DE3544575A1

DE3544575A1 - Elektromagnetisch betaetigtes kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE3544575A1
Application number: DE19853544575
Authority: DE
Inventors: Hideo Aichi Kiuchi
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1984-12-26
Filing date: 1985-12-17
Publication date: 1986-07-03
Also published as: US4676478A; DE3544575C2; JPH0656140B2; JPS61152960A

Description

Elektromagnetisch betätigtes Kraftstoffe!nspritz-

ventil

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigtes Kraftstoffeinspritzventi1 für eine elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritz an lage.

Bei einer elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges wird ein elektromagnetisch betätigtes Kraftstoffeinspritzventi1 verwandt.

Wie es in der US-PS 4 331 317 beispielsweise dargestellt ist, weist ein Kraftstoffeinspritzventil im allgemeinen eine elektromagnetische Spule, die auf einen Statorkern im Ventilgehäuse gewickelt ist, einen Ankerkern, der in einem Stück mit einer Ventilnadel zum Öffnen und Schließen einer Einspritzöffnung verbunden ist, und eine Feder auf, die zwischen den Statorkern und dem Ankerkern angeordnet ist und die Ventilnadel so vorspannt, daß sie die Einspritzöffnung schließt. Wenn die elektromagnetische Spule erregt wird, wird ein magnetischer Kreis über den Statorkern, das Ventilgeäuse, den Ankerkern und den Luftspalt zwischen dem Statorkern und dem Ankerkern gebildet und wird der Ankerkern gegen die Vorspannkraft der Feder angezogen, so daß die in einem Stück mit dem Ankerkern ausgebildete Ventilnadel die Einspritzöffnung zum Zuteilen des Kraftstoffes öffnet.

Im magnetischen Kreis ist die kleinste Querschnittsfläche für den Magnetfluß dort gebildet, wo der untere Teil des Statorkerns und der obere Teil des Ankerkerns mit dem dazwischen befindlichen Luftspalt einander zugewandt sind, wobei die

Querschnittsfläche für den Magnetfluß an den anderen Teilen des magnetischen Kreises größer als die kleinste Querschnittsfläche ist. Das hat zur Folge, daß dann, wenn die elektromagnetische Spule erregt bleibt, der tatsächlich durch die elektromagnetische Spule fließende elektrische Strom und die sich daraus ergebende elektromagnetische Kraft allmählich zunehmen, bis eine magnetische Sättigung erreicht wird, und zwar selbst nachdem der Ankerkern und die Ventilnadel vollständig angezogen sind, um die Einspritzöffnung nach einer Ansprechverzögerung der Ventilöffnung vollständig zu öffnen. Da das Zeitintervall, über das die elektromagnetische Spule erregt bleibt, proportional zur benötigten Kraftstoffmenge variiert, hängen der elektrische Strom, der durch die elektromagnetische Spule geflossen ist, und die elektromagnetische Kraft, die kurz vor dem Entregen der elektromagnetischen Spule erzeugt wurde, von dem Zeitintervall ab, über das die elektromagnetische Spule erregt wurde. Das hat zur Folge, daß die Anspechverzögerung für das Schließen des Ventils, bei dem die Ventilnadel aus der vollständig offenen Lage auf eine Entregung der elektromagnetischen Spule ansprechend in die vollständig geschlossene Lage zurückgeführt wird, in Abhängigkeit vom Erregungszeitintervall variiert. Selbst wenn die Ansprechverzögerung für die Ventilöffnung im wesentlichen konstant ist, kann daher eine Linearität zwischen dem Erregungszeitintervall und der zugeteilten Kraftstoffmenge nicht sichergestellt werden.

Durch die Erfindung soll daher ein elektromagnetisch betätigtes Kraftstoffeinspritzventi1 geschaffen werden, das eine im wesentlichen lineare Beziehung zwischen dem Erregungszeitintervall und der zugeteilten Kraftstoffmenge sicherstellt.

