Elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil

Abstract

 Bei einem Kraftstoffeinspritzventil mit mindestens zwei Düsen­öffnungen (21, 21′, 21˝) im Boden einer Innenkammer (20, 20′, 20˝), die vom Ventilsitz (19, 19′, 19˝) umschlossen ist und deren Tiefe = 1/4 des Innendurchmessers des Ventilsitzes (19, 19′, 19˝) ist, hat diese Innenkammer (20, 20′, 20˝) ein sehr kleines "totes Volumen". Zum Schutz der Düsenöffnungen (21, 21′, 21˝) vor Ablagerungen ist diesen eine Außenkammer (24, 24′, 24˝) mit einer Austrittsöffnung nachgeschaltet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Kraftstoffein­spritzventil für eine Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

[0002] Es ist bekannt, daß die Effektivität und die Abgaswerte einer Brennkraftmaschine verbessert werden können, indem der Kraft­stoff zu jedem Einlaßventil genau gerichtet eingespritzt wird, so daß jede Benetzung von Trennwänden und der Umgebung des Ein­laßventils vermieden wird.

[0003] Verwendet man nun bei Brennkraftmaschinen mit zwei oder mehr Einlaßventilen pro Zylinder ein Kraftstoffeinspritzventil mit nur einer Düsenöffnung, so kann der Kraftstoffstrahl nur auf eines der Einlaßventile gerichtet werden und die obigen Forde­rungen können nicht erfüllt werden.

[0004] Eine Lösung für dieses Problem ist in der GB 2 148 388 be­schrieben. Dabei wird ein Kraftstoffeinspritzventil mit zwei Düsenöffnungen am unteren Ende einer dem Ventilsitz nachge­schalteten Erweiterungskammer verwendet. Durch den Querschnitt und die Ausrichtung dieser beiden Düsenöffnungen wird der Kraftstoff in der richtigen Menge gerichtet auf die Einlaßven­tile eingespritzt.

[0005] Nachteilig bei dieser Lösung ist das "tote Volumen" der Erwei­terungskammer, das den an den Düsenöffnungen zur Verfügung ste­henden Druck vermindert. Außerdem kann in diesem Volumen der Erweiterungskammer Kraftstoff zurückbleiben, und damit kann fälschlich auch im geschlossenen Zustand des Kraftstoffein­spritzventils Kraftstoff in das Saugrohr gelangen.

[0006] Auch das vorgeschlagene Einbringen eines Einsatzes, der die Er­weiterungskammer teilweise ausfüllt, kann dieses Problem nicht vollständig lösen und bedeutet außerdem einen weiteren Druckab­fall vor den Düsenöffnungen.

[0007] Ein weiteres Problem dieser Lösung ist, daß die beiden Düsen­öffnungen am unteren Ende des Kraftstoffeinspritzventils liegen und dort ungeschützt den Gasen im Saugrohr ausgesetzt sind. Da­bei kommt es schnell zu Ablagerungen an den Düsenöffnungen, die die Funktion des Kraftstoffeinspritzventils beeinträchtigen.

[0008] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein solches Kraftstoffeinspritzventil derart auszuführen, daß die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden.

[0009] Die erfindungsgemäße Losung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

[0010] Die erfindungsgemäße Losung besteht darin, daß ein beweglicher Anker mit einem an seiner Unterseite angebrachten Kunststoff­einsatz zusammen mit einem Düsenkörper die Ventilfunktion über­nimmt. Der Kunststoffeinsatz hat dazu eine plane Dichtringflä­che und der Düsenkörper einen ringförmigen Ventilsitz, die ge­nau aufeinanderpassen. Der innere Rand des Ventilsitzes des Dü­senkörpers ist die Begrenzung einer Innenkammer, die eine Tiefe = 1/4 ihres Randdurchmessers hat, also sehr klein ist. Vom Bo­den dieser Innenkammer gehen mindestens zwei Düsenöffnungen ab, die so gerichtet sind, daß der aus ihnen austretende Kraftstoff­strahl das jeweilige Einlaßventil des zugeordneten Zylinders trifft.

[0011] Die Düsenöffnungen münden in eine Außenkammer, die symmetrisch zu der Innenkammer aber wesentlich größer als diese ist. Diese Außenkammer ist nach unten offen, so daß sie den Kraftstoffluß aus den Düsenöffnungen nicht beeinträchtigt, aber die Düsenöff­nungen von den Gasen im Saugrohr abschirmt und sich damit keine Ablagerungen an den Düsenöffnungen bilden. Die Länge der Außen­kammer ist so gewählt, daß ein Niederschlag von Kraftstoff aus den Düsenöffnungen an ihrer Wandung vermieden wird, aber groß genug, um an der Außenfläche der Außenkammer ein Dichtelement zwischen dem Einspritzventil und dessen Aufnahmeteil im Saug­rohr der Brennkraftmaschine vorzusehen.

