication number: DE3888468T2
Application number: DE3888468T
Authority: DE
Inventors: Marco Alfredo Ganser
Original assignee: Ganser Hydromag AG
Current assignee: Ganser Hydromag AG
Priority date: 1987-12-02
Filing date: 1988-11-12
Publication date: 1994-09-29
Anticipated expiration: 2008-11-13
Also published as: DE3856031D1; ATE103038T1; DE3855969D1; DE3855969T2; EP0571003A2; EP0318743B1; DE3856031T2; US4946103A; EP0318743A1; JP2539675B2; EP0571003A3; JPH01290960A; EP0571001A3; DE3888468D1; EP0571001B1; EP0571001A2; EP0571003B1

Description

Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzventil für Verbrennungskraftmaschinen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Brennstoffeinspritzventil ist besonders geeignet für die direkte Einspritzung bei hohem Brennstoffdruck in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine

Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung

Unterschiedliche Konstruktionen von Brennstoffeinspritzventilen dieser Art mit elektromagnetischer Steuerung des Einspritzventilgliedes sind bekannt und werden im speziellen in EP-A-0 196 265 und beispielsweise auch in den folgenden Schriften offenbart: US-A-2,881,980, US-A- 3,610,529, US-A-4,566,416 und in EP-A-0 228 578. Diese bekannten Brennstoffeinspritzventile sind unhandlich, entweder wegen den Abmessungen des Brennstoffeinspritzventils und/oder wegen der besonderen Bauart der für die elektromagnetische Steuerung des Einspritzventilgliedes verantwortlichen Elemente. Falls diese bekannten Brennstoffeinspritzventile bei kleinen Verbrennungskraftmaschinen verwendet werden, wie bei Personenwagenmotoren, stellt diese Sperrigkeit einen wesentlichen Nachteil dar. Zusätzlich sind die obengenannten, relativ auf wendigen Brennstoffeinspritzventilkonstruktionen teuer in der Herstellung. Diese Tatsache spielt in Anwendungen bei kleinen Verbrennungskraftmaschinen eine sehr wichtige Rolle.
Es ist nun das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffeinspritzventil der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das eine einfache und kompakte Konstruktion aufweist, und welches in einer kostensparenden Weise produziert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 realisiert.
Das Brennstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine kompakte, platzsparende Konstruktion auf, da die Führung des Schaftes des Pilotventils innerhalb des Magnets angebracht ist und das Endstück dieses Schaftes, zusammen mit dem Anker, welcher Bestandteil des Schaftes ist, in einem Raum untergebracht sind, der von Elementen gebildet wird, die zugleich zur Übertragung der hydraulischen Kräfte des im Steuerraum unter Druck stehenden Brennstoffs an das Brennstoffeinspritzventilgehäuse dienen.
Eine Ausführungsform des Brennstoffeinspritzventils der vorliegenden Erfindung wird nun zusammen mit den Zeichnungen beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Längsschnitt eines elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzventils nicht gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ist ein partieller Längsschnitt der Konstruktion des Magnets und des Pilotventils des Brennstoffeinspritzventils von Fig. 1, und
Fig. 3 ist ein partieller Längsschnitt der Konstruktion des Magnets und des Pilotventils eines Brennstoffeinspritzventils gemäß der vorliegenden Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Ausführungsform

Zunächst werden die Fig. 1 und 2 beschrieben, welche ein Brennstoffeinspritzventil darstellen, dessen Konstruktion nicht jener der vorliegenden Erfindung entspricht, damit das in Fig. 3 gezeigte, erfindungsgemäße Konzept besser verständlich wird.
Ein Brennstoffeinspritzventil nicht gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 1 mit der Nummer 10 bezeichnet. Das Brennstoffeinspritzventil 10 wird in einem (nicht gezeigten) Brennstoffeinspritzsystem verwendet, um unter Druck stehenden Brennstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine einzuspitzen.
Der von einer Druckpumpe (nicht gezeigt) geförderte, unter Druck stehende Brennstoff gelangt ins Ventilgehäuse 14 durch einen Durchgang 12, welcher mit einem Raum oder Kammer 16 verbunden ist, der im Ventilgehäuse 14 ausgebildet ist, in dem eine Düsennadel 18 untergebracht ist. Die Düsennadel 18 erstreckt sich nach unten in einen Durchgang 20 in einer Düsenspitze 58 bis zu einem Ventilsitz 22. Wie in Fig. 1 gezeigt, sitzt die Düsennadel 18 auf dem Ventilsitz 22 und versperrt folglich den Brennstoffdurchgang vom Brennstoffeinspritzventil 10 durch die Einspritzbohrungen 24 in den Brennraum der dazugehörigen Verbrennungskraftmaschine (nicht gezeigt). Die Einspritzbohrungen 24 sind in der Busenspitze 58 angefertigt. Die Düsenspitze 58 wird von einer Spannmutter 56 an eine Fläche 14a des Ventilgehäuses 14 angedrückt, um Brennstoffleckage vom Raum 16 zur Außenseite des Brennstoffeinspritzventils 10 zu verhindern.
