DE2843514C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Kraftstoff-Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Einspritzventil ist beispielsweise aus der DE-AS 15 26 633 bekannt. Bei diesem bekannten Einspritzven­ til drückt der Anker mit seiner Stirnfläche direkt auf die ihm gegenübergelegene Stirnfläche der Ventilnadel, die an ihrem anderen Ende mit dem Ventilsitz zusammenwirkt. Bei dieser Anordnung ist es notwendig, daß die Ventilnadel bei der Montage exakt in Axialrichtung ausgerichtet wird, so daß die ringförmige Ventilsitzfläche gleichmäßig abgedichtet wird. Zur einwandfreien Funktion des Ventils ist es außerdem nötig, daß die Bewegungsrichtung der Ventilnadel exakt der Bewegungsrichtung des Ankers entspricht und daß Anker und Ventilnadel auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, damit eine einwandfreie Abdichtung des ringförmigen Ventil­ sitzes mit dem konischen Kopf der Ventilnadel erzielt wird.

Aus der DE-OS 15 76 463 ist ein elektromagnetisches Kraft­ stoff-Einspritzventil bekannt, das eine Magnetspule auf­ weist, welche einen als Anker dienenden Magnetkern um­ schließt. Diese besitzt einen schaftförmigen Ansatz klein­ eren Durchmessers und am Ende dieses Ansatzes einen Teller. Ansatz und Teller haben eine Sackbohrung, in der der Fort­ satz einer Ventilnadel fest aufgenommen ist. Das vordere Ende der Ventilnadel ist als Halbkugel ausgebildet. Die Halb­ kugel arbeitet mit einem konischen Ventilsitz zusammen, von dem sie zur Freigabe einer Kraftstoff-Einspritzöffnung abge­ hoben wird. Dieser Betätigungshub erfolgt gegen die Kraft einer Druckfeder, die sich an einer auf den Teller aufge­ schraubten Mutter abstützt und die Ventilnadel in ihre Schließrichtung vorspannt.

Um eine Ausrichtung der Ventilnadel auf den Ventilsitz zu er­ möglichen, wird bei diesem bekannten Einspritzventil die Ven­ tilnadel dünn und lang ausgeführt, so daß sie sich elastisch den Toleranzen des Ventilgehäuses anpassen kann. Dazu ist eine große Baulänge erforderlich. Außerdem kann ein Verkan­ ten des Ankers bei Betätigung und ein daraus resultierender erhöhter Verschleiß nicht ausgeschlossen werden.

Um über die angestrebte lange Betriebslebensdauer eine ein­ wandfreie Ventilfunktion zu gewährleisten, müssen sehr enge Herstellungstoleranzen eingehalten werden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoff-Einspritzventil nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 zu schaffen, das bei einfachem Aufbau und einfa­ cher Montage ohne eine hochpräzise Axialführung auskommt, ohne daß dadurch erhöhte Reibung und erhöhter Verschleiß auf­ tritt, so daß auch bei langer Betriebszeit eine sichere Funk­ tionsfähigkeit gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentan­ spruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Das Anliegen des Ventilkörpers an der ebenen Stirnfläche des Ankers ermöglicht dem Ventilkörper ein Bewegungsspiel quer zur Ankerlängsrichtung, aufgrund dessen auf einfache Art und Weise eine sicherere Zentrierung der Kugelfläche des Ventilkör­ pers im konischen Ventilsitz erfolgt. Eine beim Zusammenbau des Ventils vorgenommene Zentrierung bleibt so auf Dauer er­ halten und wird bei jedem Schließen des Ventils nachju­ stiert. Die bei der Herstellung des Ventils einzuhaltenden Toleranzen sind daher nicht so kritisch, und man erreicht trotzdem eine einwandfreie Ventilfunktion mit genauer Kraft­ stoffzumessung.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Un­ teransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausfüh­ rungsform eines elektromagnetischen Kraft­ stoff-Einspritzventils nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform eines elektromagnetischen Kraftstoff-Einspritzventils in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Aus­ führungsform eines elektromagnetischen Kraft­ stoff-Einspritzventils nach der Erfindung,

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 3.

Ein elektromagnetisches Kraftstoff-Einspritz­ ventil 5 gemäß Fig. 1 weist als wesentliche Bestand­ teile ein Gehäuse 10, einen Düsenkopf 11, einen Ventilkörper 12 und einen Magneten 14 zur Steuerung des Ventilkörpers 12 auf.

Gemäß Fig. 1 hat das Gehäuse 1 kreisförmige rohrförmige Gestalt, wobei die Außenfläche den unmittel­ baren Einsatz des Kraftstoff-Einspritzventils in eine am Einlaßkasten einer Brennkraftmaschine oder eine ent­ sprechende Buchse in einer Kraftstoffversorgungsanlage gestattet.

Das Gehäuse 10 besteht aus einem oberen Gehäuseteil 15 und einem unteren im Durchmesser kleineren Gehäuseteil 16. Das Gehäuse enthält einen Hohlraum 17, der durch eine in axialer Richtung abgesetzte Bohrung ge­ bildet wird, deren Achse in der Achse des Gehäuses ausge­ richtet liegt. Der Hohlraum 17 wird durch eine obere zylin­ drische Wand 20, eine zylindrische obere Mittelwand 22, eine zylindrische untere Zwischenwand 24 und eine zylindri­ sche untere Wand 25 begrenzt. Die Wände 20, 22 und 24 haben gegenüber der darüberliegenden einen kleineren Durchmesser, während die untere Wand 25 einen größeren Durchmesser als die untere Zwischenwand 24 aufweist. Die Wände 20 und 22 gehen durch eine erste ebene Schulter 21 ineinander über, während die Wände 22 und 24 durch eine zweite ebene Schulter 26 mitein­ ander verbunden sind. Die Wände 24 und 25 werden durch eine dritte ebene Schulter 27 miteinander verbunden.