Bei dem erfindungsgemäßen elektromagnetisch betätigten Kraftstoffeinspritzventil soll insbesondere die Ansprechverzögerung für das Schließen des Ventils im wesentlichen konstant sein.

Bei dem erfindungsgemäßen elektromagnetisch betätigten Kraftstoffeinspritzventil soll schließlich der magnetische Kreis im wesentlichen magnetisch sättigen, sobald der Ankerkern vollständig angezogen ist.

Das erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigte Kraftstoffeinspritzventil weist einen magnetischen Kreis auf, der ein Ventilgehäuse, einen Statorkern, auf den eine elektromagnetische Spule gewickelt ist, einen Ankerkern,der in einem Stück mit einer Ventilnadel ausgebildet ist, und einen Luftspalt zwischen dem Statorkern und dem Ankerkern umfaßt. Wenigstens das Ventilgehäuse, der Statorkern und/oder der Ankerkern ist so ausgebildet, daß der da hindurchgehende Magnetfluß im wesentlichen zu dem Zeitpunkt sättigt, an dem der Ankerkern vollständig angezogen ist.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig . 1 in einer Querschnittsansicht ein

erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektromagnetisch betätigten Kraftstoffeinspritz ventiIs,

Fig.2 in einem Zeitdiagramm die Arbeitswei

se des ersten, in Fig . 1 dargestellten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen KraftstoffeinspritzventiIs,

Fig.3 in einer Querschnittsansicht ein zwei

tes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektromagnetisch betätigten KraftstoffeinspritzventiIs, und

Fig.4 ein drittes Ausführungsbeispiel des

erfindungsgemäßen elektromagnetisch betätigten Kraftstoffeinspritzventils.

Das in Fig.1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils weist ein Ventilgehäuse 1 auf, das einen ersten Körper 2 und einen zweiten Körper 3 umfaßt. Der untere Teil des Körpers 2 ist so gebogen, daß er fest mit dem Körper 3 verbunden ist. Der Körper 2 besteht aus einem herkömmlichen magnetischen Material, wie beispielsweise einem Ferrit mit niedriger magnetischer Sättigungskennlinie. Der Körper 2 ist im wesentlichen zylindrisch geformt und weist eine magnetische Einschnürung 23 auf, an der die Querschnittsfläche für den Magnetfluß durch eine in Umfangsrichtung ausgebildete Nut verkleinert ist. Eine Abdeckung 4 ist am unteren Teil des Körpers 3 befestigt.

Eine elektromagnetische Spule 5, die mit einem elektrischen Anschluß 6 verbunden ist, ist im ersten Körper 2 so vorgesehen, daß dann, wenn eine impulsförmige elektrische Spannung am Anschluß 6 durch eine elektrische Steuereinheit 7 liegt, die elektromagnetische Spule 5 erregt wird, um einen Magnetfluß zu erzeugen.

Ein Statorkern 8 mit einem längs verlaufenden Innenraum ist fest im Körper 2 vorgesehen. Die elektromagnetische Spule 5 ist über eine Harzspule auf dem Statorkern 8 gehalten. Der Statorkern 8 besteht aus dem gleichen magnetischen Material wie der Körper 2. Am oberen Ende des Statorkerns 8 ist ein Anschlußteil 16 ausgebildet, in dem ein Kraftstoffilter 17 vorgesehen ist und der mit einer Kraftstoffleitung 24 verbunden ist.

Ein AnMerkern 9 ist beweglich im Körper 2 so vorgesehen, daß er dem unteren Ende des Statorkerns 8 zugewandt ist, wobei