Am oberen Teil weist die Düsennadel 18 einen Nadelkolben 26 mit zwei Teilstücken 28 und 30 mit unterschiedlichen Außendurchmessern auf. Das Teilstück 28 mit dem kleineren Außendurchmesser wird in enger Gleitpassung in einer Führung 28a des Ventilgehäuses 14 geführt. Die enge Passung zwischen der Führung 28a und dem Teilstuck 28 des Nadelkolbens 26 vermindert stark die Brennstoffleckage vom Hochdruckteil 16 des Brennstoffeinspritzventils 10 in eine oben angrenzende Niederdruckzone 42.
Der Nadelkolben 26 mit zwei Teilstücken 28 und 30 mit unterschiedlichem Außendurchmesser ist fest mit der Düsennadel 18 verbunden, entweder weil der Nadelkolben 26 zusammen mit der Düsennadel 18 ein Werkstück bilden, oder durch Zusammenpressen oder Schweißen der Teile, wie in Fig. 1 gezeigt wird. Im Inneren des Nadelkolbens 26 mit zwei Teilstücken 28 und 30 ist eine Bohrung 32 vorhanden, welche an einem Ende mittels einer Querbohrung 33 mit dem Raum 16 des Brennstoffeinspritzventils 10 verbunden ist. Am anderen Ende mündet die Bohrung 32 in einer viel kleineren Bohrung oder Drossel 34. Die Drosselbohrung 34 erstreckt sich bis zur oberen Endfläche des dickeren Teilstücks 30 des Nadelkolbens 26. Das dickere Teilstück 30 führt auf seinem Außendurchmesser ein Element 36 mittels einer Führung 30a mit enger Gleitpassung. Das Element 36 ist im oberen Teil bis auf eine Drosselbohrung 38 geschlossen. Im Inneren bildet das Element 36, zusammen mit dem dickeren Teilstück 30 des Nadelkolbens 26, einen kleinen Raum oder Kammer 40. Beide Drosselbohrungen 34 und 38 sind axial ausgerichtet und erstrecken sich in Richtung der Längsachse 8 des Brennstoffeinspritzventils 10.
Ein Pilot- oder Solenoidventil 46 beinhaltet einen Ventilschaft 60 aus hartem Material und einen Anker aus elektromagnetischem Weicheisen, welcher fest verbunden ist mit dem Ventilschaft 60. Wie in Fig. 1 gezeigt wird, schließt das Pilotventil 46, welches mittels eines Solenoids 44 betätigt werden kann, den Auslaß der Drosselbohrung 38 und verhindert den Brennstoffdurchfluß durch die Drosselbohrung 38 in die benachbarte Niederdruckregion 42. Das zylindrische Element 36 wird von der wegen des Brennstoffdruckes im kleinen Raum 40 hervorgerufenen Kraft gegen eine ebene Kontaktfläche 48a eines Werkstückes 48 gedrückt. Das Werkstück 48 bestimmt, zusammen mit weiteren Elementen, die im Brennstoffeinspritzventil 10 eingebaut sind, die axiale Lage des zylindrischen Elementes 36. Eine wichtige Eigenschaft ist, daß das zylindrische Element 36 nur vom dickeren Teilstück 30 des Nadelkolbens 26 geführt wird und an seinem Umfang ungeführt ist. Dies ermöglicht eine im wesentlichen leckagefreie, dichte Bauweise sowie eine ungehinderte axiale Bewegung der Düsennadel 18 während dem Einspritzvorgang. Falls das Element 36 auch an seinem Umfang geführt werden müßte, würde der Nadelkolben 26 entweder klemmen oder zumindest würden unerwünscht hohe Reibungskräfte entstehen, falls nicht alle für die Dichtheit erforderlichen engen Passungen exakt konzentrisch zueinander waren.
Das Werkstuck 48 kann senkrecht zur Longitudinalachse 8 des Brennstoffeinspritzventils 10 verschoben werden. Dies ermöglicht die Einstellung des freien Weges des Pilotventils 46.
Die vom zylindrischen Element 36 an das Werkstück 48 übertragene, axiale hydraulische Kraft wird von einem Führungsteil 50 mittels der Kontaktflächen 50a und 44a an den Solenoid 44 über tragen. Diese wegen des Brennstoffdruckes im kleinen Raum 40 resultierende Axialkraft wird mittels der Kontaktfläche 52a vom Solenoid 44 an die Solenoid-Rückhaltemutter 52 übertragen. Schlußendlich übertragt ein Gewinde 54a der Solenoid Rückhaltemutter 52 die Axialkraft an das dazugehörige Gewinde 54b des Ventilgehäuses 14. Der wegen dem Brennstoffdruck resultierende axiale Kraftflußweg wird von der Spannmutter 56, der Düsenspitze 58 und der Düsennadel 18 geschlossen.
