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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft elektromechanische Aktoren im Allgemeinen
und speziell schnellansprechende Magnetventile wie etwa Kraftstoffeinspritzventile
für Verbrennungsmotoren.
Noch spezieller betrifft die vorliegende Erfindung schnellansprechende
Kraftstoffeinspritzventile mit einer Doppelspulen-Konfiguration.
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Hintergrund
der Erfindung
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Elektromagnetische
Aktoren wie etwa Kraftstoffeinspritzventile enthalten normalerweise
Magnetspulen. Eine Magnetspule ist ein isolierter leitender Draht,
der so gewickelt ist, dass er eine enge schraubenförmige Spulenwicklung
bildet. Wenn Strom durch den Draht fließt, wird in der Spule ein Magnetfeld
in einer zur Achse der Spule parallelen Richtung erzeugt. Die Richtung
des innerhalb der Spule erzeugten Magnetfeldes hängt von der Richtung des durch
den Draht fließenden
Stroms sowie von der Richtung, in welcher der Draht gewickelt ist
(z. B. im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn) ab. Wenn
die Spule erregt ist, übt
das resultierende Magnetfeld eine Kraft auf einen beweglichen ferromagnetischen
Anker aus, der sich im Inneren der Spule befindet, wodurch es bewirkt,
dass der Anker aus einer ersten Position entgegen der Wirkung einer von
einer Rückdruckfeder
erzeugten Kraft in eine zweite Position bewegt wird. Die auf den
Anker ausgeübte Kraft
ist zur Stärke
des Magnetfelds proportional; die Stärke des Magnetfelds hängt von
der Anzahl der Windungen der Spulenwicklung und von der Stärke des
die Wicklung durchfließenden
Stroms ab.
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Normalerweise
umfasst ein Zyklus eines Kraftstoffeinspritzventils drei Phasen:
die Öffnungsphase,
die Phase des Offenhaltens und die Schließphase. Aus Gründen des
Wirkungsgrades und der Leistung ist es wünschenswert, dafür zu sorgen,
dass die Öffnungsphase
und die Schließphase
so schnell wie möglich
ablaufen. Es ist außerdem
wünschenswert,
den durch die Spulenwicklungen des Einspritzventils fließenden Strom
in allen Phasen des Einspritzzyklus so zu steuern, dass die in einem
Einspritzventil in Form von Wärme
abgeführte Energiemenge
auf ein Minimum beschränkt
wird. Normalerweise ist es während
der Öffnungsphase
erforderlich, dass sich das Magnetfeld so schnell wie möglich aufbaut,
um die Öffnungszeit
zu minimieren. Da die Phase des Offenhaltens wesentlich weniger
Kraft erfordert als die Öffnungsphase,
sollte während
der Phase des Offenhaltens die Stärke des Magnetfelds auf den
minimalen Wert verringert werden, der ausreichend ist, um sicherzustellen,
dass das Ventil geöffnet
bleibt, bis durch die Motorsteuerung (engine control unit, ECU)
die Schließphase
eingeleitet wird. Indem während
der Phase des Offenhaltens der minimale erforderliche Wert des Haltestroms
gewählt
wird, wird die Dauer der Abschwächung
des Magnetfelds von dem das Offenhalten bewirkenden Wert auf den "Losbrech"-Wert auf ein Minimum
beschränkt.
Der "Losbrech"-Wert ist die magnetische
Feldstärke,
bei welcher sich de Anker vom Polstück löst und unter der Einwirkung
einer Kraft, die von einem Rückdruckfedermittel
ausgeübt
wird, das mechanische Schließen
beginnt.