Die Zwischenwand 24 begrenzt den unteren Umfangs­ bereich einer Kraftstoffkammer 23 innerhalb des Gehäuses 10, das radiale Kanäle 30 in diesem Teil enthält, die in die Zwischen­ wand 24 münden, um die Verbindung mit der Kraftstoffkammer 23 herzustellen.

Mit Preßsitz können in die Querkanäle Kupp­ lungsstutzen 32 eingesetzt sein, um Kraftstoffschläuche anzuschließen, die die Verbindung mit der Kraftstoffanlage der Brennkraftmaschine herstellen. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind die Stutzen 32 und die Querkanäle 30 axial ausgerichtet und liegen rechtwinklig zur Achse des Gehäuses 10.

Der Düsenkopf 11, der sich in dem unteren Gehäuseteil 16 befindet, enthält von oben nach unten in Fig. 1 gesehen einen Ventilsitzeinsatz 40 in Form einer Ringscheibe, der einen axialen durchgehenden Einspritzkanal 41 vorge­ gebenen Durchmessers enthält, welcher an der oberen Stirn­ fläche 43 zu einem konischen Ventilsitz 42 ausgebildet ist, der konzentrisch zum Einspritzkanal 41 liegt. Darunter befindet sich eine Wirbelplatte 44 von kreisförmiger Gestalt, die mehrere über den Umfang verteilte radial einwärts geneigte und axial nach unten gerichtete Kanäle 45 enthält. Darunter liegt ein Einspritzkopf 50, der einen axialen Kanal enthält, welcher im oberen Teil eine Wirbelkammer 51 und anschließend einen weiteren Einspritzkanal 52 bildet, die im wesentlichen konzen­ trisch zueinander liegen.

Jeder der Kanäle 45 in der Wirbelplatte 44 steht mit seinem oberen Ende mit dem unteren Ende des Einspritz­ kanals 41 im Ventilsitzeinsatz 40 in Verbindung, während das untere Ende in die Wirbelkammer 51 mündet, so daß der durchtretende Kraftstoff eine Umfangskomponente erhält, die der Kraftstoff beim Austritt durch den weiteren Einspritzkanal 52 beibehält. Der Kraftstoff weist beim Austritt außer einer axialen Geschwindigkeitskomponente also auch noch eine Umfangskomponente auf. Es wird hierdurch die Zerstäubung des Kraftstoffes bei der Einspritzung verbessert und infolge der verbesserten Zerstäubung kann mit einem niedrigen Ein­ spritzdruck, beispielsweise in der Größenordnung von 70 kPa (0,7 kg/cm²) gearbeitet werden.

Der Ventilsitzeinsatz 40, die Wirbelplatte 44 und der Einspritzkopf 50 sind mit den Stirnflächen gegeneinander anliegend in dem von der unteren zylindrischen Wand 25 im unteren Gehäuseteil 16 gebildeten Raum angeordnet, wobei eine obere Stirnfläche 43 des Ventilsitzeinsatzes 40 gegen die dritte Schulter 27 anliegt. Die drei Bauteile werden in ihrer Lage zueinander durch den einwärts gebördelten Rand 16 a des unteren Gehäuseteils 16 gehalten. Bei der Ausführungs­ form in Fig. 1 hat der Ventilsitzeinsatz 40 neben der oberen Stirn­ fläche 43 eine obere Mantelfläche 40 a mit einer vierten ebenen Schulter 40 c. Die obere Mantelfläche 40 a des Ventilsitzein­ satzes 40 und die Mantelfläche des Einspritzkopfes 50 sind auf den Innendurchmesser der unteren Wand 25 so abgestimmt, daß diese Teile axial ausgerichtet liegen.

Die Abdichtung zwischen dem Ventilsitzeinsatz 40 und der unteren Wand 25 erfolgt durch einen O-Ring 54, der sich an einer äußeren im Durchmesser verringerten Mantelfläche 40 b im unteren Teil des Ventilsitzeinsatzes 40 abstützt. Der O-Ring 54 wird in axialer Richtung durch die vierte ebene Schulter 40 c des Ventilsitzeinsatzes 40 festgelegt und liegt auf der anderen Seite gegen die obere Stirnfläche der Wirbel­ platte 44 an.

Der Strom von Kraftstoff durch den Einspritzkanal 41 im Ventilsitzeinsatz 40 wird durch den Ventilkörper 12 gesteuert, der beweglich in der Kraftstoffkammer 23 liegt und in dieser in senkrechter Richtung zwischen einer Schließ­ stellung, in der er gegen den Ventilsitz 42 anliegt, und einer Offenstellung vom Ventilsitz 42 abgehoben bewegbar ist. Der Ventilkörper 12 hat die Form einer abgeflachten Kugel, wodurch sich eine halbkugelförmige Sitzfläche zur Anlage gegen den Ventilsitz 42 ergibt. Durch die Abflachung ist eine Anlagefläche 12 a geschaffen, über die die Betäti­ gung des Ventils erfolgt. Der Ventilkörper 12 kann aus geeignetem harten Werkstoff bestehen, der magnetisch oder auch nichtmagnetisch ist, vorteilhaft besteht es aus einem rostfreien Stahl SAE 51 440, der entsprechend gehärtet ist.