Der Solenoid 44 und der Anker 62 bestehen aus einem elektromagnetischen Weicheisenwerkstoff. Die elektromagnetischen Eigenschaften (Magentisierbarkeit und dynamisches Verhalten) werden von mechanischen Spannungen (Materialspannungen) herabgesetzt. Diese Tatsache würde das Verhalten des Solenoids 44 und folglich des Solenoidventils 46 negativ beeinflussen, falls der Solenoid 44 ohne vorbeugende Maßnahmen zur Übertragung der vom Brennstoffdruck im kleinen Raum 40 resultierenden Axialkraft herangezogen würde.
Die Ursache, weswegen der Solenoid 44 ohne Beeinträchtigung seiner Funktionsweise als Element zur Kraftübertragung benützt werden kann, wird während der Beschreibung von Fig. 2 ersichtlich werden, wo die Konstruktion des Solenoids 44 im einzelnen erläutert wird. Trotzdem ist auch aus Fig. 1 ersichtlich, daß die Kontaktflächen 44a und 52a in einem radialen Abstand von der Langsachse 8 angeordnet sind, der wesentlich größer ist als der Radius des Ankers 62. Zusammen mit der inneren Auslegung des Solenoids 44 ermöglicht diese Tatsache, daß der Solenoid 44 beide Aufgaben sowohl als rasch reagierendes Element als auch als Glied zur Übertragung der vom Brennstoffdruck im kleinen Raum 40 resultierenden axialen Druckkraft erfüllen kann.
In einer Seitenbohrung 66 des Injektorgehäuses 14 und des Führungsteils 50 befindet sich eine Pilotventilfeder 68, welche als Biegefeder mit der Form eines runden Biegebalkens ausgeführt ist, der sich durch eine im Schaft 60 des Pilotventils 46 befindliche Bohrung 70 erstreckt und seine elastische Rückstellkraft auf die Unterseite dieser Bohrung 70 überträgt. Die Vorspannkraft der Pilotventilfeder 68 kann durch Bewegung beider Enden der Feder 68 mittels zweier geschlitzter Stifte 72 eingestellt werden. Jeder der Stifte 72 wird in einer Bohrung 72a des Injektorgehäuses 14 geführt. Eine auf dem Unterteil des Gewindes 54b des Injektorgehäuses 14 geschraubten Einstellmutter 74 wird zur Bestimmung der axialen Lage der zwei Stifte 72 benützt und dient folglich zur Einstellung der Rückstellkraft an den Ventilschaft 60. Die Einstelloperation kann mit gänzlich zusammengebautem Brennstoffeinspritzventil 10 ausgeführt werden.
Die Einstellmutter 74 und die Solenoid-Rückhaltemutter 52 sind mit geschlitzen Zungen 76a und 76b versehen. Die geschlitzte Zunge 76b der Einstellmutter 74 ist an ihrer Innenseite mit einem gleichen Gewinde wie das der Einstellmutter 74 versehen. Sind die gewünschten Beträge des maximalen Düsennadelhubes H und der Rückstellkraft der Pilotventilfeder 68 eingestellt, kann die Lage der Solenoid Rückhaltemutter 52 und der Einstellmutter 74 mit einer Klemme 78 sowie elastischer Deformation und Pressen der geschlitzten Zungen 76a und 76b aneinander und an das Gewinde 54b des Brennstoffeinspritzventilgehäuses 14 blockiert werden. Folglich wird damit nach der richtigen Einstellung des Brennstoffeinspritzventils eine unerwünschte Drehung der Muttern 52 und 74 verhindert.
Das Brennstoffeinspritzventil 10 ist zusätzlich mit einem Seitendeckel 80 versehen, der zum Ein- oder Ausbau der Pilotventilfeder 68 weggenommen werden kann, sowie mit einem Stift 81, der eine Drehung des Führungsteils 50 verhindert. Drei O-Ringe 82a, 82b und 84 dichten den Niederdruckteil 42 des Brennstoffeinspritzventils 10 ab. Ein Brennstoffrücklaufteil 88 ermöglicht es, Brennstoff niedrigen Druckes vom Niederdruckteil 42 zum Brennstofftank zurückzuführen (nicht gezeigt). Diesbezüglich werden zusätzliche Einzelheiten zusammen mit Fig. 2 beschrieben. Zwei Stecker 86a und 86b, welche die Enden der Spule des Solenoids 44 darstellen, sind die Stecker zum Anschluß des Solenoidtreibers (nicht gezeigt).