[0012] Ein solches Kraftstoffeinspritzventil vermeidet zusätzliche Ko­sten für eine konstruktiv aufwendige große Erweiterungskammer und beschränkt nicht die Einbaumöglichkeiten des Ventils am Mo­tor. Es hat außerdem ein nur sehr kleines "totes Volumen" strom­ab dem Ventilsitz und gewährleistet damit einen maximalen Druck an den Düsenöffnungen.

[0013] Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

FIG 1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Kraftstoff­einspritzventils,

FIG 2 eine vergrößerte Ansicht des unteren Teils des Kraft­stoffeinspritzventils aus FIG 1,

FIG 3 eine andere Ausführungsform der Teile aus FIG 2 und

FIG 4 eine weitere Ausführungsform des unteren Teils aus FIG 3.

[0014] FIG 1 zeigt ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil mit einer Längsachse L und einem Gehäuse 1 aus magnetisierbarem Material. In dem Gehäuse 1 ist eine elektrische Spule 2 auf ei­nen Spulenträger 3 gewickelt, der einen zylindrischen Magnet­kern 4 aus magnetisierbarem Material umgibt.

[0015] In dem Magnetkern 4 ist eine Hülse 5 aus nichtmagnetisierbarem Material angebracht, die als Längsführung für einen topfförmi­gen beweglichen Anker 6 dient. Dieser Anker 6 bildet zusammen mit dem Gehäuse 1 und dem Magnetkern 4 einen magnetischen Kreis.

[0016] Der bewegliche Anker 6 trägt einen Kunststoffeinsatz 7, der mit der Oberseite eines Düsenkörpers 8 zusammenwirkt. Dadurch wird ein Abschließsystem für den Kraftstoff gebildet, der durch eine Axialbohrung 9 und Querlöcher 10 in dem Magnetkern 4 fließt. Im abgeschlossenen Zustand wird das Abschließsystem über die Kraft einer Feder 11 auf den Anker 6 geschlossen gehalten, die sich in dem Magnetkern 4 befindet und sich in einer Aufnahmehülse 12 abstützt.

[0017] Die Spule 2 wird elektrisch erregt über Anschlußleiter 13, die zum Teil in ein Kunststoffanschlußstück 14 eingebettet sind. In diesem Fall wird der Anker 6 durch eine magnetische Kraft zum Magnetkern 4 hin gezogen und überwindet dabei die Gegenkraft durch die Feder 11. Damit bewegt er sich von dem Düsenkörper 8 weg und erlaubt so einen Kraftstofffluß durch Düsenöffnungen 21 in dem Düsenkörper 8.

[0018] Wenn die Spule wieder entregt wird, begrenzt eine remanente magnetische Kraft die schnelle Rückkehr des Ankers 6 zu dem Dü­senkörper 8 in den Abschließzustand ("magnetisches Kleben"). Deswegen ist auf der nach oben gewandten Fläche 15 des Ankers 6 eine dünne nichtmagnetische Scheibe vorgesehen, die die direkte Berührung des Ankers 6 und des Magnetkerns 4 verhindert und da­durch das "magnetische Kleben" vermeidet.

[0019] Das Kraftstoffeinspritzventil enthält außerdem eine Reihe von Dichtungen, sowie einen Abstandshalter 16, dessen Dicke den Hub des Ankers 6 bestimmt. Weiterhin ist an der Oberseite des Kraft­stoffeinspritzventils ein Einlaßfilter 17 vorgesehen.

[0020] In der FIG 2 ist nun der für die Erfindung wesentliche Teil des Kraftstoffeinspritzventils vergrößert dargestellt.

[0021] Der Kunststoffeinsatz 7 am unteren Ende des topfförmigen Ankers 6 wird durch den übergestülpten Rand des Ankers 6 festgehalten. Auf der nach unten gewandten Seite hat der Kunststoffeinsatz 7 eine ebene Dichtringfläche 18, die mit einem gegenüberliegenden Ventilsitz 19 auf der nach oben gewandten Seite des Düsenkör­pers 8 zusammenwirkt. Der Düsenkörper 8 ist topfförmig ausge­bildet, mit einer Querwand 80 nach oben. Die Dichtringflächen 18 und der Ventilsitz 19 bilden das Abschließsystem, das den Kraftstoffluß zu den Düsenöffnungen 21 freigibt oder absperrt.

[0022] Der innere Durchmesser des Ventilsitzes 19 begrenzt eine Innen­kammer 20, deren Tiefe nicht mehr als ein Viertel dieses Durch­messers ist. Diese Dimensionierung bietet ein Optimum für den Kraftstofffluß zu den Düsenöffnungen 21.