Um das Lüften des Ventilkörpers 12 von dem Ventilsitz 42 zu unterstützen und den Ventilkörper 12 in Anlage gegen die untere Stirnfläche des Ankers 73 während des Einspritzvorganges zu halten, ist unterhalb des Ventilkörpers eine Druck­ feder 55 vorgesehen, die lose im Einspritzkanal 41 des Ventilsitz­ einsatzes 40 liegt. Diese Feder 55 stützt sich, wie Fig. 1 zeigt, gegen die obere Stirnfläche der Wirbelplatte 44 ab und liegt gegen die halbkugelförmige Fläche des Ventilkörpers 12 gegenüber der ebenen Anlagefläche 12 a an. Die Betätigung des Ventilkörpers 12 wird durch den Magneten 14 bewirkt.

Der Magnet 14 besteht aus einem rohrförmigen Spulenkörper 60 zur Aufnahme einer Wicklung 61. Der Spulen­ körper 60 liegt im oberen Gehäuseteil 15 zwischen der zweiten Schulter 26 und der unteren Stirnfläche einer kreisförmigen Polstückplatte 62, deren Mantelfläche verschiebbar im Bereich der oberen zylindrischen Wand 20 liegt und gegen die erste Schulter 21 anschlägt und in axialer Richtung durch den radial einwärts gebundenen oberen Rand 15 a des oberen Gehäuseteils 15 festgehalten ist.

Der Spulenkörper 60 enthält eine axiale Bohrung 60 b, deren Innendurchmesser dem Innendurchmesser der unteren mittleren Zwischenwand 24 entspricht, so daß sie deren axiale Verlängerung darstellt. Die Polstückplatte 62 ist ebenfalls mit einer zentralen axialen Bohrung 62 a versehen, um den rohrförmigen Kern 63 des Polstücks aufzunehmen, der mit einer Schweißnaht 64 an der Polstückplatte 62 befestigt ist. Die untere ebene Stirnfläche des Kerns 63 erstreckt sich in die Bohrung 60 b des Spulenkörpers 60 um ein vorgegebenes axiales Maß und enthält mindestens einen Querschlitz 63 a rechtwinklig zur Achse. Die Polstückplatte 62 ist ferner mit einem lotrechten bogenförmigen Schlitz 62 b versehen, um den lotrechten bogenförmigen Ansatz 60 a des Spulenkörpers 60 aufzunehmen, durch den zwei elektri­ sche Leiter 66 hindurchgeführt sind. Die elektrischen Leiter 66 sind mit ihren anderen Enden an die Wicklung 61 angelötet.

Über die elektrischen Leiter 66 kann die Wicklung 61 an einen elektrischen Kontrollkreis ange­ schlossen werden, der nicht dargestellt ist, und über einen elektronischen Steuerkreis erregt oder stromlos gemacht werden, so daß die Kraftstoff-Einspritzeinrichtung in bekannter Weise in Abhängigkeit vom Betrieb der Brennkraft­ maschine betätigt wird.

Der Kern 63 enthält eine axiale abgesetzte Bohrung 63 c, die am oberen Ende mit einem Gewinde 63 b ver­ sehen ist. In dieses Gewinde ist das Außengewinde einer Einstellschraube 70 eingesetzt, die einen Querschlitz 70 a am oberen Ende zum Ansetzen eines Werkzeuges aufweist. Das untere Ende der Einstellschraube 70 ist mit einer axialen Sackbohrung 71 versehen, die konzentrisch zur Achse der Einstellschraube liegt und das eine Ende eines zylindrischen Ankerführungsstiftes 72 aufnimmt. Der Ankerführungsstift 72 ist zweckmäßig aus einem geeigneten nichtmagnetischen Werkstoff hergestellt und in der Einstellschraube 70 durch Preßsitz und einen Kleber an den Berührungsflächen be­ festigt. Der Ankerführungsstift 72 hat eine axiale Länge, so daß sein unteres Ende, wenn er an der Einstellschraube 70 befestigt ist, um einen vorgegebenen axialen Abstand unter das geschlitzte Ende 63 a des Ankerkerns 63 ragt.

Der kolbenförmige Anker 73 des Magneten weist eine kreisförmige äußere Mantelfläche vorgegebener Ab­ messungen auf, so daß der Anker 73 leicht gleitend in der Führung aufgenommen ist, die aus der zylindrischen unteren Zwischenwand 24 des oberen Gehäuseteiles 15 und dem unteren Ende der Bohrung 60 b des Spulenkörpers 60 gebildet ist. In Fig. 1 ist ein großes Spiel zwischen diesen Teilen zur besseren Darstellung gezeichnet; das tatsächliche Spiel ist wesentlich geringer. Der Anker 73 enthält eine abgesetzte zentrale Bohrung, um eine obere Federkammer 74 und eine untere Führung 75 vorgegebenen Durchmessers zu bilden, in welch letzterer verschieblich der Ankerführungsstift 72 ge­ führt ist. Der Anker 73 ist mit seiner ebenen unteren Stirn­ fläche in Anlage gegen den Ventilkörper 12 und enthält in dieser einen radialen Schlitz 76, der rechtwinklig zu der Achse steht.

