EP0204946A2 - Einspritzventil - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an injection valve, in particular for fuel injection systems of internal combustion engines, with a magnetic winding, a magnetic core, an armature, which is connected to a movable closing member, which cooperates with a valve seat and with a swirl chamber arranged inside the injection valve.
- injection valves which are primarily intended for diesel engines, are generally known to the person skilled in the art.
- the valve When fuel is injected, it is important that the valve opens as quickly as possible so that the fuel can be injected as quickly as possible.
- the fuel should be injected as finely atomized as possible from the first moment of injection, so that it burns optimally in the internal combustion engine.
- the closing member opens against the flow direction of the fuel. This requires considerable lifting forces. The swirl of the fuel desired during injection must build up again after each opening process, so that the fuel is first injected swirl-free at the first moment of opening.
- the invention has for its object to improve an injection valve of the type mentioned in such a way that it can work as quickly as possible and the fuel reaches the combustion chamber as finely atomized as possible from the very first moment of injection.
- the closing member with an outwardly diverging outer surface rests from the outside against a corresponding valve seat and is consequently designed to be movable to open to the outside.
- the closing member forms an impact body in the open state, which allows the fuel flowing into the combustion chamber to flow into the combustion chamber in an evenly distributed manner on all sides. This enables good combustion. Since the closing member opens in the direction of flow, it can have a relatively large diameter, so that a very small stroke is sufficient to expose a large cross section. As a result, the injection valve moves very quickly from one position to the other, so that the fuel can be injected quickly.
- the swirl chamber has a constantly open return flow connection for the fuel, even when the closing member is closed. This results in a continuous flow, through which the swirl also exists before the valve is opened, and the injection therefore takes place with a swirl from the very first moment of opening.
- the continuous movement of the fuel in the injection valve prevents contamination of the flow channels by deposits from the fuel.
- the fuel to be injected need only cover extremely short distances in the injection valve if the swirl chamber is provided directly above the valve seat in terms of flow. This greatly reduces the risk of vapor bubbles being formed since the fuel in the injection valve can only heat up a little due to its short residence time.
- the closing member is able to center itself with respect to the valve seat, so that it always closes reliably if, according to another embodiment of the invention, the closing member has a shaft which penetrates the armature with play and oscillates on the side facing away from the closing member with a spherical cap is inserted in a seat of the anchor.
- the force of the closing spring which acts upon the closing element in the closing direction, can easily be set to the correct size if the shaft of the closing element penetrates an adjusting nut which is screwed into a component which is firmly connected to the housing of the injection valve and against which a closing spring is supported which, on the other hand, rests against a shoulder of the anchor.
- the adjusting nut can be adjusted in a particularly simple manner if, according to another embodiment of the invention, the shaft is guided non-rotatably through the adjusting nut relative to the adjusting nut and on the side of the armature facing away from the valve seat has an anti-rotation lock connecting it to the armature.
- the desired pendulum possibility of the shaft with the closing member is not hindered by the anti-rotation device if it is formed by a bracket which is fastened on the one hand on the end face of the shaft facing away from the valve seat and on the other hand on the corresponding annular surface of the armature.
- the injector closes automatically when the electrical energy fails, when the armature forms part of a pressure magnet, so that it can be moved out of the magnet coil when energized.
- the solenoid coil can be cooled by the fuel flowing back if the constantly open backflow connection is guided both through the armature and past it outside through the solenoid coil to a housing outlet.
- Optimal flow formation in the swirl chamber is achieved if the swirl chamber has two tangential inflow channels located opposite one another.
- the fuel is particularly finely distributed and evenly injected into the combustion chamber if the closing member has an arcuate, curved jacket surface facing the valve seat.
- a magnet coil 2 is arranged in a cup-shaped housing 1, which can be supplied with electrical energy via an electrical connection 3.
- An armature 4 made of soft iron forms a coil core which, when energized by the magnet coil 2, moves downward against the force of a closing spring 5 in the drawing.
- the armature 4 is designed as a hollow cylinder.
