DE69312452T2

DE69312452T2 - Elektromagnetisches Dosierventil eines Kraftstoffeinspritzventils

Info

Publication number: DE69312452T2
Application number: DE69312452T
Authority: DE
Inventors: Giovanni Bruni; Mario Ricco
Original assignee: Elasis Sistema Ricerca Fiat nel Mezzogiorno SCpA
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-12-29
Filing date: 1993-12-23
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: US5560549A; IT227711Y1; US5395048A; ES2106259T3; EP0604913A1; ITTO920303U1; EP0604914A1; DE69312452D1; EP0604913B1; ITTO920303V0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Dosierventil zur Kraftstoffeinspritzung.
Die Dosierventile von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen enthalten generell eine Regelkammer mit einer Ablaufleitung, die normalerweise durch eine Verschlußklappe verschlossen ist, die bei bekannten Dosierventilen normalerweise durch den Anker eines Elektromagneten geschlossen wird, und durch die Anregung des Elektromagneten in der Weise, daß der Anker zum Kern des Elektromagneten bewegt wird, gelöst wird, um die Leitung zu öffnen.
Die Elektromagneten von bekannten Dosierventilen weisen normalerweise zwei koaxiale Polschuhe auf, die den Sitz für eine zylindrische Spule bilden, während der Anker in Form einer Scheibe gestaltet ist, um den Magnetkreis des Kerns zu schließen, wobei der Durchmesser desselben gewöhnlich wesentlich größer ist als der Außendurchmesser des Kernspulensitzes. Der Anker wird normalerweise durch eine Hülse geführt, die am Injektorkörper mittels einer Gewinderingmutter befestigt ist, und in die der Anker später eingefügt ist.
Aus dem Dokument EP-A-483 769 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung bekannt, die ein elektromagnetisches Dosierventil mit einem Scheibenanker, der an einem Stößel befestigt ist, besitzt. Der Stößel ist durch eine Hülse axial geführt, die im Injektorkörper durch eine erste Ringmutter befestigt ist, wobei der Elektromagnet am Injektorkörper durch eine andere Ringmutter befestigt ist. Da die erste Ringmutter einen geringeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Ankers hat, und die Rückholfeder in einer Ausnehmung des Kerns sitzt, kann der Anker nicht unabhängig vom Elektromagneten vormontiert werden.
Ein Hauptnachteil der Dosierventile des vorgenannten Typs ist, daß sie es nicht ermöglichen, die Dosierventilanordnung vor der Endmontage separat zu prüfen und/oder zu testen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein fortschrittliches, höchst betriebssicheres Dosierventils des vorgenannten Typs zur verfügung zu stellen, das so konstruiert ist, daß es die vorgenannten, für bekannte Ventile typischen Nachteile vermeidet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektromagnetisches Dosierventil für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zur verfügung gestellt, das einen Elektromagneten mit einem fixierten Magnetkreis, der einen Magnetkern umfaßt, und eine anregbare Spule aufweist, um einen Anker gegen die Wirkung einer Druckfeder zur Steuerung der Dosierfunktion zu verschieben, wobei
der Kern einen Ringsitz für die Spule umfaßt;
der Elektromagnet an einem Körper der Einspritzvorrichtung mittels einer Gewinderingmutter außen am Körper befestigt ist;
der Anker in Form einer Scheibe und einstückig mit einem Stößel ausgebildet ist, der in einer sich axial erstreckenden Hülse geführt ist;
eine weitere Ringmutter in einen Gewindesitz des Körpers geschraubt ist, um die Hülse im Körper zu halten; und das
dadurch gekennzeichnet ist, daß
die Feder zwischen einer am Stößel gehaltenen Scheibe und einer integral mit der Hülse verbundenen Wand angeordnet ist;
die weitere Ringmutter einen Innendurchmesser aufweist, der größer als der Außendurchmesser des Ankers ist;