Der Anker 73 ist axial zwischen einer unteren Stellung gemäß Fig. 1 und einer oberen Stellung beweglich. In der unteren Stellung liegt die untere Stirnfläche gegen die ebene Fläche 12 a des Ventilkörpers 12 an, so daß der Ventilkörper gegen den Ventilsitz 42 gedrückt wird. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist das Ausmaß des Hubes des Ventilkörpers 12 durch das Anfahren der oberen Stirnfläche des Ankers 73 gegen die untere, mit dem Schlitz 63 a versehene Stirnfläche des Kerns 63 gegeben. Während der Bewegung des Ankers in diese angehobene Stellung bewirkt die Feder 55 das Abheben des Ventilkörpers 12 unter Aufrechterhalten der Anlage gegen die untere Stirnfläche des Ankers 73 während der Öffnungs- und Schließbewegung gegen die Kraft des Kraftstoffs, der durch die Kraftstoffkammer 23 strömt.

Die Belastung des Ankers 73 in die untere Stellung und damit des Einspritzventils in die Schließstellung wird durch eine schraubenförmige Rückstellfeder 77 bewirkt, deren Federkraft um einen vorgegebenen Wert größer als die der Feder 55 ist. Die Rückstellfeder 77 liegt in der Federkammer 74 des Ankers 73 und umgibt den Ankerführungsstift 72 lose. Das eine Ende der Rückstellfeder 77 erstreckt sich in die Bohrung 63 c des Kerns 63 und stützt sich an dem unteren Ende der Einstell­ schraube 70 ab. Das andere Ende der Rückstellfeder 77 liegt gegen eine radiale Schulter 73 a an, die durch den Boden der Federkammer 74 im Anker 73 gebildet ist. Die Rückstellfeder 77 hat eine vorgegebene Federkraft, die normalerweise den Anker 73 in die Stellung gemäß Fig. 1 belastet, so daß die halbkreisförmige Sitzfläche des Ventilkörpers 12 am Ventil­ sitz 42 gegen die Kraft der Feder 55 gehalten ist, wenn die Wicklung 61 stromlos ist.

Sowohl die untere Stirnfläche des Kerns 63 als auch die untere Stirnfläche des Ankers 73 sind - wie erwähnt - mit Querschlitzen versehen, durch die hydraulische Sperren und Flüssigkeitsdruckdifferenzen zwischen zusammenarbeitenden Flächen vermieden werden. Hydrostatischer Druck wird durch die Querschlitze abgebaut, da Flüssigkeitsabfluß für eingeschlossenen Kraftstoff zwischen den zusammenarbeitenden Flächen gewährleistet ist. Der flüssige Kraftstoff fließt radial auswärts durch die Schlitze 63 a, wenn sich beispiels­ weise der Anker 73 nach oben bewegt.

Wird die Wicklung 61 stromlos und der Anker 73 in die dargestellte Lage gebracht, so ergibt sich ein Luft­ spalt zwischen der oberen Stirnfläche des Ankers 73 und der unteren Stirnfläche des Kernes 63, der eine verhältnis­ mäßig geringe axiale Länge hat. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wird die gewünschte axiale Länge des Luftspaltes durch das wahlweise Spiel der zusammenarbeitenden Bauteile erzielt.

Der Anker 73 wird axial durch den einen kleinen Durchmesser aufweisenden Ankerführungsstift 72 geführt, der verschieblich in der Bohrung 75 des Ankers 73 aufgenommen ist. Das Spiel zwischen dem Außendurchmesser des Ankers 73 und dem Innendurchmesser der Bohrung 60 b des Spulenkörpers 60 und der unteren zylindrischen Wand 24 des Gehäuses 10 ist so gewählt, daß sich ein richtiges Spiel ergibt, durch das die hydraulische Dämpfung verringert wird. Ferner hat der Luftspalt einen Kleinstwert, der jedoch ausreichend groß ist, um irgendwelche Schwierigkeiten, die sich aus kleinen Nichtkonzentrizitäten der Bauteile ergeben würden, auszuschließen. Die Führung des Ankers 73 durch den führenden Ankerführungsstift 72 mit kleinem Durchmesser vermindert die Reibung des Ankers bei seiner Bewegung gegenüber Ankern, die an ihren größeren Mantelflächen ge­ führt sind, wodurch die dynamischen Ansprechzeiten der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung verbessert wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist der Spulenkörper 60 mit ringförmigen ausgesparten Nuten an den beiden Stirnseiten versehen, die radial auswärts der Bohrung 60 b liegen und O-Ringdichtungen 80 und 81 aufnehmen. Der O-Ring 80 bewirkt die Abdichtung zwischen der zweiten Schulter 26 und der unteren Stirnfläche des Spulenkörpers 60, während der O-Ring 81 die Abdichtung zwischen dem Spulen­ körper 60 und der Außenmantelfläche des Kerns 63 bewirkt.

Eine abgewandelte Ausführungsform des elektro­ magnetischen Kraftstoff-Einspritzventils 5′ ist in Fig. 2 dargestellt, in der ähnliche Teile der ersten Ausführungsform mit gleichen Bezugszeichen, jedoch durch Hinzufügen eines Apostrophs, bezeichnet sind. Das Gehäuse 10′ hat hier eine größere Länge als das Gehäuse 10 der ersten Ausführungsform, wobei die Vergrößerung der Länge zwischen den Schultern 26′ und 27′ vorgenommen ist, also das untere Gehäuseteil 16′ eine größere Länge aufweist.