dazwischen ein Luftspalt bleibt. Der Ankerkern 9 besteht aus dem gleichen magnetischen Material wie der Körper 2 und der Statorkern 8. Eine Ventilnadel 11 ist durch Vestemmen am unteren Teil des Ankerkerns 9 befestigt und damit bewegbar. Der obere Endabschnitt der Ventilnadel 11, der in eine durchgehende Bohrung des Ankerkerns 9 gepaßt ist, ist mit zwei ebenen Flächen ausgebildet, um einen da hindurchgehenden Kraftstoffstrom zu ermöglichen. Eine Schraubenfeder 10 ist zwischen dem Ankerkern 9 und dem Statorkern 8 so vorgesehen, daß sie den Ankerkern 9 und die Ventilnadel 11 nach unten vorspannt. Das obere Ende der Schraubenfeder 10 ist vom unteren Ende der Kraftstoffleitung 24 aufgenommen, die in den Statorkern 8 gepaßt ist. Die Ventilnadel 11, die axial in den längs verlaufenden Innenräumen der Körper 2 und 3 bewegbar ist, ist mit einem konischen Kopf am unteren Endabschnitt versehen. -Ein Ventilsitz 19, der den konischen Kopf der Ventilnadel 11 aufnimmt, und eine Kraftstoffeinspritzöffnung 20, die in Verbindung mit einer Kraftstoffkammer 18 steht, sind andererseits am unteren Teil des Körpers 3 vorgesehen. Die Vent Handel 11 weist einen Anschlag 21 auf, und ein Anschlag 22 ist zwischen den Körpern 2 und 3 angeordnet, um dadurch die Aufwärtsbewegung der Ventilnadel 11 zu begrenzen.

Der Anschlußteil 16 ist einerseits über ein Kraftstoffilter 14 und eine Kraftstoffpumpe 13 und andererseits über einen Druckregler 15 mit einem Kraftstoffbehälter 12 verbunden.

Wenn keine impulsförmige elektrische Spannung durch die Steuereinheit 7 an der elektromagnetischen Spule 5 liegt, hält der Ankerkern 9, der durch die Schraubenfeder 10 nach unten vorgespannt ist, den konischen Kopf der Ventilnadel 11 am Ventilsitz 19 des Körpers 3 anliegend, so daß kein von der Einspritzöffnung 20 einzuspritzender Kraftstoff zugeteilt wird. Wenn die elektrische impulsförmige Spannung durch die Steuereinheit 7 an die elektromagnetische Spule 5 gelegt wird, wird die

elektromagnetische Spule 5 andererseits erregt, um einen mag- |

netischen Fluß zu erzeugen, der über einen magnetischen Kreis j

geht, der den Körper 2, den Statorkern 8, den Ankerkern 9 und j

den Luftzwischenraum zwischen dem Statorkern 8 und dem Anker- - |

kern 9 umfaßt, wie es durch Pfeile in Fig.1 dargestellt ist. j

Das hat zur Folge, daß eine magnetische Kraft zwischen dem j

Statorkern 8 und dem Ankerkern 9 erzeugt wird, und daß der j

Ankerkern 9 gegen die Vorspannkraft der Schraubenfeder 10 \

nach oben angezogen wird. Wenn der Ankerkern 9 zum Statorkern ;

10 angezogen wird, verläßt der konische Kopf der Ventilnadel ;

11 den Ventilsitz 19, so daß der Kraftstoff, der durch die ' Kraftstoffleitung 24, den Ankerkern 9 und den Außenraum der ^: Ventilnadel 11 strömt und in der Kraftstoffkammer 18 gesam- ^! melt wird, durch die Einspritzöffnung 20 eingespritzt wird. ;

Wenn die elektrische impulsförmige Spannung an der magneti- ' sehen Spule 5 unterbrochen wird, verschwindet die elektromag- : netische Kraft zwischen dem Statorkern 8 und dem Ankerkern 9
und wird der konische Kopf der Ventilnadel 11 durch die Schraubenfeder 10 nach unten gedrückt, so daß er zum Anliegen am ; Ventilsitz 19 kommt, und die Kraftstoffeinspritzung somit un- '-._ terbrochen wird. ;