- This closing member has a downwardly diverging, arcuately curved jacket surface 8, with which it can be sealingly placed in the closed position against a conical valve seat 9 which widens downwards.
- the shaft 6 At its end opposite the closing member 7, the shaft 6 has a spherical cap 10, which rests in a conical seat 11 of the armature 4.
- a bracket 12 is soldered to the upper end face of the shaft 6, the other end of which is soldered to the armature 4 next to the seat 11. This bracket 12 forms an anti-rotation device, which prevents the shaft 6 from rotating relative to the armature 4.
- the already mentioned closing spring 5 is supported on the one hand against a shoulder 13 in the interior of the armature 4 and on the other hand on an adjusting nut 14 which is screwed into a support part 21 which forms a unit with the housing 1.
- This adjusting nut 14 has a hexagon hole 15 through which the shaft 6 with a corresponding 12 does not connect the shaft 6 to the armature 4, the shaft 6 can be rotated relative to the armature 4, for example by means of a screwdriver in a slot 17 of the closing member 7. This also rotates the adjusting nut 14 so that it moves up or down in the armature 4 and the tension of the closing spring 4 changes as a result. If the closing spring tension is set correctly, the bracket 12 can be soldered on, thereby precluding further adjustment.
- inflow channels 19, 20 tangentially from two sides, via which the fuel to be injected reaches the swirl chamber 18.
- fuel can pass from the swirl chamber 18 upwards through the armature 4 and further through a channel 22 to a valve outlet 23.
- fuel can also flow through channels 24, 25 and bores 26, 27 through the magnet coil 2 and from there via transverse bores 28, 29 to the valve outlet 23. This partial flow cools the magnetic coil 2.
- the major part of the fuel is injected into the combustion chamber (not shown) with a swirl movement over the lateral surface 8 of the closing element 7. If the magnet coil 2 is no longer energized, the closing spring 5 presses the armature 4 upwards until the closing member 7 sits sealingly in the valve seat 9 and the injection process is thus interrupted.
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Einspritzventil, insbesondere für Kraftstoff-Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer Magnetwicklung, einem Magnetkern, einem Anker, welcher mit einem beweglichen Schließglied verbunden ist, das mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und mit einer innerhalb des Einspritzventils angeordneten Drallkammer. Solche Einspritzventile, welche vor allem für Dieselmotoren bestimmt sind, sind dem Fachmann allgemein bekannt.
- Bei der Einspritzung von Kraftstoff kommt es darauf an, daß das Ventil möglichst rasch öffnet, damit der Kraftstoff möglichst rasch eingespritzt werden kann. Außerdem soll der Kraftstoff vom ersten Moment des Einspritzens an möglichst feinzerstäubt eingespritzt werden, damit er optimal in der Brennkraftmaschine verbrennt. Bei den bekannten Einspritzventilen öffnet das Schließglied jeweils entgegen der Strömungsrichtung des Kraftstoffes. Das bedingt beträchtliche Hubkräfte. Der beim Einspritzen erwünschte Drall des Kraftstoffes muß sich nach jedem Öffnungsvorgang erneut aufbauen, so daß im ersten Moment des Öffnens der Kraftstoff zunächst drallfrei eingespritzt wird.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einspritzventil der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß es möglichst flink zu arbeiten vermag und der Kraftstoff schon vom ersten Moment des Einspritzens an möglichst fein zerstäubt in den Brennraum gelangt.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schließglied mit einer nach außen divergierenden Mantelfläche von außen her gegen einen entsprechenden Ventilsitz anliegt und infolgedessen zum Öffnen nach außen beweglich ausgebildet ist.
- Durch diese Gestaltung bildet das Schließglied im geöffneten Zustand einen Prallkörper, der den in den Brennraum strömenden Kraftstoff gleichmäßig verteilt nach allen Seiten in den Brennraum strömen läßt. Dadurch ist eine gute Verbrennung möglich. Da das Schließglied in Strömungsrichtung öffnet, kann es einen relativ großen Durchmesser haben, so daß ein sehr geringer Hub genügt, um einen großen Querschnitt freizugeben. Dadurch gelangt das Einspritzventil sehr rasch von der einen in die andere Stellung, so daß das Einspritzen des Kraftstoffes rasch erfolgen kann.
- Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn von der Drallkammer auch bei geschlossenem Schließglied eine ständig offene Rückströmverbindung für den Kraftstoff besteht. Hierdurch ergibt sich eine kontinuierliche Strömung, durch die der Drall auch schon vor dem Öffnen des Ventils besteht und dadurch die Einspritzung schon vom ersten Moment des Öffnens mit einem Drall erfolgt. Außerdem wird durch die ständige Bewegung des Kraftstoffes im Einspritzventil ein Verschmutzen von Strömungskanälen durch Ablagerungen aus dem Kraftstoff vermieden.
- Der einzuspritzende Kraftstoff braucht im Einspritzventil nur äußerst kurze Wege zurückzulegen, wenn die Drallkammer unmittelbar strömungsmäßig oberhalb des Ventilsitzes vorgesehen ist. Dadurch wird die Gefahr der Bildung von Dampfblasen stark vermindert, da sich der Kraftstoff im Einspritzventil infolge seiner geringen Verweildauer nur wenig erwärmen kann.
- Das Schließglied vermag sich in bezug auf den Ventilsitz selbst zu zentrieren, so daß es stets zuverlässig schließt, wenn gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung das Schließglied einen Schaft hat, welcher den Anker mit Spiel durchdringt und an der dem Schließglied abgewandten Seite mit einer Kugelkalotte pendelnd in einem Sitz des Ankers eingesetzt ist.
- Die Kraft der Schließfeder, welche das Schließglied in Schließrichtung kraftbeaufschlagt, kann leicht auf die richtige Größe eingestellt werden, wenn der Schaft des Schließgliedes eine Stellmutter durchdringt, welche in ein mit dem Gehäuse des Einspritzventils fest verbundenes Bauteil eingeschraubt ist und gegen die sich eine Schließfeder abstützt, die andererseits gegen eine Schulter des Ankers anliegt.
- Das Verstellen der Stellmutter ist auf besonders einfache Weise möglich, wenn gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung der Schaft-relativ zur Stellmutter unverdrehbar durch die Stellmutter hindurchgeführt ist und auf der dem Ventilstitz abgewandten Seite des Ankers eine ihn mit dem Anker drehfest verbindende Verdrehsicherung aufweist.
- Die angestrebte Pendelmöglichkeit des Schaftes mit dem Schließglied wird durch die Verdrehsicherung nicht behindert, wenn sie durch einen Bügel gebildet ist, der einerseits auf der dem Ventilsitz abgewandten Stirnfläche des Schaftes, andererseits auf der entsprechenden Ringfläche des Ankers befestigt ist.
- Das Einspritzventil schließt bei Ausfall der elektrischen Energie selbsttätig, wenn der Anker einen Teil eines Druckmagneten bildet, so daß er bei Bestromung aus der Magnetspule aus ihr heraus bewegbar ist.
- Die Magnetspule kann durch den zurückströmenden Kraftstoff gekühlt werden, wenn die ständig offene Rückströmverbindung sowohl durch den Anker hindurch als auch außen vorbei durch die Magnetspule zu einem Gehäuseauslaß geführt ist.
- Eine optimale Strömungsausbildung in der Drallkammer erzielt man, wenn die Drallkammer zwei einander gegenüberliegende, tangentiale Zuströmkanäle hat.
- Der Kraftstoff wird besonders fein verteilt und gleichmäßig in den Brennraum eingespritzt, wenn das Schließglied eine dem Ventilsitz zugewandte, bogenförmig gekrümmte Mantelfäche hat.
- Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt in
- fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einspritzventils im bestromten Zustand,
- Fig. 2 einen horizontalen Schnitt durch das Einspritzventil entlang der Linie 11 - II in Figur 1,
- Bei dem Einspritzventil nach Fig. 1 ist in einem becherförmigen Gehäuse 1 eine Magnetspule 2 angeordnet, die über einen elektrischen Anschluß 3 mit elektrischer Energie versorgbar ist. Ein Anker 4 aus Weicheisen bildet einen Spulenkern, der sich bei Bestromung der Magnetspule 2 gegen die Kraft einer Schließfeder 5 in der Zeichnung gesehen nach unten bewegt.
- Der Anker 4 ist als Hohlzylinder ausgebildet. Durch ihn hindurch führt ein Schaft 6, an dessen unterem Ende ein Schließglied 7 vorgesehen ist. Dieses Schließglied hat eine nach unten hin divergierende, bogenförmig gekrümmte Mantelfläche 8, mit der es in Schließstellung gegen einen kegelförmigen, sich nach unten erweiternden Ventilsitz 9 dichtend anlegbar ist. An seinem dem Schließglied 7 gegenüberliegenden Ende hat der Schaft 6 eine Kugelkalotte 10, welche in ei.nem konischen Sitz 11 des Ankers 4 ruht. Dadurch vermag der Schaft 6 relativ zum Anker 4 zu pendeln, so daß sich das Schließglied 7 nach dem Ventilsitz 9 ausrichten kann. Auf der oberen Stirnfläche des Schaftes 6 ist ein Bügel 12 gelötet, dessen anderes Ende neben dem Sitz 11 auf dem Anker 4 festgelötet ist. Dieser Bügel 12 bildet eine Verdrehsicherung, durch die verhindert wird, daß sich der Schaft 6 relativ zum Anker 4 drehen kann.
- Die bereits erwähnte Schließfeder 5 stützt sich einerseits gegen eine Schulter 13 im Inneren des Ankers 4, andererseits auf einer Stellmutter 14 ab, die in ein Stützteil 21 geschraubt ist, welches eine Einheit mit dem Gehäuse 1 bildet. Diese Stellmutter 14 hat ein Sechskantloch 15, durch das der Schaft 6 mit einem entspre- 12 den Schaft 6 nicht mit dem Anker 4 verbindet, kann man beispielsweise mittels eines Schraubenziehers in einem Schlitz 17 des Schließgliedes 7 den Schaft 6 relativ zum Anker 4 verdrehen. Dadurch wird auch die Stellmutter 14 verdreht, so daß sie sich im Anker 4 nach oben oder unten bewegt und sich dadurch die Spannung der Schließfeder 4 verändert. Ist die Schließfederspannung richtig eingestellt, so kann-man den Bügel 12 festlöten und dadurch eine weitere Verstellung ausschließen.
- Für die Erfindung wesentlich ist eine Drallkammer 18, welche in dem Gehäuse 1 unmittelbar oberhalb des Ventilsitzes 9 angeordnet ist. In diese Drallkammer 18 führen tangential von zwei Seiten her Zuströmkanäle 19, 20, über die der einzuspritzende Kraftstoff in die Drallkammer 18 gelangt. Auch bei geschlossenem Schließglied 7 vermag aus der Drallkammer 18 Kraftstoff nach oben durch den Anker 4 hindurch und weiter durch einen Kanal 22 zu einem Ventilauslaß 23 zu gelangen. Parallel zu diesem Strom kann Kraftstoff über Kanäle 24, 25 und Bohrungen 26, 27 durch die Magnetspule 2 hindurch und von dort über Querbohrungen 28, 29 ebenfalls zum Ventilauslaß 23 zuströmen. Dieser Teilstrom kühlt die Magnetspule 2.
- In der dargestellten Offenstellung des Einspritzventils wird der größte Teil des Kraftstoffes mit einer Drallbewegung über die Mantelfläche 8 des Schließgliedes 7 in den nicht dargestellten Brennraum eingespritzt. Wird die Magnetspule 2 nicht mehr bestromt, dann drückt die Schließfeder 5 den Anker 4 nach oben, bis daß das Schließglied 7 dichtend im Ventilsitz 9 sitzt und damit der Einspritzvorgang unterbrochen ist.
Claims (11)
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