Die zylindrische untere mittlere Wand zwischen den Schultern 26′ und 27′ des Gehäuses 10′ ist abgesetzt ausgebildet, wobei sich eine obere zylindrische Wand 24′ zur verschieblichen Aufnahme des oberen großen Durchmesser aufweisenden Teils 73 a′ des Ankers 73′ ergibt und eine darunter liegende zylindrische abgesetzte Bohrung. Diese untere abgesetzte Wand besteht aus einer lotrechten Wand 24 a′, die über ihre axiale Länge einen größeren Durchmesser als die Wand 24′ hat, und in eine einwärts geneigte Wand 24 b′ in eine senkrechte untere Wand 24 c′ übergeht. Die letzterwähnten Wände begrenzen mit dem unteren Teil 73 b′ des Ankers 73′ eine Kraftstoffkammer 23′ größeren Volumens gegenüber der Bauform nach Fig. 1. Eine ebene Schulter 24 d′ verbindet die Wände 24′ und 24 a′, während die Wände 24 c′ und 25′ durch die ebene Schulter 27′ verbunden sind. Auch bei dieser Ausführungsform münden Querkanäle 30′ in die Kraftstoffkammer 23′ dicht oberhalb des Ventilkörpers 12′, so daß bei Auftreten von Kraftstoffdämpfen in der Kraft­ stoffkammer 23′ diese Dämpfe nach oben strömen, so daß nur flüssiger Kraftstoff im Zumeßbereich des Ventilkörpers 12′ und des Ventilsitzes 42′ vorliegt.

Bei der zweiten Ausführungsform ist auch der Düsenkopf 11′ abgewandelt, wie dies Fig. 2 zeigt. Der Düsen­ kopf besteht aus einem Ventilsitzeinsatz 40′ mit einem zentralen Kanal 41′, einer abgewandelten Wirbelplatte 44′ und einem abgewandelten Einspritzkopf 50′. Die Wirbelplatte 44′ enthält mehrere über den Umfang verteilte geneigte und axial gerichtete Kanäle 45′, von denen sechs vorgesehen sind. Diese Kanäle 45′ erstrecken sich von einer Ringnut 46 in der oberen Stirnfläche der Wirbelplatte 44′. Die Ringnut 46 umgibt einen an der Wirbelplatte 44′ gebildeten Ansatz 47, der sich lotrecht nach oben erstreckt und einen Außendurchmesser und eine axiale Länge aufweist, so daß er frei in den Kanal 41′ des Ventilsitzeinsatzes 40′ ragt. Das untere Ende des Kanals 41′ ist radial nach außen erweitert, damit ein freier Kraftstofffluß zur Ringnut 46 ermöglicht ist. Der Ansatz 47 dient dazu, die Ventilfeder 55′ zu zentrieren und das Volumen von im Kanal 41′ verfügbaren Kraftstoff zu verringern. Der Einspritzkopf 50′ ist mit einem geraden Kanal 52′ versehen, der dem Abstrom aus der Wirbelkammer und der Kraftstoffkammer dient.

In den Fig. 3 und 4 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines elektromagnetischen Kraftstoff­ einspritzventils 105 dargestellt, wobei ähnliche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie beim ersten Ausführungsbei­ spiel bezeichnet sind, jedoch um 100 erhöht.

Bei dieser Bauart wird der zylindrische Hohl­ raum 117 durch die abgesetzte Bohrung im Gehäuse 110 des Kraftstoffeinspritzventils 105 durch zylindrische Wände 129, 122, 124 und 125 begrenzt, wobei diese verbinden­ de Schultern 121, 126 und 127 vorgesehen sind, wie dies auch bei der ersten Ausführungsform der Fall ist. Unter­ schiedlich ist jedoch die zylindrische Wand 124 mit abge­ setztem Durchmesser ausgebildet, so daß ein oberes Wand­ teil 124 lose gleitend das Teil 173 a großen Durchmessers des Ankers 173 umgibt, und ein unteres Wandteil 124 a größeren Durchmessers als das obere Wandteil mit dem unteren Teil 173 b verringertem Durchmessers des Ankers die ringförmige Kraftstoffkammer 123 begrenzt.

Ferner ist die untere zylindrische Wand 125 an der freien Stirnseite mit einem Innengewinde 125 a ver­ sehen. Die Schulter 127 zwischen den Wänden 124 a und 125 ist bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 4 um einen bestimmten Winkel zur Achse des Hohlraumes geneigt ausgebildet und hat einen vorgegebenen axialen Abstand von der unteren ebenen Stirnfläche des Kerns 163. Ferner ist das Gehäuse 110 des Kraftstoffeinspritz­ ventils 105 nahe seinem unteren Ende mit drei gleichmäßig über den Umfang verteilten radialen Kanälen 130 versehen, die sich rechtwinklig zur Achse des Gehäuses erstrecken und in die Kraftstoffkammer 123 einmünden. Da dieses Kraft­ stoffeinspritzventil 105 zum Einbau in eine Buchse vorgesehen ist, stellen die radialen Kanäle 130 eine unmittelbare Kraftstoffver­ bindung mit der ringförmigen Kraftstoffkammer 92 dar, die durch die äußere Mantelfläche des Gehäuses 110 und eine oder mehrere benachbarte zylindrische Wände der Buchse begrenzt wird, wenn das Kraftstoffeinspritzventil 105 in die Halterung der Einspritzanlage eingesetzt ist.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 ist der Ventilkörper 112 ähnlich wie der Ventilkörper der ersten Ausführungsform ausgebildet mit der Ausnahme, daß eine Führung für die Ventilfeder 155 an der Unterseite des Ventilkörpers vorgesehen ist. Der Ventilkörper 112 hat gegenüber der ebenen Fläche 112 a eine kreisförmige Ausnehmung 112 c, in die das eine Ende der Ventilfeder 155 eingreift. Das andere Ende der Ventilfeder 155 liegt gegen die obere Stirnfläche der Wirbelplatte 144 an und wird durch den sie umgebenden Ansatz 147 zentriert. In abgewandelter Weise kann anstelle der kreisförmigen Aussparung natürlich auch ein das Federende zentrierender Ansatz an der kugligen Fläche des Ventilkörpers vorge­ sehen werden.