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Bei
herkömmlichen
Kraftstoffeinspritzventilen mit Peak-and-Hold-Ansteuerung wird eine einzige Antriebsspule
verwendet, die einen niedrigen Widerstand, eine feste Induktivität und eine
feste Anzahl von Windungen aufweist. Während der Öffnungsphase legt die Motorsteuerung
die Systemspannung (normalerweise 12-14 Volt) an die Spule an, und
der Strom in der Spule steigt aufgrund ihres niedrigen Widerstands
schnell an. Nachdem der Strom in der Spule einen vorgegebenen Wert
erreicht hat, kann er durch Regelung der Spannung auf einen Haltewert
abgesenkt werden. Diese Anordnung ermöglicht, dass die magnetomotorische
Kraft (MMK) im Einspritzventil sehr schnell auf einen hohen Wert
anwächst,
was eine kurze Öffnungszeit
zur Folge hat, während
die während
der Haltephase in der Spule abgeführte Energie auf ein Minimum
beschränkt
wird. Die MMK ist proportional zur Stärke des Stroms in der Spule,
multipliziert mit der Anzahl der Windungen des Spulendrahtes. Im
Allgemeinen ist eine komplizierte Elektronik erforderlich, um den
Strom in Einspritzventilen mit einer Spule so zu modulieren, dass
die oben beschriebene niedrige Verlustleistung erzielt wird, da
die meisten Motorsteuerungen nur in der Lage sind, einen Treiber
vom Typ "Saturated
Switch" (Gesättigter
Schalter) zur Verfügung
zu stellen, und nicht in der Lage sind, den durch Einspritzventile
mit einer Spule fließenden Strom
auf die oben beschriebene Weise so zu modulieren, dass eine geringe
Verlustleistung während
der Haltephase erzielt wird.
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Es
ist bekannt, dass Einspritzventile mit zwei Spulen die Wärmeerzeugung
verringern (siehe zum Beispiel US-A-6 120 005). Einspritzventile
mit zwei Spulen weisen normalerweise eine primäre Stufe mit niedrigem Widerstand
und eine sekundäre
Stufe mit hohem Widerstand auf. Die primäre Stufe mit niedrigem Widerstand
kann während
der Öffnungsphase
aktiviert werden, was einen schnellen Stromanstieg (aufgrund des
geringen Gleichstromwiderstands der Spule) und eine entsprechende
schnelle Erzeugung eines Magnetfelds in der Spule zur Folge hat.
Nachdem ein vorgegebener Spitzenstromwert in der Spule erreicht
worden ist, kann die sekundäre
Spule mit hohem Widerstand aktiviert werden, indem sie mit der Primärspule mit
niedrigem Widerstand in Reihe geschaltet wird. Das Schalten der
Spulen in Reihe hat den wünschenswerten
Effekt, dass der wirksame Gleichstromwiderstand des Spulenpaares
erhöht
wird und folglich der durch die Wicklungen fließende Strom verringert wird
und die Stärke
des resultierenden Magnetfelds pro Windung verringert wird. Die hinzugekommenen
Windungen der sekundären
Spule haben jedoch außerdem
den unerwünschten
Effekt, dass sie eine Erhöhung
der während
der Haltephase auf den Anker einwirkenden MMK bewirken.
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Folglich
wird, obwohl der Strom verringert wird, die während der Haltephase auf den
Anker wirkende Gesamt-MMK nur dann verringert, wenn die Anzahl der
Windungen der Wicklung mit hohem Widerstand auf ein Minimum begrenzt
wird. Dies liegt daran, dass, obwohl jede zusätzliche Windung einen erhöhten Widerstand
und einen entsprechenden verringerten Strom in der Wicklung zur
Folge hat, jede Windung außerdem eine
zusätzliche
MMK verursacht, die auf den Anker einwirkt. Dementsprechend ist
es wünschenswert,
Draht mit einem hohen spezifischen Widerstand wie etwa Messingdraht
für die
Sekundärwicklung
mit hohem Widerstand zu verwenden, um die Anzahl der zum Erreichen
des gewünschten
Widerstands erforderlichen Windungen auf ein Minimum zu beschränken. Für Spulenwicklungen
von Kraftstoffeinspritzventilen werden normalerweise Kupfer, Messing
und ihre Legierungen verwendet. Messinglegierungen können bei
gleichem Querschnitt einen zwei- bis viermal so hohen Widerstand
wie Kupfer haben. Messingwicklungen sind jedoch oft schwieriger herzustellen,
und der Draht ist teurer und nicht so leicht erhältlich wie Kupferdraht mit
entsprechenden Maßen. Selbst
wenn Draht mit hohem spezifischem Widerstand verwendet wird, können viele
aktive Windungen der Sekundärspule
mit hohem Widerstand erforderlich sein, um den gewünschten
Widerstand und eine entsprechende Verringerung der Stromstärke zu erreichen.
