DE3704542A1 - Kraftstoff-einspritzventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine, aufweisend einen mit einem Dichtelement verbundenen aus permanentmagnetischem Werkstoff bestehenden Anker eines Elektromagneten.

Elektromagnetisch betätigbare Kraftstoff-Einspritzventile werden im Saugrohr einer Brennkraftmaschine eingebaut und haben die Aufgabe, während der Zeitdauer eines kurzen elektrischen Betätigungsimpulses eine genau dosierte Menge an Kraftstoff in das Saugrohr abzugeben. Bei einem Kraftstoff-Einspritzventil nach dem Stand der Technik wird ein mit dem Anker eines Elektromagneten verbundenes durch die Kraft einer Schrauben­ feder auf einen Ventilsitzkörper angedrücktes Dichtelement während des Betätigungsvorganges von diesem abgehoben.

Bei hoher Drehzahl der Brennkraftmaschine und entsprechend rascher lmpulsfolge machen sich Trägheitskräfte von Dichtelement, Anker und Feder störend bemerkbar.

Um den Einfluß der Andruckfeder auszuschließen, wurde ein federloses Kraftstoff-Einspritzventil vorgeschlagen, bei dem der Anker als Dauermagnet ausgebildet ist und durch die Dauermagnetkraft zum ferromagnetischen Kern des Elektromagneten bewegt wird. Beim Betätigen wird der Kern abstoßend zum Anker polarisiert, so daß sich dieser vom Kern entfernt. Diese Konstruktion bedingt zwangsläufig eine Ventilkonstruktion, bei der das Dichtelement vom Ventilsitz nach außen vom Kraftstoff­ Einspritzventil hinwegbewegbar ist. D. h. mit anderen Worten, daß Anker und Dichtelement an den entgegengesetzten Enden eines Ventilsitzkörpers angeordnet sein müssen und durch eine den Ventilsitzkörper durchsetzende Verbindungsstange miteinander gekuppelt sein müssen. Bei einer derartigen Konstruktion wird zwar die Masse der Schraubenfeder eingespart, jedoch erhöht sich die gesamte zu bewegende Masse durch die Verbindungsstange.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftstoff- Einspritzventil der eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß die beim Betätigen bewegte Masse möglichst gering ist und daß sich eine hohe Dynamik des Ventils ergibt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Elektromagnet einen zumindest abschnittsweise aus permanent­ magnetischen Werkstoff bestehenden Kern besitzt, dessen magnetische Kraftlinien denen des Ankers entgegengerichtet sind, und daß der Elektromagnet entgegengesetzt zum Kern magnetisierbar ist.

Da die Schließkraft des Dichtorgans durch die magnetische Abstoßungskraft zweier Permanentmagnete erzeugt wird, ergibt sich ein nichtlinearer Kraftverlauf. Dies hat den Vorteil, daß beim Öffnen des Ventils eine niedrige Anfangskraft benötigt wird, daß jedoch umgekehrt zu Beginn des Schließvorganges sofort eine hohe Schließkraft zur Verfügung steht. Der von der Breite des Luftspaltes zwischen den Magnetpolen abhängige Kraftverlauf hat die gleiche Charakteristik wie der Elektromagnet jedoch mit umgekehrten Vorzeichen, so daß die Nichtlinearität in idealer Weise ohne zusätzliche Hilfsmittel kompensiert wird. Bei einem derartigen Kraftstoff-Einspritzventil stoßen sich Kern und Anker im Ruhezustand ab. Beim Betätigen wird durch den Elektromagneten ein dem Kern entgegengesetztes Magnetfeld erzeugt, wodurch eine Umpolung an dessen Stirnflächen stattfindet, so daß nunmehr der Anker angezogen wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzventil kann das Dichtelement innerhalb eines das Ventil umgebenden Gehäuses in unmittelbarer Nähe des Ankers angeordnet sein und wird beim Betätigen in das Gehäuse hinein vom Ventilsitz abgehoben. Es wird empfohlen, den Anker als runde Scheibe und/oder als stabförmigen Permanentmagneten auszubilden, am Dichtungselement einen Zapfen mit einem dem permanentmagneten gleichen Durchmesser anzuordnen und beide mit einer sie konzentrisch umschließenden Hülse zu verbinden. Eine zum Kern des Elektromagneten koaxiale Anordnung von Anker und Dichtelement wird erreicht, wenn diese im Zentrum einer mit dem Gehäuse des Kraftstoff-Einspritzventils verbundenen Membran angeordnet sind. Wenn die Membran ein Loch vom Durchmesser des Zapfens des Dichtelementes aufweist, kann diese zwischen Dichtelement und Hülse eingeklemmt werden.