Der Magnet 114 des Kraftstoffeinspritzventils 105 enthält einen rohrförmigen Spulenkörper 160 zur Aufnahme einer Wicklung 161. Der Spulenkörper 160 ist in dem Gehäuse 110 zwischen der Schulter 126 und der oberen Stirnfläche eines kreisförmigen Polstückes 162 angeordnet, das verschieblich mit seinem oberen Rand in der Wand 120 geführt ist. Das Polstück 162 wird in axialer Richtung im Gehäuse 110 zwischen der Schulter 121 und dem radial einwärts gebördelten Rand 115 a des Gehäuses gehalten. Dichtungen 180 und 181 zwischen der Schulter 126 und der unteren Stirnfläche des Spulenkörpers 160 bzw. der oberen Stirnfläche des Spulenkörpers 160 und der oberen Stirn­ fläche des Polstückes 162 dienen der Abdichtung (Fig. 3).

Mit dem Polstück 162 ist ein zentral nach unten ragender rohrförmiger Kern 163 verbunden, dessen Außendurchmesser so gewählt ist, daß der Kern gleitend in der Bohrung 160 b des Spulenkörpers 160 geführt ist. Der Kern 163 hat eine vorgegebene axiale Länge, so daß er um einen vorgegebenen Betrag axial in den Spulenkasten 160 mit axialem Abstand von der Schulter 127 ragt. Das Polstück 162 ist ferner mit einem nach oben gerichteten zentralen Ansatz 162 b versehen, der radial erweitert am oberen Ende ist.

Das Polstück 162 und der Kern 163 enthalten eine zentrale abgesetzte Bohrung 163 c, deren oberes Ende ein Innengewinde 163 b trägt. Eine Einstellschraube 170 mit einem Schlitz 170 a zum Ansetzen eines Werkzeugs an der oberen Stirnfläche ist in das Innengewinde 163 b ein­ schraubbar.

Das Polstück 162 ist ferner mit zwei sich diametral gegenüberliegenden kreisförmigen Durchlässen ver­ sehen (nicht dargestellt), die radial auswärts des Ansatzes 162 b liegen, um lotrechte kreisförmige Ansätze 160 a des Spulenkörpers 160 aufzunehmen, von denen in Fig. 3 nur einer dargestellt ist. Jeder Ansatz 160 a nimmt einen Anschlußleiter 166 auf, dessen nicht dargestelltes anderes Ende beispiels­ weise durch Löten mit der Wicklung 161 verbunden ist. Die elektrischen Anschlüsse und ihre Teile sind hierbei diametral zueinander angeordnet, um ein gleichmäßigeres und symme­ trisches Magnetfeld beim Erregen der Wicklung 161 zu bilden, das den zylindrischen Anker 173 nach oben ohne wesentliche Querkräfte bewegt. Ein Kanten des Ankers 173 würde nämlich die Reibung am Ankerführungsstift 172 des Ankers 173 erhöhen.

Der Ankerführungsstift 172 (Fig. 3) besteht aus einem geeigneten nichtmagnetischen Werkstoff und hat zwei axialen Abstand voneinander aufweisende zylindrische Bunde 172 a größeren Durchmessers, die in der Bohrung 163 c des Kerns 163 geführt sind und eine koaxiale Ausrichtung des Ankerführungsstiftes 172 zu dieser Bohrung und damit zum Gehäuse 110 bewirken. Der im Durchmesser vergrößerte obere Bund des Ankerführungsstiftes 172 schlägt gegen die untere Stirnfläche der Einstellschraube 170 an, während die im Durchmesser kleinere untere Stirnfläche des Ankerführungs­ stiftes 172 sich axial über den Kern 163 hinweg erstreckt, um eine Ausrichtung des Ankers 173 bei seiner axialen Bewe­ gung zu bewirken. Eine O-Ringdichtung 178 liegt gegen die Wand der Bohrung 163 c an und ist zwischen einer Ringnut kleineren Durchmessers zwischen den Bunden 172 a des Anker­ führungsstiftes 172 gehalten.

Der Anker 173 des Magneten 114 hat zylindri­ sche Rohrform, wobei ein oberes Teil einen Außendurchmesser hat, der ein loses Gleiten zur unteren mittleren Wand 124 des Gehäuses und dem unteren Führungsteil der Bohrung 160 b des Spulenkörpers 160 ermöglicht. Der Anker 173 enthält eine zentrale abgesetzte Bohrung, um eine obere Federkammer 174 und eine untere Führung 175 für den Ankerführungsstift zu bilden, deren Durchmesser so gewählt ist, daß der Anker­ führungsstift mit enger Toleranz gleitend geführt ist. Der Anker 173 hat an der unteren Stirnfläche einen zentralen radial gerichteten engen Schlitz 176, der rechtwinklig zur Achse des Ankers liegt. An der oberen Stirnfläche ist der Anker 173 mindestens mit einem rechtwinklig zur Achse liegenden Querschlitz 176 a versehen.

Der Anker 173 ist normalerweise in die untere Stellung in Anlage gegen den Ventilkörper 112, diesen gegen den Ventilsitz 142 drückend, durch eine Rückstellfeder 177 belastet, deren Federkraft um einen vorgegebenen Betrag größer als die der Ventilfeder 155 ist. Die Rückstellfeder 177 liegt in der Federkammer 174 des Ankers 173 und der Bohrung des Kerns 163 und umgibt das untere im Durchmesser verkleinerte Ende des Ankerführungsstiftes 172. Das eine Ende der Feder stützt sich hierbei an einer radialen Schulter 173 c in Form des Bodens der Federkammer 174 ab, während ihr anderes Ende gegen eine radiale Schulter 172 b des Ankerführungsstiftes 172 anliegt, wodurch dieser gegen die Einstellschraube 170 in Anlage gehalten wird.