Bei dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist die
magnetische Einschnürung 23 oder der Bereich mit kleinerer
Querschnittsfläche dazu vorgesehen, den hindurchgehenden magnetischen Fluß auf den Magnetfluß zu begrenzen, der zwischen
dem Statorkern 8 und dem Ankerkern 9 zu dem Zeitpunkt hindurchgeht, an dem der Ankerkern 9 vollständig an den Statorkern 8 angezogen ist. Die magnetische Einschnürung 23 bewirkt
mit anderen Worten eine magnetische Sättigung im magnetischen
Kreis, sobald die Ventilnadel 11 vollständig angehoben ist.
Die magnetische Einschnürung 23 muß unter Bezug auf das magnetische Material bestimmt und festgelegt werden. Wenn das
benutzte magnetische Material eine hohe magnetische Sättigungs-

sr"

kennlinie hat, muß die Querschnittsfläche an der magnetischen Einschnürung 23 verringert werden. Wenn das benutzte magnetische Material eine niedrige magnetische Sättigungskennlinie hat, muß die Querschnittsfläche an der magnetischen Einschnürung 23 vergrößert werden.

Die Arbeitsweise des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels der Erfindung wird im folgenden anhand von Fig.2 beschrieben, in der die ausgezogenen Linien die Kennlinien des ersten Ausführungsbeispiels und die gestrichelten Linien die Kennlinien eines herkömmlichen Kraftstoffeinspritzventils ohne magnetische Einschnürung darstellen.

Sobald eine elektrische impulsförmige Spannung mit einem Zeitintervall ti an der elektromagnetischen Spule 5 lie-gt, steigt in der in Fig.2 dargestellten Weise der durch die Spule 5 fließende elektrische Strom aufgrund der Induktivität der Spule 5 allmählich an, und nimmt auch die erzeugte magnetische Kraft allmählich zu. Nach der Ansprechverzögerung TO für die Ventilöffnung erreicht die magnetische Kraft einen gegebenen Wert, bei dem die Ventilnadel 11 in die oberste Stellung angehoben wird, um die Einspritzöffnung 20 vollständig zu öffnen, so daß die Kraftstoffzuteilung beginnt. Wenn die Ventilnadel 11 in die oberste Stellung angehoben ist, ist der Luftspalt zwischen dem Statorkern 8 und dem Ankerkern 9 minimal und hat der magnetische Widerstand im magnetischen Kreis seinen kleinsten Wert. Bei diesem kleinsten magnetischen Widerstand nimmt danach der Spulenstrom in der magnetischen Spule 5 zu. Der magnetische Fluß im magnetischen Kreis ist jedoch durch die magnetische Einschnürung 23 gesättigt, so daß die magnetische Kraft im wesentlichen relativ zur Zunahme des Spulenstromes im Gegenstza zum herkömmlichen Ventil unverändert bleibt, bei dem die magnetische Kraft proportional zum Spulenstrom ist. Wenn die an der magnetischen Spule 5 liegende impulsförmige elektrische Spannung verschwindet, nehmen

der Spulenstrom und die magnetische Kraft allmählich ab. Wenn die magnetische Kraft auf Null herabgesetzt ist, wird die Ventilnadel in die unterste Stellung zurückgeführt, um die Einspritzöffnung 20 zu schließen, und dadurch die Kraftstoffzuteilung zu beenden. Die Ventilnadel 11 bleibt somit über die Ansprechverzögerung Tc für das Schließen des Ventils selbst nach Verschwinden der impulsförmigen elektrischen Spannung unabhängig vom Zeitintervall ti der elektrischen impulsf örmigen Spannung offen, wobei die Ansprechverzögerung 7c für das Schließen des Ventils unabhängig vom Zeitintervall ti der impulsförmigen elektrischen Spannung unverändert bleibt. Das hat zur Folge, daß die durch die Einspritzöffnung 20 eingespritzte Kraftstoffmenge proportional zum Zeitintervall ti der elektrischen impulsförmigen Spannung ist, was im Gegensatz zu dem herkömmlichen Ventil steht, bei dem die eingespritzte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der sich ändernden Ansprechverzögerung je für das Schließen des Ventils variiert.