Die Funktionsweise des Brennstoffeinspritzventils 10 ist wie folgt:
Wird zu einem bestimmten Zeitpunkt der Solenoid 44 von einem elektrischen Impuls von vorbestimmter Dauer eingeschaltet, wird das Pilotventil 46 betätigt und der Pilotventilschaft 60 wird von seinem Sitz wegbewegt, wodurch der Auslaß der Drosselbohrung 38 geöffnet wird. Auf gleiche Weise wie in der EP-A-0 228 578 erläutert, fällt der Druck im kleinen Raum 40 abrupt ab. Der auf die Unterseite des unteren Teilstücks 28 mit dem kleineren Außendurchmesser des Düsennadelkolbens 26 wirkende Brennstoffdruck kann nun die Düsennadel 18 in ihre geöffnete Stellung verschieben womit der Einspritzvorgang durch Entlastung von Brennstoff über den Sitz 22 und durch die Einspritzbohrungen 24 beginnt.
Wird der elektrische Impuls an den Solenoid 44 beendet, wird das Pilotventil 46 mittels der Rückstellfeder 68 rasch auf seinen Sitz am Auslaß der Drosselbohrung 38 zurückgeschoben. Der Druck im kleinen Raum 40 wird abrupt ansteigen. Die Differenzfläche zwischen dem oberen, größeren Kolben 30 und dem unteren, kleineren Kolben 28 bewirkt, daß die Düsennadel 18 zu jedem Zeitpunkt rasch geschlossen und folglich der Einspritzvorgang beendet wird.
Die Elemente 48, 50 und 52 sowie der Solenoid 44 werden zur Übertragung der vom Brennstoffdruck im kleinen Raum 40 resultiereden Axialkraft und zur Weiterleitung dieser Kraft an das Gehäuse 14 benützt. Dabei muß sichergestellt sein, daß die Kontaktflächen 48a, 50a, 44a und 52a keine Querkräfte bewirken, welche an die Fuhrung 30a des oberen Kolbens der Düsennadel 18 übertragen werden. Falls eine oder mehrere der Oberflächen 48a, 44a und 52a nicht genau senkrecht zur Längsachse 8 des Brennstoffeinspritzventils sind, oder falls die Führung 28a für das untere Teilstuck des Nadelkolbens 26 mit der Bohrung 64 nicht ausgerichtet ist, können unerwünscht hohe Reibungskräfte bei den Führungen 28a und 30a den zuverlässigen und wiederholbaren Betrieb der Düsennadel 18 behindern. Dieses Problem wird gelöst, falls wenigstens eine der Kontaktflächen 44a oder 52a leicht sphärisch ausgebildet ist, so daß ein geringfügiger Fluchtungsfehler kompensiert werden kann. Beispielsweise könnte die Kontaktfläche 52a zwischen dem Solenoid 44 und der Solenoid-Rückhaltemutter 52 leicht sphärisch sein.
Fig. 2 zeigt die Einzelheiten der Konstruktion des Solenoids 44, des Ankers 62 und des Oberteils des Schaftes 60 des Pilotventils 46.
Der Solenoid 44 besteht aus einem runden Körper 122 und aus einer Statorplatte 124. Die Statorplatte ist in einer Bohrung 124a in einem Außenteil 126 des Körpers 122 eingepaßt, welcher die Lage der Statorplatte 124 radial mittels seiner Bohrung 124a und axial mittels einer Schulter 128 bestimmt. Eine Spule 130 ist auf einen Spulenkörper aus Kunststoff gewickelt und befindet sich im Ringraum, welcher von den Innenflächen des Körpers 122 und von der Statorplatte 124 gebildet wird. Die beiden elektrischen Anschlüsse 86a und 86b der Spule 130 ragen über die zwei Bohrungen 134a und 134b auf der Rückseite des Körpers 122 hinaus. Ein runder Innenteil 138 des Solenoidkörpers 122 erstreckt sich durch eine mittlere Bohrung 136 der Statorplatte 124. Ein O-Ring dichtet den Ringraum, in dem sich die Spule 130 befindet, von dem im Raum 142 vorhandenen Brennstoff ab. Der Raum 142 wird mittels einer Bohrung 144 und weiterer Durchgänge von großem Querschnitt verglichen mit dem Querschnitt der zwei Drosselbohrungen 34 und 38, mit der Niederdruckzone 42 verbunden (siehe auch in Fig. 1).
Die dem Raum 142 und dem Anker 62 zugewandte Seite der Statorplatte 124 ist im wesentlichen flach und befindet sich in derselben Ebene wie die vordere Oberfläche des runden Innenteils 138 des Solenoidkörpers 122. Der Außendurchmesser des Ankers 62 ist wesentlich kleiner als der Umfangdurchmesser 146 des Solenoidkörpers 122. Zwei Polflächen 150 und 148 werden gebildet zwischen der Oberfläche des runden Innenteils 138 und dem inneren Teilstück des Ankers 62 (erste Polfläche 150) sowie zwischen dem äußeren Teilstück des Ankers 62 und dem inneren Teilstück der Statorplatte 124 (zweite Polfläche 148). Die zwei Polflächen 148 und 150 sind ringförmig und haben im wesentlichen eine gleich große Oberfläche. Verglichen mit der Oberfläche jeder einzelnen der beiden Polflächen 148 oder 150 ist die Querschnittsfläche des Außenteils 126 des Solenoidkörpers 122 sowie des Außenrandes der Statorplatte 124 wesentlich größer.