An ihren äußeren Umfang wird die Membran vorteilhafterweise zwischen dem Boden des Ventilgehäuses und einer dieses abschließenden Kappe von ringförmigen Sitzflächen an Kappe und Gehäuse aufgenommen.

Eine Selbstzentrierung des Dichtelementes im Ventilsitz wird erreicht, wenn der Ventilsitz hohlkegelförmig ausgebildet ist und das Dichtelement die Form einer die Mantelfläche des Hohlkegels tangential berührenden Kugelkalotte aufweist. Auf diese Weise liegt das Dichtelement auch dann auf einer Kreislinie an der Mantelfläche des Ventilsitzkörpers an, wenn die Achsen von Ventilsitzkörper und Dichtelement in einem Winkel zueinander stehen. Auf eine exakte radiale Führung des Dichtelementes kann verzichtet werden, wenn dieses als Flachdichtung und der Ventilsitz in Form eines Ringwulstes mit dreieckigem Querschnitt ausgebildet ist, wobei die Flachdichtung auf der spitzen Kante des Ringwulstes aufliegt. Es versteht sich von selbst, daß umgekehrt auch der Ringwulst an dem Dichtelement angeordnet sein kann, das dann auf einem flachen Ventilsitzkörper aufliegt.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu ent­ nehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachstehenden Beschreibung der Zeichnung, der bevorzugte Ausführungsformen zu entnehmen sind.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Kraftstoff-Einspritzventil im Längsschnitt und

Fig. 2 ein Detail einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzventiles im Längsschnitt.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftstoff-Einspritzventil (10) mit einem rohrförmigen Tragkörper (12), der an seinem oberen Ende konzentrisch zur Längsachse (13) tellerförmig erweitert ist.

Der Tragkörper (12) ist von einem zylindrischen Gehäuse eingeschlossen, das an seinem unteren, den Tragkörper (12) überragenden Ende einen Boden mit zentraler Öffnung aufweist. Zwischen dem Tragkörper und dem Gehäuse ist ein aus einem Spulenkörper (16) und einer Spule (18) bestehender Elektromagnet (20) angeordnet. Am Boden des Gehäuses (14) ist eine Kappe (22) angeordnet, welche abschnittsweise den zylindrischen Bereich des Gehäuses umfaßt und im Zentrum einen Ventilsitzkörper (24) aufweist. Im Ventilsitzkörper (24) ist eine Kraftstoffdüse (26) und zum Gehäuse (14) hin ein Ventilsitz (28) angeordnet. Auf dem Ventilsitz (28) liegt im Ruhezustand ein Dichtelement (30) auf, welches mit einem nach oben weisenden Zapfen (31) eine Membran (32) durchdringt. Die Membran (32) ist zwischen einer ersten ringförmigen Sitzfläche (21) am Boden des Gehäuses (14) und einer zweiten ringförmigen Sitzfläche (23) im Bereich des Randes der Kappe (22) angeordnet. Koaxial zum Zapfen (31) des Dichtelementes (30) ist ein aus permanentmagnetischem Werkstoff bestehender Anker (36) angeordnet, welcher mittels einer Hülse (34) auf dem Zapfen befestigt ist. Die Hülse (34) erstreckt sich bis unmittelbar auf die Membran (32), so daß sie diese fest mit dem Dichtelement (30) verbindet. Der Anker (36) ist in axialer Richtung magnetisiert, wobei der magnetische Nordpol zum Elektromagneten (20) hin und der magnetische Südpol davon abgewandt ausgerichtet ist. lm Zentrum des Tragkörpers (12) ist als Kern des Elektromagneten (20) ein stabförmiger Permanent­ magnet (38) angeordnet, dessen magnetischer Nordpol zum Anker (36) und dessen magnetischer Südpol in die entgegengesetzte Richtung weist. Mittels einer Einstellschraube (40) ist der Magnetkern (38) in axialer Richtung verstellbar, so daß der Abstand zwischen Anker (36) und Kern (38) justierbar ist.