In den Fig.3 und 4 sind ein zweites und ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Bei dem zweiten, in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die magnetische Einschnürung 23, deren Querschnittsfläche kleiner als die Fläche ist, mit der das untere Ende des Statorkerns 8 und das obere Ende des Ankerkerns 9 einander zugewandt sind, am Statorkern 8 über eine in Umfangsrichtung ausgebildete äußere Nut vorgesehen. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die magnetische Einschnürung 23 nicht am Körper 2, sondern am Statorkern 8 vorgesehen. Die mechanische Festigkeit des Körpers 2, der fest an der nicht dargestellten Brennkraftmaschine angebracht ist, ist damit sichergestellt.

Bei dem dritten, in Fig.4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die magnetische Einschnürung 23 im.-.Ankerkern 9 über die

Ausbildung einer erweiterten inneren Bohrung 91 vorgesehen. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist das Gewicht des Ankerkerns 9 verringert.und sind daher die Ansprechverzögerung TO für die Öffnung des Ventils und die Ansprechverzögerung Tc für das Schließen des Ventils kürzer.-

Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann 3 5 Λ 4 5 7

Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PAT E N TA N WÄ LT E

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE«.

3/Li 24320-DE

NIPPONDENSO CO.,LTD., Kariy-shi, Japan

Elektromagnetisch betätigtes Kraftstoffeinspritzventil

PATENTANSPRÜCHE

Elektromagnetisch betätigtes Kraftstoffeinspritzventil, gekennzeichnet durch

eine elektromagnetische Spule, die dann, wenn sie erregt wird, einen Magnetfluß erzeugt,

einen Statorkern aus einem magnetischen Material für den Magnetfluß, der die elektromagnetische Spule trägt, ein etwa zylindrisches Ventilgehäuse aus einem magnetischen Material für den Magnetfluß, das koaxial die elektromagnetische Spule und den Statorkern umschließt, einen Ankerkern aus einem magnetischen Material für den Magnetfluß, der dem Statorkern mit einem Luftspalt dazwischen zugewandt ist, wobei der Ankerkern beweglich im Ventilgehäuse so angeordnet ist, daß er zum Statorkern angezogen wird, wenn die elektromagnetische Spule erregt wird, ί

35U575

ein Kraftstoffzuteilungselement, das in einem Stück mit dem Ankerkern verbunden ist, um eine Kraftstoffeinspritzöffnung zu öffnen, wenn der Ankerkern angezogen wird, damit der einzuspritzende Kraftstoff zugeteilt wird, und eine Feder, die den Ankerkern und das Kraftstoffzuteilungsr element so vorspannt, daß die Kraftstoffeinspritzöffnung geschlossen ist, wobei wenigstens der Statorkern, das Ventilgehäuse und/oder der Ankerkern so ausgebildet sind, daß der hindurchgehende Magnetfluß im wesentlichen zu dem Zeitpunkt gesättigt ist, an dem das Kraftstoffzuteilungselement vollständig angezogen ist, um die Einspritzöffnung zu öffnen.

Kraftstoffeinspritzventi1 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Ventilgehäuse mit einer magnetischen Einschnürung an einem Teil versehen ist, durch die die Querschnittsfläche.für den Magnetfluß an diesem Teil kleiner als an den anderen Teilen ist, so daß der Magnetfluß an dieser Stelle gesättigt ist.

Kraftstoffeinspritzventi1 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Statorkern mit einer magnetischen Einschnürung an einem Teil versehen ist,durch.die die Querschnittsfläche für den Magnetfluß an diesem Teil kleiner als an den anderen Teilen ist, so daß der Magnetfluß an dieser Stelle gesättigt

Kraftstoffeinspritzventi1 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Ankerkern mit einer magnetischen Einschnürung an einem Teil versehen ist, durch die die Querschnittsfläche für den Magnetfluß an diesem Teil kleiner als an den'anderen Teilen ist, so daß der Magnetfluß an dieser Stelle gesättigt ist.