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Außerdem erhöht sich,
da die wirksame Induktivität
der Spule proportional zum Quadrat der effektiven Windungszahl ist,
die Induktivität
des Einspritzventils, wenn mehr Windungen hinzukommen. Da die Schließzeit des
Einspritzventils, neben anderen Faktoren, von der wirksamen Induktivität der Spule
abhängt,
ist es wünschenswert,
die wirksame Induktivität
der Spule des Einspritzventils zu minimieren. Dementsprechend besteht
Bedarf an einer hocheffizienten Konstruktion eines Einspritzventils
mit zwei Spulen, das eine kurze Ansprechzeit und eine dementsprechend
niedrige wirksame Induktivität
aufweist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß der Erfindung
wird ein Kraftstoffeinspritzventil mit zwei Spulen bereitgestellt,
welches umfasst: eine Primärspule,
die einer ersten Richtung gewickelt ist; eine Sekundärspule,
die koaxial zur Primärspule
ausgerichtet und wenigstens teilweise in einer zweiten Richtung
gewickelt ist; einen Anker, der im Inneren der Spulen beweglich
ist, wobei während
des Betriebs, wenn ein erster Strom in der Primärspule erzeugt wird, eine entsprechende
erste magnetische Kraft auf den Anker einwirkt, um den Anker aus
einer ersten Position zu einer zweiten Position hin zu bewegen,
und wenn ein zweiter Strom sowohl in der Primärspule als auch in der Sekundärspule erzeugt
wird, eine entsprechende zweite magnetische Kraft auf den Anker
einwirkt, um den Anker in der zweiten Position zu halten, wobei
das von den Spulenwicklungen mit der zweiten Richtung erzeugte Magnetfeld
wenigstens teilweise das von den Spulenwicklungen mit der ersten
Richtung erzeugte Magnetfeld aufhebt, und wobei das Kraftstoffeinspritzventil
mit zwei Spulen ferner umfasst: ein mechanisches Federmittel zum
Zurückbewegen
des Ankers zur ersten Position, wenn der Stromfluss in den Spulen
unterbrochen wird.
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Gemäß der Erfindung
wird außerdem
ein Verfahren zur Erzeugung einer kurzen Schließzeit in einem Kraftstoffeinspritzventil
mit zwei Spulen bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden
Schritte umfasst: Wickeln einer Primärspule in einer ersten Richtung;
Wickeln einer Sekundärspule
wenigstens teilweise in einer zweiten Richtung; koaxiales Ausrichten
der Primärspule
und der Sekundärspule;
Positionieren eines beweglichen Ankers im Inneren der Spulen; Erzeugen
eines ersten Stroms in der Primärspule
und einer entsprechenden ersten magnetischen Kraft, die auf den
Anker einwirkt; Bewegen des Ankers unter dem Einfluss der ersten magnetischen
Kraft aus einer ersten Position zu einer zweiten Position hin; Erzeugen
eines zweiten Stroms sowohl in der Primärspule als auch in der Sekundärspule und
einer entsprechenden zweiten magnetischen Kraft, die auf den Anker
einwirkt, wobei das von den Spulenwicklungen mit der zweiten Richtung
erzeugte Magnetfeld wenigstens teilweise das von den Spulenwicklungen
mit der ersten Richtung erzeugte Magnetfeld aufhebt; Halten des
Ankers in der zweiten Position unter dem Einfluss der zweiten magnetischen
Kraft; Unterbrechen des Stromflusses in den Spulen; Zurückbewegen
des Ankers zur ersten Position unter dem Einfluss eines mechanischen
Federmittels.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
beigefügten
Zeichnungen, welche mit in diese Anmeldung einbezogen sind und einen
Bestandteil dieser Patentbeschreibung darstellen, zeigen derzeit
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung und dienen zusammen mit der weiter oben gegebenen
allgemeinen Beschreibung und der weiter unten gegebenen ausführlichen
Beschreibung dazu, die Merkmale der Erfindung zu erläutern.