Um eine sehr rasche Bewegung des Pilotventils 46 unmittelbar nach dem Einschalten oder Ausschalten des elektrischen Stromes der Spule 130 zu ermöglichen, müssen das Pilotventil 46 und demzufolge der Anker 62 eine sehr kleine Masse besitzen und gleichzeitig muß das elektromagnetische Material der Polflächen 148 und 150 gesättigt werden, um die größtmögliche elektromagnetische Kraft mit der kleinstmöglichen Masse des Ankers 62 zu erzielen. Die vorgeschlagene Konstruktion bewirkt eine Konzentration des elektromagnetischen Flusses bei den Polflächen 148 und 150 sowie auch in den Teilstücken des elektromagnetischen Kreises, die frei sind von mechanischen Spannungen. Diese Teilstücke sind: der Anker 62, der runde Innenteil 138 des Solenoidkörpers 122 und das innere Teilstück der Statorplatte 124.
Da die maximale Dichte des elektromagnetischen Flusses an den Polflächen 148 und 150 erreicht wird, da der Gesamtfluß in jedem Querschnitt des elektromagnetischen Kreises konstant ist und da die Querschnittsfläche des Außenteils 126 des Solenoidkörpers 122 sowie der Außenrand der Statorplatte 124 verglichen mit der Oberfläche einer Polfläche 148 oder 150 wesentlich größer sind, wird die Flußdichte in diesen Teilstücken viel geringer sein. Wegen dieser Tatsache beeinflussen mechanische Spannungen im Außenteil 126 die Leistung des Solenoids 44 nicht.
Folglich kann der Außenteil 126 des Solenoidkörpers 122 zur Übertragung der Kräfte, die vom Druck im kleinen Raum 40 herrühren (vgl. Fig. 1), zusätzlich zu seiner Funktion im elektromagnetischen Kreis herangezogen werden.
Fig. 2 zeigt auch den Weg des Rücklaufbrennstoffes, welcher während jeder intermittierenden Einspritzung vom kleinen Raum 40 durch die Drosselbohrung 38 in die Niederdruckzone 42 entlastet wird. Dieser Rücklaufbrennstoff wird mittels einer Rücklaufleitung (nicht gezeigt) zum Brennstofftank zurückgeführt.
Der Rücklaufbrennstoff fließt innerhalb des Brennstoffeinspritzventils 10 mittels Durchgängen von großem Querschnitt von der Niederdruckzone 42, sowohl in den Raum 142 als auch in die Seitenbohrung 66, worin sich die Pilotventilfeder 68 befindet. Von der Seitenbohrung 66 kann der Brennstoff durch die im Schaft 60 des Pilotventils 46 ausgebildeten Bohrung 70 in eine weitere Bohrung 152 fließen. Die Bohrung 152 ist ebenfalls im Schaft 60 ausgebildet, und ihre Langsachse fällt mit der Langsachse 8 des Brennstoffeinspritzventils zusammen. Ein Anschlagelement 154 befindet sich im runden Innenteil 138 des Solenoidkörpers 122 und ist fest damit verbunden, beispielsweise durch Kleben des Anschlagelementes 154 im Inneren des runden Innenteils 138. Sowohl das Anschlagelement 154 als auch der Schaft 60 des Pilotventils 46 bestehen aus einem harten Material, zum Beispiel aus gehärtetem Stahl. Das Anschlagelement 154 ragt um den Betrag L über die Polfläche 150 hinaus. Eine Bohrung 156, dessen Längsachse mit dem Längsachse 8 des Brennstoffeinspritzventils übereinstimmt, ist im Anschlagelement 154, im runden Innenteil 138 und im Rücklaufstück 88 ausgebildet. Das Rücklaufstück 88 ist auf feste, brennstoffdichte Weise mit dem Solenoidkörper 122 verbunden. Zusätzlich weist der Anker 62 eine Anzahl Bohrungen 158 auf, dessen Teilkreis 162 sich in der Mitte der ringförmigen Aussparung 136 zwischen dem inneren Rand der Statorplatte 124 und dem Umfang des runden Innenteils 138 befindet. Der Durchmesser der Bohrungen 158 ist vorzugsweise gerade etwa so groß wie die Breite dem ringförmigen Aussparung 136. Die Bohrungen 158 sind gleichmäßig auf dem Teilkreis 162 verteilt, zum Beispiel können vier Bohrungen 158 in je 90º Abstand angebracht sein.