Es versteht sich von selbst, daß die Polarität von Anker und Kern auch genau umgekehrt sein kann, wesentlich ist, daß sich gleichnamige Magnetpole gegenüberstehen, so daß im Ruhezustand eine abstoßende Kraft auf den Anker (36) einwirkt. Infolgedessen wird das Dichtelement (30) auf den Ventilsitz (28) gepreßt. Bei Betätigung erzeugt der Elektromagnet (20) ein dem Kern (38) entgegengesetztes Magnetfeld, so daß der Anker (36) angezogen wird. Dadurch hebt die Dichtfläche (30) vom Ventilsitz (28) ab und Kraftstoff kann durch die Düse (26) aus dem Ventilkörper (24) austreten.

In Fig. 2 ist in Detailansicht im Längsschnitt der Ventilbereich eines erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzventils (50) dargestellt. Die Anordnung des Tragkörpers (52) und des Gehäuses (54) entspricht dem in Fig. 1 dargestellten Kraftstoff- Einspritzventil. Am Boden des Gehäuses (54) ist eine Kappe (56) angeordnet, deren Rand (57) in eine ringförmige Nut (55) an der Außenoberfläche des Gehäuses (54) eingebördelt ist. Zwischen dem Boden des Gehäuses (54) und der Kappe (56) ist eine Membran (72) eingespannt, die sich auf eine ringförmige Sitz­ fläche (59) in der Kappe (56) abstützt. Unterhalb der Membran (72) ist im Rand (57) der Kappe (56) eine radiale Bohrung (58) angeordnet, an die eine hier nicht dargestellte Kraftstoffzufuhrleitung anschließbar ist.

Im Zentrum der Kappe (56) ist ein Ventilsitzkörper (62) eingesetzt, der mehrere schräg zur Achse (53) des Einspritzventils (50) angeordnete Kraftstoffdüsen (64), (66) aufweist. Zum Boden des Gehäuses (54) hin ist auf dem Ventilsitzkörper (62) ein hohlkegelförmiger Ventilsitz (68) angeordnet, in welchem ein kalottenförmiges Dichtelement (70) ruht. Das Dichtelement (70) ist im Zentrum einer Membran (72) angeordnet und auf deren Oberseite über eine Hülse (74) mit einem aus permanentmagnetischen Werkstoff bestehenden Anker (76) versehen. Oberhalb des Ankers (76) ist im Zentrum des rohrförmigen Bereiches des Tragkörpers (52) ein stabförmiger Permanentmagnet (78) angeordnet. Der Permanentmagnet (78) steht - wie im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel - dem gleichnamigen Magnetpol des Ankers (76) gegenüber. Die Länge des Magneten (78) ist kürzer als die Länge des Tragkörpers (12). Der Magnet (78) weist im Zentrum von oben her eine Kalibrierbohrung (80) auf, mittels derer die Magnetkraft des Magneten (78) reduzierbar und somit die Schließkraft des Ventilkörpers (70) justierbar ist.

Claims (6)

1. Kraftstoff-Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine, aufweisend einen mit einem Dichtelement verbundenen aus permanentmagnetischem Werkstoff bestehenden Anker eines Elektromagneten, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (20) einen zumindest abschnittsweise aus permanentmagnetischem Werkstoff bestehenden Kern (38, 78) besitzt, dessen magnetische Kraftlinien des Ankers (36, 76) entgegengerichtet sind, und daß der Elektromagnet (20) entgegengesetzt zum Kern (38, 78) magnetisierbar ist.

2. Kraftstoff-Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Anker (36, 76) verbundene Dichtelement (30 bzw. 70) in einer Membran (32 bzw. 72) angeordnet und koaxial zum Kern (38 bzw. 78) axial verschiebbar ist.

3. Kraftstoff-Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (38, 78) als in axialer Richtung verstellbarer Anschlag für den Anker (36 bzw. 76) ausgebildet ist.

4. Kraftstoff-Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (70) kugelkalottenförmig und der Ventilsitz (68) hohlkegelförmig ausgebildet sind.

5. Kraftstoff-Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (30) als Flachdichtung auf einem ringförmigen Ventilsitz (28) ausgebildet ist.

6. Kraftstoff-Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Membran (32) an ihrem äußeren Umfang zwischen einer ersten ringförmigen Sitzfläche (21) am Boden eines das Ventil aufnehmenden Gehäuses (14) und einer zweiten ringförmigen Sitzfläche (23) einer das Gehäuse (14) abschließenden Kappe (22) erfolgt.