[0023] Die Düsenöffnungen 21 am Boden der Innenkammer 20 sind geradli­nig so gerichtet, daß sie jeweils mit der Längsachse L des Kraftstoffeinspritzventils einen Winkel α einschließen, aber in unterschiedliche Richtungen zeigen. Die Zahl der Düsenöff­nungen 21 und der jeweilige Winkel α ist so gewählt, daß jedes Einlaßventil des von dem Kraftstoffeinspritzventil versorgten Zylinders mit der richtigen Menge von Kraftstoff versorgt wird, ohne dabei die Saugrohrwände zu benetzen.

[0024] Wenn zu jedem Einlaßventil die gleiche Menge von Kraftstoff ge­liefert werden muß, haben die Düsenöffnungen 21 alle den glei­chen Querschnitt. Wenn dagegen ein geschichtetes Luft-Kraft­stoffverhältnis in der Brennkammer verlangt ist und damit un­terschiedlich große Mengen von Kraftstoff zu den einzelnen Ein­laßventilen geliefert werden müssen, haben die Düsenöffnungen 21 unterschiedliche Querschnitte.

[0025] Abhängig von den spezifischen Anforderungen durch die jeweilige Brennkraftmaschine können die Düsenöffnungen 21 vollkommen unab­hängig voneinander ausgeführt sein oder (wie in FIG 2 gezeigt) einen gemeinsamen Einlaßraum am Boden der Innenkammer 20 haben.

[0026] Bei heißer Brennkraftmaschine kann das Volumen stromab dem Ven­tilsitz 19 durch geänderte Druckverhältnisse eine ungewollte Verschiebung der eingespritzten Kraftstoffmenge bewirken. Um dieses Volumen weiter zu verkleinern kann an der Unterseite des Kunststoffeinsatzes 7 innerhalb der Dichtringfläche 18 eine ko­nische Aufwölbung 22 vorgesehen sein, die das Volumen der In­nenkammer 20 teilweise ausfüllt. Eine solche konische Aufwöl­bung 22 wirkt außerdem als Leitfläche für die genaue Führung des Kraftstoffflusses zu den Düsenöffnungen 21. Diese Leitflä­chenfunktion kann weiterhin dadurch verbessert werden, daß auch der Boden der Innenkammer 20 eine konische Form erhält.

[0027] Die Düsenöffnungen 21 münden in eine Außenkammer 24 in deren Außenseite 23. Diese Außenkammer24 ist wesentlich größer als die Innenkammer 20. Eine zylindrische Wandung 25 der Außenkam­mer 24 hat die nötige Länge, um die Düsenöffnungen 21 von Abla­gerungen freizuhalten, die durch zurückfließendes Gasgemisch aus dem Saugrohr entstehen könnten. Diese Länge ist jedoch so beschränkt, daß ein freier Kraftstoff­fluß zu den Einlaßventilen gewährleistet ist, ohne dabei eine Innenwandfläche 26 der zylindrischen Wandung 25 der Außenkammer 24 zu benetzen. Dadurch behält der Kraftstoff nicht nur die ge­wünschte Flußrichtung sondern auch das ursprüngliche Sprühmu­ster.

[0028] An der äußeren Oberfläche des Düsenkörpers 8 befindet sich ein Dichtelement 27 in Form eines elastischen O-Rings, der das Kraftstoffeinspritzventil gegenüber seinem Aufnahmeteil im £ Saugrohr der Brennkraftmaschine abdichtet.

[0029] In FIG 3 ist eine weitere Lösung für die Abschließfunktion dar­gestellt, bei der eine Dichtringfläche 18′ eines Kunststoffein­satzes 7′ und eine Oberfläche einer Innenkammer 20′ eben ausge­führt sind. Zwei Düsenöffnungen 21′ haben dabei verschiedene Winkel α′ und α˝ bezüglich der Längsachse L des Kraftstoff­einspritzventils.

[0030] In FIG 4 ist schließlich eine weitere Lösung für einen Düsen­körper 81 dargestellt. Dabei schließt eine Außenseite 23˝ ei­ner zweiten Kammer 24˝ einen 90°-Winkel mit den Achsen von Dü­ senöffnungen 21˝ ein. Die äußere Oberfläche einer zylindri­schen Wandung 25˝ trägt dabei außer dem O-Ring eine Kappe 29, die das Einführen des Kraftstoffeinspritzventils beim Einbau in sein Aufnahmeteil im Saugrohr der Brennkraftmaschine erleich­tern soll.