Das Pilotventil 46 mitsamt Anker 62 sind von Brennstoff umgeben, da der Raum 142 und die verschiedenen Bohrungen und Durchgänge sowie auch der scheibenförmige Raum 164 zwischen den Polflächen 148 und 150 des Solenoids 44 und die den Polflächen zugewandte Seite des Ankers 62 mit Brennstoff gefüllt sind.
Um seine Funktion richtig zu erfüllen, muß sich das Pilotventil 46 sehr rasch bewegen können. Zusätzlich muß jeder Arbeitshub eine genaue Kopie des vorhergehenden sein, vorausgesetzt, daß ein gleicher elektrischer Impuls dem Solenoid 44 zugeführt wird. Man unterscheidet zwischen Anzugshub, während dem das Pilotventil 46 vom Sitz am Auslaß der Drosselbohrung 38 wegbewegt wird und sich in Richtung des Anschlagelementes 154 bewegt und Rückstellhub in die entgegengesetzte Richtung unmittelbar nach dem Ende eines elektrischen Impulses. Sowohl für den Anzugshub als auch für den Rückstellhub ist die Bewegung des Pilotventils 46 gleich P.
Bei einer raschen Bewegung einer Platte in einer Flüssigkeit entsteht ein hydraulischer Druck in der der Plattenbewegung entgegengesetzten Richtung. Im vorliegenden Fall und ohne die beschriebenen Maßnahmen würde dieser hydraulische Druck die Bewegung des Ankers 46 um den Faktor 2 verlangsamen. Die Anordnung der Bohrungen 158 ist sehr wirksam zur wesentlichen Herabsetzung des hydraulischen Druckes auf das Pilotventil 62 während seiner Bewegung.
Im Gegensatz zum Anzugshub, welcher stabil und wiederholbar ist, kann der Rückstellhub des Pilotventils 46 unerwünschte Instabilitäten auf weisen, falls keine geeigneten Maßnahmen ergriffen werden. Zu diesen Maßnahmen gehört das Anschlagelement 154.
Der maximale Luftspalt W zwischen den beiden Polflächen 148 und 150 und der den Polflächen 148 und 150 zugewandten Oberfläche des Ankers 62 ist größer als der maximale Bewegungsweg P des Pilotventils 46. Wenn das Pilotventil 46 vom Solenoid 44 angezogen wird und am Anschlagelement 154 anschlägt, verbleibt ein Luftspalt L zwischen den Polflächen 148 und 150 und dem Anker 62. Dieser Luftspalt L vermindert auf bekannte Weise die Remanenz des elektromagnetischen Materials wenn der Strom zum Solenoid 44 ausgeschaltet wird und vermindert folglich drastisch die elektromagnetische Klebewirkung, welche das Pilotventil 46 zu lange Zeit nach dem Ende des Stromausschaltens zurückhalten würde. Ist, wie im vorliegenden Fall, der Anker 62 von einer Flüssigkeit umgeben, behindert zusätzlich eine hydraulische Klebewirkung die Rückstellbewegung des Ankers 62, falls sich dieser zu stark den Polflächen 148 und 150 nähert. Die Intensität der hydraulischen Klebewirkung variiert von einem Rückstellhub zum nächsten auf unkontrollierbare Weise. Dies ist der Hauptgrund für Störungen in der Rückstellzeit des Pilotventils 46, falls keine geeigneten Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden. Der Restluftspalt L sowie die Bohrungen 158 wirken erfolgreich diesen Tatsachen entgegen. Der scheibenförmige Raum 164, dessen Volumen während dem Rückstellhub des Pilotventils 46 zunimmt, kann mittels dem Bohrungen 158 leicht wiedergefüllt werden.
Das obenerwähnte Vorgehen, einen Restluftspalt in den elektromagnetischen Kreis einzubauen um die Rückstellzeit des Solenoidventils zu verringern, ist eine bekannte Methode und gehört zum Stand der Technik. Bei der eben beschriebenen Lösung bei welcher ein zylindrisches Anschlagelement 154 koaxial zum Schaft 60 des Pilotventils 46 angeordnet wird, werden die vom Anschlagen des Pilotventils 46 an das Anschlagelement 154 resultierenden Schläge von zwei gehärteten Elementen auf gefangen: nämlich dem Schaft 60 und dem Anschlagelement 154. Dank dieser Tatsache wird die Abnützung der Teile stark vermindert und es wird demzufolge eine verlängerte Lebensdauer der Komponenten erzielt. Obschon Stahl ein elektromagnetisches Material ist, kann das Anschlagelement 154 aus gehärtetem Stahl gefertigt werden, da, verglichen mit den Polflächen 148 oder 150, die Kontaktfläche zwischen Schaft 60 und Anschlagelement 154 klein ist, so daß das gewünschte dynamische Verhalten des Pilotventils 46 nicht beeinflußt wird.