der Anker, die Feder und die axiale Hülse zu einer Anordnung vormontiert sind; wobei
diese Anordnung mittels der weiteren Ringmutter unabhängig vom Elektromagnet im Körper einsetzbar ist.
Eine bevorzugte, die Erfindung nicht beschränkende Ausführung der vorliegenden Erfindung wird anhand eines Beispiels mit Verweis auf die anliegenden zeichnungen beschrieben, wobei
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer Dosierventil-Regelvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und;
Fig. 2 einen Teil der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab zeigen.
Die Bezugsziffer 5 in Fig. 1 zeigt eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, beispielsweise für einen Diesel-Verbrennungsmotor.
Die Einspritzvorrichtung 5 umfaßt einen Hohlkörper 6 mit einem axialen Hohlraum 7, in welchem eine Steuerstange 8 gleitet. Am Boden ist der Körper 6 mit einer Düse 9 verbunden, die mit einer oder mehreren, über einem axialen Hohlraum 12 kommunizierenden, Einspritzöffnungen 11 endet.
Der Körper 6 weist ein Ansatzstück 13 auf, das eine Ausnehmung 14 aufweist, in welche ein Einlaßteil 16 eingefügt ist, das in bekannter Weise mit einer normalen Hochdruck - bei spielsweise 1200 bar - Kraftstoffversorgungspumpe verbunden ist. Die Ausnehmung 14 kommuniziert mit einem ersten schräg verlaufenden Kanal 17, der wiederum mit einem zweiten Kanal 18 kommuniziert, der sich längs des Körpers 6 erstreckt.
Die Düse 9 weist eine Einspritzkammer 19 auf, die mit dem Hohlraum 12 und einem Kanal 21, der den Kanal 18 mit der Kammer 19 verbindet, kommuniziert, und die am Körper 6 mittels einer Ringmutter 26 befestigt ist. Die Öffnung 11 ist normalerweise durch die Spitze einer Nadel 28 verschlossen, die mit der Stange 8 verbunden ist und eine Schulter 29 hat, auf die der unter Druck gesetzte Kraftstoff in der Kammer 19 wirkt. Eine Druckfeder 37 ist zwischen einer Schulter 33 des Hohlraums 7 im Körper 6 und einer Platte 36 angebracht, die dazu beiträgt, die Stange 8 nach unten zu drücken.
Die Einspritzvorrichtung 5 umfaßt auch ein Dosierventil 40, das wiederum eine Hülse 41 aufweist, um einen Elektromagneten 42 zu halten, der einen Anker 43 steuert. Die Hülse 41 ist am Körper 6 mittels einer weiteren Ringmutter 44 befestigt und weist eine Schulter 45 auf, auf der ein Kern 46 aus einem ferromagnetischen - beispielsweise gesintertem Pulver - Material ruht. Der Kern 46 weist einen Sitz 48 auf, in welchem eine elektrische Spule 47, eingebettet in Kunstharz 49, angeordnet ist.
Die Hülse 41 weist auch eine gebogene Kante 50 auf, die dafür sorgt, eine Scheibe 52 an einer ebenen Fläche 51 des Kerns 46 zu halten. Die Scheibe 52 bildet ein Teil mit einem Auslaß 53, der mit einer axialen Bohrung 57 im Kern 46 fluchtet und in bekannter Weise mit dem Kraftstofftank verbunden ist; zudem ist die Hülse 41 in bekannter Weise mit einer Basis 54, hergestellt aus einem Isoliermaterial, und in üblicher Weise mit dem Stift 55 der Spule 47 verbunden.
Das Dosierventil 40 umfaßt auch einen Kopf 56, der in einem Sitz im Körper 6, koaxial mit Hohlraum 7, lagert, und am 30 Körper 6 durch eine Gewinderingmutter 58 befestigt ist, die in das Innengewinde 59 einer Auslaßkammer 60 innehalb des Körpers 6 eingeschraubt ist und die sich axial zwischen der oberen Fläche des Kopfes 56 und der unteren Fläche des Elektromagneten 42 erstreckt.
Der Kopf 56 weist außerdem eine axiale Regelkammer 61 auf, die mit einem kalibrierten radialen Einlaßkanal 62 und mit einem kalibrierten axialen Auslaßkanal 63 kommuniziert. Der Einlaßkanal 62 kommuniziert mit einer Aufnahmekammer 64, die wiederum über einen radialen Kanal 66 im Körper 6 mit der Ausnehmung 14 kommuniziert. Die Regelkammer 61 ist nach unten durch die obere Seite der Stange 8 begrenzt.