[0031] Die Düsenöffnungen 21˝ weisen außerdem Rundungen am Übergang zur Innenkammer 20˝ auf, die den Kraftstoffluß verbessern und gleichmäßiger machen. Diese Rundungen können auch durch konisch laufende Übergänge ersetzt werden.

Ansprüche

1. Elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil mit einer Längsachse (L) für eine Brennkraftmaschine,
- mit einem Düsenkörper (8, 8′, 8˝), der eine Querwand (80) mit einer Innenseite und einer Außenseite aufweist, durch die ein Kraftstoffweg nach außen führt,
- mit einem ringförmigen Ventilsitz (19, 19′, 19˝) auf der Innenseite der Querwand (80), der den Kraftstoffweg um­schließt,
- mit einem längsverschieblichen Anker (6), der an seinem dem Ventilsitz (19, 19′, 19˝) zugewandten Ende einen Kunststoff­einsatz (7, 7′) mit planer Dichtringfläche (18, 18′) trägt und durch eine Feder (11) gegen den Ventilsitz gedrückt wird,
- mit einem Ventilsitz (19, 19′, 19˝), der eine Innenkammer (20, 20′, 20˝) umschließt, in deren Boden mindestens zwei Düsenöffnungen (21, 21′ 21˝) angeordnet sind, deren Achsen mit der Längsachse (L) einen Neigungswinkel (α) einschlie­ßen und die dadurch bestimmten Kraftstoffstrahlen eine di­vergierende Richtung haben,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Tiefe der Innenkammer (20, 20′, 20˝) gleich oder klei­ner als ein Viertel des Innendurchmessers des Ventilsitzes (19, 19′, 19˝) ist,
daß der Düsenkörper (8, 8′, 8˝) auf der Außenseite der Quer­wand (80) eine Außenkammer (24, 24′, 24˝) hat, die sich zwi­schen der Querwand (80) und einer Austrittsöffnung erstreckt und von einer zylinderförmigen Wandung (25, 25′, 25˝) begrenzt ist,
daß um die Außenflächen der Wandung (25, 25′, 25˝) ein Dicht­element (27) zur Abdichtung des Einspritzventils in einer Boh­rung des Saugrohrs der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und daß die von der Wandung (25, 25′, 25˝) begrenzte Außenkammer (24, 24′, 24˝) so breit ist, daß die von den Düsenöffnungen (21, 21′, 21˝) abgespritzten Kraftstoffstrahlen ungehindert durch die Austrittsöffnung austreten können.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Düsenöffnungen (21′, 21˝) vollständig voneinander ge­trennt sind.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Düsenöffnungen (21) einen gemeinsamen Einlaßraum am Bo­den der Innenkammer (20) haben.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß jede der Düsenöffnungen (21, 21˝) mit der Längsachse (L) den gleichen Winkel (α) einschließt.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Düsenöffnungen (21′) mit der Längsachse (L) verschiede­ne Winkel (α) einschließen.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß jede der Düsenöffnungen (21, 21′, 21˝) den gleichen Quer­schnitt aufweist.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Düsenöffnungen (21, 21′, 21˝) verschiedene Querschnit­te haben.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mit dem Anker (6) verbundene Kunststoffeinsatz (7′) ei­ne plane Oberfläche an der Seite aufweist, die dem topfförmigen Düsenkörper (8′) zugewandt ist.

9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mit dem Anker (6) verbundene Kunststoffeinsatz (7) an der dem Düsenkörper (8) zugewandten Seite eine Oberfläche hat, die innerhalb der Dichtringfläche (18) eine konische Aufweitung aufweist.

10. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Boden der Innenkammer (20), von dem die Düsenöffnungen (21) abgehen, eine konische Form hat.

11. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Boden der Innenkammer (20′), von dem die Düsenöffnungen (21′) abgehen, eine plane Oberfläche hat.

12. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Düsenöffnungen (21, 21′) einen scharfkantigen Übergang zum Boden der ersten Kammer (20, 20′) hin bilden.

13. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Düsenöffnungen (21, 21′, 21˝) am Übergang zum Boden der ersten Kammer (20, 20′, 20˝) abgeschrägte Kanten haben.

14. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Düsenöffnungen (21˝) beim Übergang zum Boden der In­nenkammer (20˝) abgerundete Ecken haben.

15. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenseite der Querwand (80, 80′) plan ist.

16. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenseite der Querwand (80˝) in die die Düsenöffnun­ gen (21˝) münden, eine konische Form hat und einen 90°-Winkel mit der Achse der Düsenöffnungen (21˝) einschließt.

17. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Kappe (29) den unteren Teil des Düsenkörpers (8, 8′, 8˝) umschließt, die den Einbau des Kraftstoffeinspritzventils erleichtert.

Zeichnung