Bei einer ausgeführten Form ist die Kraft der Rückstellfeder 177 etwa 7,8 Newton, während die Kraft der Ventilfeder 2,78 Newton betrug. Diese Kräfte sind im wesentlichen in beiden Stellungen des Ventilkörpers gleich.

Es wurde festgestellt, daß ein verbessertes dynamisches Verhalten dauernd bei einem elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventil erreicht werden kann, wenn ein kugelförmiger Ventilkörper beim ursprünglichen Einbau zentriert wird und dann im wesentlichen während des Betriebes in der zentrierten Lage verbleibt. Ist dies nicht der Fall, so hat der kugelförmige Ventilkörper die Neigung, seitlich aus­ zuweichen, so daß sich eine ungleichmäßige Durchströmung des Ventilsitzes ergibt.

Um dies zu vermeiden, ist der Ventilkörper als Kugelventil mit einer Abflachung ausgebildet, die im eingebauten Zustand des Ventilkörpers gegen die ebene Stirnfläche des Ankers 173 des Magneten 114 anliegt. Da die mit dem Ventilsitz 142 zusammenarbeitende teilkugelförmige Fläche 112 b des Ventilkörpers 112 dauernd in genau zentrierter Lage zum Ventilsitz gehalten ist, ergibt sich eine konstante Durchflußmenge bei jedem Einspritzvorgang.

Der Anker 173 besteht aus magnetischem Werk­ stoff und auch der Ventilkörper 112 ist aus derartigem Werkstoff hergestellt, beispielsweise einem geeigneten rostfreien Stahl, beispielsweise einem SAE 1002 der karbo­ nisiert ist. Beide Bauteile sind somit infolge der Wärme­ behandlung magnetisch hart. Beide Bauteile haben daher bleibenden Magnetismus nach Stromloswerden der Wicklung 161. Der Ventilkörper 112 und der Anker 173 werden dadurch an ihren Berührungsflächen magnetisch zusammengehalten, selbst nachdem die Wicklung 161 stromlos geworden ist. Die zentrierte Stellung des kugelförmigen Ventilkörpers bleibt somit wie ursprünglich eingestellt erhalten.

Die Ventilfeder 155 hält eine axiale Kraft auf­ recht, die den Ventilkörper 112 in Anlage gegen den Anker 173 dauernd hält, wodurch der Ventilkörper gegen den Ventilsitz 142 in der ursprünglich zentrierten Lage verbleibt.

Die ebene Fläche 112 a des Ventilkörpers 112 und die untere Stirnfläche des Ankers 173 neigen dazu, durch hydraulische Adhäsion aneinander zu haften, da ein dünner Kraftstoffilm jederzeit in ihren Berührungsflächen vorhanden sein wird. Jedoch wird der Einfluß dieser hydraulischen Haftung von der Anwesenheit des Flüssigkeitsfilms und der Gestalt der Flächen abhängen.

Es wurde jedoch festgestellt, daß nicht alle erwähnten Bedingungen eingehalten werden müssen, damit der Ventilkörper 112 in der zentrierten Lage zum Ventilsitz 142 verbleibt. So kann beispielsweise auch ein einwandfreier Betrieb erzielt werden, ohne daß eine magnetische Haftung besteht, wenn ein Ventilkörper aus nichtmagnetischem Werkstoff verwendet wird, beispielsweise einer aus Keramik.

Ebenso haben Kraftstoff-Einspritzventile ohne Hilfe der Ventilfeder 155 gearbeitet, wie Versuchsläufe gezeigt haben. Jedoch ist es beim Dauerbetrieb erwünscht, daß die Feder 155 den Ventilkörper 112 bei dauernder Erregung des Magneten 114 offenhält, da anderenfalls die Kraft des dauernd strömenden Kraftstoffes durch die Kraftstoffkammer 123 durch den Kanal 141 ein Ungleichgewicht der Kräfte am Ventilkörper 112 bewirken könnte, besonders, wenn dieser aus nichtmagnetischem Werkstoff besteht, da dann eine Trennung vom Anker 173 eintreten könnte, so daß das Ein­ spritzventil trotz erregtem Magneten schließt. Die Feder 155 gewährleistet aber, daß der Ventilkörper 112 in der angehobenen und zentrierten Lage verbleibt, solange der Magnet erregt ist, worauf dann die Kraft der Rückstellfeder 177 beim Stromloswerden des Magneten das Schließen des Einspritzventils bewirkt.

Es wurde festgestellt, daß selbst bei Ab­ sperren der Kraftstoffzufuhr zum Kraftstoff-Einspritz­ ventil 105 dieses zu arbeiten beginnt, d. h. trocken läuft, und trotzdem ein Flüssigkeitsfilm in der Berührungsfläche zwischen dem Anker und dem Ventilkörper für eine Zeit erhalten bleibt, so daß die Zentrierung des Ventilkörpers durch hydraulisches Haften erhalten bleibt.