Aufgrund der größeren Fläche der oberen Seite der Stange 8 im Vergleich zu derjenigen der Schulter 29, hält der Druck des Kraftstoffs zusammen mit der Feder 37, die Stange 8 normalerweise in so einer Position, daß die Öffnung 11 der Düse 9 geschlossen ist. Der Auslaßkanal 63 der Regelkammer 61 ist normalerweise durch einen Verschluß in Form einer Kugel 67 geschlossen, auf welche ein Stößel 69, integral mit Anker 431 wirkt; und der Anker 43 weist radiale Öffnungen 71 auf, um die Auslaßkammer 60 mit der Bohrung 57 im Kern 46 und dementsprechend mit dem Auslaßteil 53 zu verbinden.
Der Kern 46 ist außen zylindrisch und weist zwei koaxiale, ringförmige Polschuhe 72, 73 (Fig. 2) auf, die den Sitz 48 der Spule 47 bilden; und der Anker 43 ist scheibenförmig, um den Magnetkreis, einschließlich Kern 46, zwischen den Polschuhen 72 und 73 zu schließen. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt der Magnetkreis ein Element 76 aus magnetischem Material, um den Sitz 48 teilweise zu schließen. Konkret hat das Element 76 die Form eines Rings mit zwei flachen, parallelen Oberflächen 77, 78, einen Außendurchmesser, der genau dem des Kerns 46 entspricht, und einen Innendurchmesser, der geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des inneren Polschuhs 73.
Die Polschuhe 72, 73 weisen zwei parallele Poloberflächen 79, 80 auf, derart, daß die Länge des äußeren Polschuhs 72 geringer ist als die des inneren Polschuhs 73, wobei die Differenz zwischen den zwei Längen im wesentlichen gleich der Dicke des Rings 76 zwischen den Oberflächen 77 und 78 ist. Der Ring 76 ist am äußeren Polschuh 72 angeordnet, wobei die Oberfläche 78 Kontakt mit der Poloberfläche 79 hat. Die Poloberflächen 79 und 80 können eine Schicht 81 aus nichtmagnetischem Material darstellen, um die obere Oberfläche des Ankers 43 vor einem direkten Kontakt mit den Poloberflächen 79, 80 zu bewahren.
Die Oberfläche 77 des Rings 76 liegt auf diese Weise in derselben Ebene wie die Oberfläche 80 des Polschuhs 73, aber der Abstand zwischen Polschuh 73 und Ring 76 ist viel geringer als die Breite des Sitzes 48 der Spule 47, so daß der Durchmesser des Ankers 43 enorm verkleinert werden kann, verglichen mit dem, der erforderlich ist, um den Magnetkreis am Polschuh 72 zu schließen. Beispielsweise kann der Durchmesser des Ankers 43 so gewählt werden, daß der Teil, der der Oberfläche 77 des Ringes 76 zugewandt ist, etwa dieselbe Fläche aufweist wie der Teil, der dem Polschuh 73 zugewandt ist.
Als Ergebnis ist die Masse des Ankers 43 stark reduziert, wodurch sich die erforderliche Kraft zur Betätigung in beiden Richtungen reduzieren läßt; und der Sitz 48 kann im Vergleich mit bekannten Techniken vergrößert werden, um eine Spule 47 mit einer höheren Windungszahl aufzunehmen, so daß der erforderliche Arbeitsstrom reduziert werden kann. Weiterhin ermöglicht der Sitz 48, die Windungen der Spule 47 mit einer größeren Menge Kunstharz 49 zu beschichten bzw. mit einer dickeren Kunstharzschicht zu versehen bzw. in eine größere Menge Kunstharz einzubetten, um auf diese Weise den Schutz der Spule 47 zu erhöhen und die Lebensdauer zu erhöhen.
Der kleinere Durchmesser des Ankers 43 erlaubt außerdem den Durchgang einer Ringmutter 82 mit einem größeren Innendurchmesser als der Anker 43. Konkret ist der Stößel 69 in einer Hülse 83 geführt, die an ein plattenförmiges Element 84 angefügt ist, und weist eine Nut 85 auf, in die eine C- förmige Scheibe 86 eingesetzt ist.
Die Platte 84 weist eine Endwand 87 mit Löchern 88 auf, die eine Kommunikation zwischen den Teilen der Kammer 60 über 60a und unter 60b von Platte 84 ermöglichen; und zwischen Endwand 87 und Scheibe 86 befindet sich eine vorgespannte Druckfeder 89, die als Rückholfeder wirkt, um den Anker 43 nach unten zu ziehen, wenn der Elektromagnet 42 energielos ist.