Fig. 3 zeigt die Konstruktion des oberen Teils eines Brennstoffeinspritzventils 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführung besitzt ein zylindrisches Werkstück 166, welches vom oberen Teilstück 30 des Nadelkolbens 26 auf gleiche Weise, wie in Fig. 1 gezeigt wird, geführt wird, ein breiteres oberes Teilstück 168. Die obere, ebene Oberfläche des zylindrischen Werkstückes 166 liegt mittels einer Kontaktfläche 170a an einem verlängerten äußeren Teilstück 170 eines Solenoids 172 all und überträgt damit die vom Brennstoffdruck im kleinen Raum 40 herrührende hydraulische Kraft. Die Statorplatte 124 ist im Innern des äußeren Teilstückes 170 versenkt. In einem Raum 174 zwischen der oberen Endfläche des, zylindrischen Werkstückes 166 und der Statorplatte 124 sowie der Oberfläche der Polfläche des runden Innenteils 138 des Solenoids 172 befinden sich ein Anker 176 sowie das untere, breitere Teilstück 178 eines Schaftes 180 eines Pilotventils 182. Der Schaft 180 erstreckt sich im Inneren einer Bohrung eines langlichen Anschlagelementes 184 und wird darin radial geführt. Zwei Bohrungen 186 sind im unteren, breiteren Teilstuck 178 des Schaftes 180 ausgebildet und verbinden den Raum 174 mit einer im Inneren des Schaftes 180 ausgebildeten Bohrung 188. Eine zusätzliche Seitenbohrung 190 verbindet den scheibenförmigen Raum 164 mit der Bohrung 188. Diese Anordnung der Bohrungen 186, 188 und 190 bewirkt eine wesentliche Verringerung des auf den Anker 176 wirkenden hydraulischen Druckes während der Bewegung des Pilotventils 182.
Um den Betrag dem maximalen Bewegung P des Pilotventils 182 einzustellen eine Operation, die zum Ausgleich der toleranzbedingten Unterschiede der zwei Drosselbohrungen 34 und 38 vom einem Brennstoffeinspritzventil 10 zum anderen notwendig ist - kann das längliche Anschlagelement 184 axial im Solenoid 172 positioniert werden. Zu diesem Zweck ist ein Innengewinde 192a im Solenoid 172 vorhanden, und ein dazu passendes Gewinde 192b ist im oberen Teil des länglichen Anschlagelementes 184 ausgebildet. Durch Drehen und mehr oder minderes Einschrauben des länglichen Anschlagelementes 184 in das Gewinde 192a kann das Maß L des über die Oberfläche der Polfläche 150 herausragenden Endes des länglichen Anschlagelementes 184 und demzufolge der Pilotventilhub P eingestellt werden. Ist der Pilotventilhub P richtig eingestellt kann das längliche Anschlagelement 184 mittels der Gegenmutter 194 blockiert werden.
Eine Pilotventilfeder 196 überträgt ihre Rückstellkraft an ein Zwischenelement 198, das wie der Schaft 180 des Pilotventils 182 in der gleichen Bohrung des länglichen Anschlagelementes 184 radial geführt wird. Das Zwischenelement 198 überträgt die elastische Rückstellkraft der Pilotventilfeder 196 an den Schaft 180. Die Feder 196 befindet sich in einer Kammer 200 am oberen Ende des länglichen Anschlagelementes 184. Der Brennstoffrücklaufweg erstreckt sich durch die Bohrung 188 im Schaft 180 und durch eine Bohrung 202 des Zwischenelementes 198 und verläßt die Kammer 200 durch eine Bohrung 204.
Die Funktionsweise der Konstruktion gemäß Fig. 3 ist analog zur Funktionsweise der im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschriebenen Konstruktion.