Der Ventilkörper 112 und der Anker 173 sind als besondere Bauteile hergestellt und nicht zu einer Einheit verbunden, wie dies bei bisher bekannten Bauarten der Fall ist. Durch die Ausbildung des Ventilkörpers 112 als eigenes Bauteil kann er mit seiner ebenen Fläche 112 a frei an der unteren ebenen Stirnfläche des Ankers rechtwinklig zur Achse des Ankers gleiten und sich selbst zu seinem Ventilsitz 142 zentrieren, wenn der Schließvor­ gang erfolgt. Aus diesem Grunde sollte die Kraft der Ventil­ feder 155 genügend groß sein, um die Berührung zwischen der ebenen Fläche 112 a des Einspritzventils und der unteren Stirnfläche des Ankers 173 während der axialen Bewegung aufrecht zu erhalten, damit die einmal gewonnene zentrierte Lage beibehalten bleibt.

Bei einer ausgeführten Anlage, bei der die Kraft der Ventilfeder 155 2,78 Newton und die Kraft der Rückstellfeder 177 7,8 Newton war, hatte der Ventilkörper 112 einen Durchmesser von 5,556 mm, wodurch sich eine Anpreßkraft von 5,02 Newton gegen den Ventilsitz 142 ergab. Der Ventilkörper hatte eine ebene Fläche 112 a der Größe der Stirnfläche des Ankers, wodurch sich eine Kraft zwischen dem Anker 173 und dem Ventilkörper in der oberen Stellung des Ankers 173 von 184,44 kPa (1,87 kg/cm²) ergab, während in der unteren Stellung, also der Schließstellung, die Belastung 516,435 kPa (5,25 kg/cm²) ergab. Bei gleicher Größe der ebenen Fläche 112 a und einem größeren Durchmesser des Ventilkörpers von 7,144 mm würden sich gleiche Werte ergeben.

Bezüglich der Zentrierung des Ventilkörpers durch Kontakt mit dem Ventilsitz 142 ist die Belastung bis zu diesem Punkt wesentlich kleiner als die Kraft, die durch eine Punktberührung eintritt, wenn der Ventilkörper nicht einwandfrei zum Ventilsitz zentriert ist. Die radiale Kraft, die zum Zentrieren des Ventilkörpers zum Ventilsitz 142 erforder­ lich wäre, wäre größer als die radiale Reibungskraft zwischen der ebenen Fläche 112 a und der ebenen Stirnfläche des Ankers 173, durch die das Zentrieren des Ventilkörpers 112 erfolgt.

Die oben angegebenen Werte sprechen für die Dauerhaftigkeit und Wiederholbarkeit des Strömungsvorganges. Obwohl größere Federkräfte als angegeben verwendet werden können, ist dies weniger erwünscht, da bei zu großen Feder­ kräften Erosionserscheinungen an den Berührungsflächen zwischen dem Anker 173 mit dem Kern 163 oder der dazwischen angeordneten Scheibe 178′ aus nichtmagnetischem Werkstoff auftreten können.

Claims (4)

1. Elektromagnetisches Kraftstoff-Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine mit einer in einem Gehäuse (10, 10′, 110) angeordneten Kraftstoff­ kammer (23, 23′, 123) zur Aufnahme von Kraftstoff, aus der Kraftstoff über einen einen ringförmigen konischen Ventilsitz (42, 42′, 142) enthaltenden Einspritzkanal (41, 41′, 141) der Brennkraftmaschine zugeleitet wird, mit einer Magnetspulenanordnung (14, 114) an dem dem Einspritzkanal (41, 41′, 141) abgewandten Ende des Gehäuses (10, 10′, 110), mit einem in dem Gehäuse (10, 10′, 110) axial beweglichen Anker (73, 73′, 173), durch den ein vom Anker (73, 73′, 173) getrennter Ventilkörper (12, 12′, 112), der eine mit dem Ventil­ sitz (42, 42′, 142) zusammenarbeitende Dichtfläche aufweist, senkrecht zum Ventilsitz (42, 42′, 142) zum Öffnen betätigbar ist, und mit einer den Anker (73, 73′, 173) im Schließsinne des Ventilkörpers (12, 12′, 112) beaufschlagenden Rückstellfeder (77, 177), wobei der Anker (73, 73′, 173) und der Ventilkörper (12, 12′, 112) einander zugewandte, zueinander parallele, ebene Flächen besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventil­ körper (12, 12′, 112) als ein eine ebene Fläche auf­ weisender Kugelkörper ausgebildet ist, dessen Kugel­ fläche die Dichtfläche bildet und dessen ebene Fläche ständig an der ihr zugewandten ebenen Fläche des Ankers (73, 73′, 173) anliegt.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspulenanordnung (14, 114) eine zentrale Bohrung (60 b, 160 b) aufweist, die im wesentlichen konzentrisch zu dem Ventilsitz (42, 42′, 142) liegt und einen fest darin angeordneten, zu dem Ventilsitz (42, 42′, 142) hin gerichteten Führungsstift (72, 172) enthält, und daß der Anker (73, 73′, 173) eine Bohrung (75, 75′, 175) aufweist, die den Führungsstift (72, 172) mit Gleit­ spiel zur axialen Verschiebeführung des Ankers (73, 73′, 173) aufnimmt.

3. Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Einspritzkanal (41, 41′, 141) eine Feder (55, 55′, 155) angeordnet ist, die sich gegen die Kugelfläche des Ventilkörpers (12, 12′, 112) abstützt und diesen im Öffnungssinn beaufschlagt.

4. Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ventilkörper (12, 12′, 112) im Öffnungssinn beauf­ schlagende Feder (55, 55′, 155) in dem Einspritzkanal (41, 41′, 141) zentriert um einen Ansatz (47, 147) einer Wirbelplatte (44, 44′, 144) herum angeordnet ist.