Die Platte 84 weist einen Flansch 90 auf, der mittels einer kalibrierten Scheibe 91 auf einer Schulter 92 des Körpers 6 ruht. Die Anordnung, bestehend aus Anker 43, Feder 89 und Platte 84 ist innerhalb des Körpers 6 mittels einer Gewinderingmutter 82, die in einen Gewindesitz 93 im Körper 6 eingeschraubt ist und auf den Flansch 90 der Platte 84 wirkt, eingesetzt. Da auf diese Weise die Anker-Anordnung 43 vormontiert, und dann unabhängig von sowohl Kopf-Anordnung 56 als auch der Elektromagnet-Anordnung 42 am Körper 6 befestigbar ist, ist es so möglich, die drei Einheiten der Einspritzvorrichtung 5 vor der Endmontage zu prüfen und/oder zu testen.
Die Einspritzvorrichtung 5, wie sie oben beschrieben, arbeitet wie folgt:
Der Elektromagnet 42 ist normalerweise energielos, so daß der Anker 43 durch die Rückholfeder 89 in der unteren Position in den anliegenden zeichnungen gehalten wird; der Stößel 69 hält die Kugel 67 in der Position so, daß der Ablaufkanal 63 verschlossen ist; und der Druck, der in Regelkammer 61 erzeugt wird, wirkt auf die obere Fläche der Stange 8, die eine größere Oberfläche als die Schulter 29 hat und zusammen mit der Wirkung der Feder 37 (Fig. 1) den Druck an der Schulter 29 übersteigt, so daß die Stange 8 zusammen mit der Nadel 28, die die Öffnung 11 verschließt, niedergehalten wird.
Wenn der Elektromagnet 42 angeregt wird, wird der Anker 43 angehoben und mit seiner oberen Fläche in Anlage an die Schicht 81 (Fig. 2) des Magnetkreises gebracht. Alternativ kann die kalibrierte Scheibe 91 so gewählt werden, daß der Anker 43 mit der Scheibe 86 in Anlage an die Kante der Hülse 83 gebracht wird, um so den Anker vor dem Kontakt mit den Poloberflächen 79, 80 zu bewahren, und um zu ermöglichen, daß auf die Schicht 81 auf dem Kern 46 verzichtet werden kann.
Der Restdruck des Kraftstoffes in der Kammer 61 öffnet folglich das Dosierventil 40, so daß der Kraftstoff durch den kalibrierten Durchgang 63 in die Auslaßkammer 60a, und durch die Löcher 88 in die Auslaßkammer 60b abfließt, von wo er durch die öffnungen 71, Bohrung 57 und Kanal 53 zurück in den Tank gelangt. Der Druck des Kraftstoffes in der Einspritzkammer 19 überwiegt nun die von der Feder 37 aufgebrachte Kraft und hebt die Nadel 28 an, wodurch die Öffnung 11 freigegeben wird, so daß der Kraftstoff aus der Kammer 19 eingespritzt wird.
Wenn der Elektromagnet energielos gemacht wird, wird der Anker 43 durch die Feder 89 schnell in die untere Position zurückgestellt, so daß der Auslaßkanal 63 mittels der Kugel 67 verschlossen wird; und der durch den Kanal 62 unter Druck einströmende Kraftstoff stellt den Druck in der Regelkammer 61 wieder her, so daß die Nadel 28 absinkt und die Öffnung 11 verschließt.
Die Vorteile des Dosierventils gemäß der vorliegenden Erfindung sind aus der vorangegangenen Beschreibung klar ersichtlich. Insbesondere dient Ring 76 dazu, den Durchmesser des Ankers zu verringern, so daß die Montage der Anker-Anordnung 43 unabhängig vom Kopf 56 des Ventils 40 und vom Elektromagneten 42 ermöglicht wird.
Zudem ermöglicht der kleinere Durchmesser des Ankers 43 die Reduzierung der Masse des Ankers, des hydrodynamischen Widerstandes und der durch die Spule 47 induzierten Störströme, was wiederum eine Reduzierung der Größe der Rückholfeder 89, des Kerns 46 und folglich des Elektromagneten 42 als Ganzes ermöglicht, so daß die gesamte Steueranordnung der Einspritzvorrichtung 5 miniaturisiert werden kann. Letztendlich kann für eine gegebene Größe des Kerns 46 die Breite des Sitzes 48 vergrößert werden, um die Spule 47 in eine größere Menge Kunstharz 49 einzubetten.
Der Ring 76 kann eine Vertiefung aufweisen, um den Polschuh 72 aufzunehmen, und der Anker 43 kann eine obere Fläche aufweisen, die durch eine Stufe in zwei getrennte Teile unterteilt ist, die dem Ring 76 bzw. dem Polschuh 73, zugewandt sind.