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil zur intermittierenden Brennstoffeinspritzung in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuse (14) mit einem Ventilsitz (22) und mindestens einer Einspritzöffnung (24) einem mit einem Kolbenelement (26) versehenen länglichen, im Gehäuse (14) eingebauten Einspritzventilglied (18) zum Zusammenwirken mit dem Ventilsitz (22) um die Einspritzöffnung (24) zu verschließen, wobei das Einspritzventilglied (18) in axialer Richtung bewegbar ist um vorübergehend vom Ventilsitz (22) wegbewegt zu werden um die Einspritzöffnung (24) zu öffnen zwecks Einspritzung einer gewünschten Brennstoffmenge in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine, einem Steuerraum (40) im Gehäuse (14), der mit einer Brennstoffzufuhrleitung (12) verbunden ist; wobei der Brennstoffdruck im Steuerraum (40) das Kolbenelement (26) des Einspritzventilgliedes (18) beaufschlagt, um es an den Ventilsitz (22) anzudrücken, Mitteln (34, 38, 172, 182) um den Brennstoffdruck im Steuerraum (40) rasch abzusenken und rasch wiederaufzubauen um die axiale Bewegung des Einspritzventilgliedes (18) zuzulassen, wobei die Mittel zum raschen Absenken und Wiederaufbauen des Brennstoffdruckes im Steuerraum (40) mindestens eine in den Steuerraum (40) mündende Abflußöffnung (38) sowie ein voll einem Solenoid (172), in Abhängigkeit von elektrischen Impulsen einer vorgegebenen Dauer betätigtes, elektromagnetisch gesteuertes Pilotventil (182) um die Auslaßseite der Auslaßöffnung (38) zu verschließen und vorübergehend zu öffnen, aufweisen, wobei das Solenoid (172) einen Körper (122) der eine Polfläche (148, 150) festlegt und ein äußeres Teilstück (126) ein inneres Teilstück (138) und eine Solenoidspule (130) umfaßt, welche in einem inneren Raum des Körpers (122) zwischen dem äußeren und dem inneren Teilstück (126, 138) angeordnet ist, einem Anker (176), der mit dem Schaft (180) des Pilotventils (182) verbunden ist, und mindestens einem ersten Element (166), welches zum Teil den Steuerraum (40) festlegt und das mindestens vom Brennstoffdruck im Steuerraum (40) beaufschlagt wird, wobei dieses erste Element (166) in mechanischen Verbindung mit weiteren Elementen (52, 54, 14; 172) ist, die jene hydraulischen Kräfte weiterleiten, welche auf das erste Element (166) einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Teilstück (126) des Solenoidkörpers (122) mit einem verlängerten Teilstück (170) versehen ist, welches sich über die Polfläche (148, 150) hinaus erstreckt und welches zusammen mit der Polfläche (148, 150) und der dem Steuerraum (40) abgewandten Seite des ersten Elementes (166) einen Raum (174) bildet, in dem sich jenes Endstück (178) des Schaftes (180) des Pilotventils (182), das die Auslaßseite der Auslaßöffnung (38) öffnet und schließt, und der Anker (176) befinden.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Solenoid (172) radial in einer Bohrung (64) des Gehauses (14) geführt ist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Solenoidrückhalteelement (52), welches mit dem Gehäuse (14) zur Bewegung der Längsachse (8) des Brennstoffeinspritzventils verbunden ist und auf das Solenoid (172) einwirkt, so daß eine axiale Bewegung des Solenoidrückhalteelementes (52) eine entsprechende axiale Bewegung mindestens des Solenoids (172) und des ersten Elementes (166) bewirkt um den maximaalen Hub des Einspritzventilgliedes (18) während jeder intermittierenden Einspritzung zu ändern.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das verlängerte Teilstück (170) des äußeren Teilstückes (126) mittels einer Kontaktfläche (170a) in Berührung mit einem oberen Teil (168) des ersten Elementes (166) ist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß ein Anschlagelement (154; 184) im inneren Teilstück (138) des Solenoidkörpers (122) angeordnet ist und um einen gegebenen Betrag (L) über eine Fläche des inneren Teilstückes (138) herausragt, wobei das Anschlagelement (154; 184) die Öffnungsbewegung des Pilotventils (182) begrenzt.

6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement (154; 184) eine zylindrische Form aufweist und am über das innere Teilstück (138) herausragenden Ende mit einer Endfläche versehen ist, die eben und parallel zur Polfläche (148, 150) ist, und daß die Längsachse des Anschlagelementes (154; 184) mit der Längsachse (8) des Solenoids (172) zusammenfällt.

7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß Mittel zum Bewegen und Positionieren des Anschlagelementes (184) im inneren Teilstück (138) vorhanden sind, um einen gewünschten Bewegungsweg (P) des Pilotventils (182) durch Veränderung des gegebenen Betrages (L) des Überstandes des Anschlagelementes (184) einstellen zu können.

8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement (184) eine längliche zylindrische Form aufweist und radial im Innern des inneren Teilstuckes (138) geführt ist, wobei das längliche Anschlagelement (184) mit einem in ein Innengewinde (192a) des inneren Teilstückes (138) eingreifenden Außengewinde (192b) versehen ist, um durch Ein- und Ausschrauben des länglichen Anschlagelementes (184) ins Teilstück (138) das längliche Anschlagelement (184) axial zu bewegen und zu positionieren.

9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß dem Schaft (180) des Pilotventils (182) radial in einer im inneren Teilstück (138) des Solenoidkörpers (122) versehenen Bohrung geführt ist, und diese Bohrung koaxial zur Längsachse (8) des inneren Teilstücks (138) angeordnet ist.

10. Brennstoffeinspritzventil nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet daß dem Schaft (180) in einer im länglichen Anschlagelement (184) angeordneten, axialen Bohrung radial geführt ist.

11. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9 gekennzeichnet durch eine auf das obere Endstück des Schaftes (180) des Pilotventils einwirkende Pilotventilfeder (196).

12. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (176) des Pilotventils (182) mit mindestens zwei Bohrungen (158) versehen ist, welche die der Polfläche (148, 150) zugewandten Seite des Ankers (176) mit der gegenüberliegenden Seite des Ankers (176) verbinden.