Claims

1. Ein elektromagnetisches Dosierventil (40) für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (5) mit einem Elektromagneten (42) mit einem fixierten Magnetkreis (46, 76), der einen Magnetkern (46) umfaßt und mit einer anregbaren Spule (47), um einen Anker (43) gegen die Wirkung einer Druckfeder (89) zur Steuerung der Dosierfunktion zu bewegen, wobei

der Kern (46) einen Ringsitz (48) für die Spule (47) umfaßt;

der Elektromagnet (42) an einem Körper (6) der Einspritzvorrichtung (5) mittels einer Gewinderingmutter (44) außen am Körper (6) befestigt ist;

der Anker (43) in Form einer Scheibe und einstückig mit einem Stößel (69) ausgebildet ist, der in einer sich axial erstreckenden Hülse (83) geführt ist;

eine weitere Ringinutter (82) in einen Gewindesitz (93) des Körpers (6) geschraubt ist, um die Hülse (83) im Körper (6) zu halten;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Feder (89) zwischen einer am Stößel (69) gehaltenen Scheibe (86) und einer integral mit der Hülse (83) verbundenen Wand (87) angeordnet ist;

die weitere Ringmutter (82) einen Innendurchmesser aufweist, der größer als der Außendurchmesser des Ankers (43) ist;

der Anker (43), die Feder (89) und die axiale Hülse (83) zu einer Anordnung vormontiert sind; wobei

diese Anordnung mittels der weiteren Ringmutter (82) unabhängig vom Elektromagnet (42) im Körper (6) einsetzbar ist.

2. Ein elektromagnetisches Dosierventil (40) nach Anspruch 1, wobei der Kern (46) ein Paar koaxial angeordneter ringförmiger Polschuhe (72, 73) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß

der äußere Polschuh (72) des Paares eine Länge hat, die geringer ist als die Länge des inneren Polschuhes (73) des besagten Paares;

der äußere Polschuh (72) mit einem Ring (76) eingepaßt ist, der eine Dicke aufweist, die gleich der Differenz zwischen den besagten zwei Längen ist; und

der Außendurchmesser des Ankers (43) kleiner ist als der Außendurchmesser der Spule (47).

3. Ein elektromagnetisches Dosierventil (40) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die Hülse (83) und die besagte Wand (87) in einem Element etwa in Form einer Platte (84) enthalten sind; und die weitere Ringmutter (82) auf einen Flansch (90) der besagten Platte (84) wirkt.

4. Ein elektromagnetisches Dosierventil (40) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine kalibrierte Scheibe (91) zwischen dem Flansch (90) und einer Schulter (92) des Körpers (6) angeordnet ist.

5. Ein elektromagnetisches Dosierventil (40) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (87) mit Löchern (88) versehen ist, die es ermöglichen, daß eine bezüglich der Platte (84) innenhegende Kammer (60a) mit einer bezüglich der Platte (84) außenliegenden Kammer (60b) kommuniziert.