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1 ist eine Schnittdarstellung
eines Kraftstoffeinspritzventils, welches die Prinzipien der vorliegenden
Erfindung verkörpert.
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2 ist eine schematische
Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Anordnung
von zwei Spulenwicklungen gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 ist eine bildliche Darstellung
einer Ausführungsform
eines intelligenten elektronischen Schalters gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4 ist eine schematische
Darstellung der Spulen und des intelligenten Schalters gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt den Stromfluss und
die Magnetfelder der Spulen während
der Öffnungsphase
des Einspritzzyklus gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt den Stromfluss und
die Magnetfelder der Spulen während
der Haltephase des Einspritzzyklus gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform(en)
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1 zeigt ein Kraftstoffeinspritzventil
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Für
Fachleute ist leicht einzusehen, dass, obwohl die vorliegende beispielhafte
Ausführungsform
in erster Linie unter Bezugnahme auf ein Benzin-Einspritzventil beschrieben wird, auch
Kraftstoffeinspritzventile für
flüssiges
Propan, Dieselkraftstoff oder komprimiertes Erdgas verwendet werden
können.
Das Kraftstoffeinspritzventil 10 umfasst ein Gehäuse 14,
das einen oberen Kraftstoffeinlassteil 12, einen unteren
Düsenteil 24 und
einen Kabelbaumverbinderteil 26 mit elektrischen Verbindern 28 aufweist.
Im Gehäuse 14 ist
ein Magnetkreis angeordnet. Der Magnetkreis umfasst eine Primärspule 16 mit
einem gewissen Widerstand zum Erzeugen eines Spitzenstroms und eine
Sekundärspule 18 mit
einem Widerstand, der größer als
der Widerstand der Spitzen-Spule 16 ist, zum Erzeugen eines
Haltestroms. Wie in 2 dargestellt,
können
die Primärspule 16 und
die Sekundärspule 18 koaxial
auf einen zylindrischen Spulenkern 30 gewickelt sein, wobei
die gesamte Sekundärspule 18 oder
ein Teil derselben in einer zur Wicklungsrichtung der Primärspule 16 entgegengesetzten
Richtung gewickelt ist.
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Wie
in den 1 und 3 dargestellt ist, ist gemäß einer
derzeit bevorzugten Ausführungsform
eine allgemein mit 22 bezeichnete Schaltungskonstruktion
im Gehäuse 14 angeordnet
und elektrisch mit den Spulen 16 und 18 verbunden,
um die Spulen selektiv zu erregen. Die Schaltungskonstruktion 22 umfasst
eine Leiterplatte 34, welche bei einer derzeit bevorzugten
Ausführungsform
intelligente Schalttechnik enthalten kann, die allgemein mit 36 bezeichnet
ist. Die Schalttechnik 36 kann so konstruiert und angeordnet
sein, dass sie den Übergang
vom Spitzenstrom zum Haltestrom auf der Basis eines voreingestellten
Schwellwertes bewirkt.
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4 zeigt eine derzeit bevorzugte
Ausführungsform
mit einem intelligenten Schalter 22. Wenn von der Motorsteuerung
(ECU) ein Erdungssignal angelegt wird, überbrückt der intelligente Schalter 22 de
facto die Sekundärspule
mit hohem Widerstand 18 und ermöglicht damit, dass der Strom
in der Primärspule
mit niedrigem Widerstand 16 schnell anwächst. Wenn der Strom einen
vorgegebenen Schwellwert erreicht, öffnet der intelligente Schalter 22,
wodurch er die Spulen 16 und 18 de facto in Reihe
schaltet und die Stärke
des durch die Spulen fließenden
Stroms auf einen Wert verringert, der ausreichend ist, um den Anker
des Einspritzventils in der geöffneten
Position zu halten, jedoch kleiner als der vorgegebene Schwellwert
ist. Typische Werte des Spitzenstroms können ca. 2 bis 6 Ampere betragen,
und typische Werte des Haltestroms können ca. 0,5 bis 1,5 Ampere
betragen.
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Ein
Beispiel eines intelligenten elektronischen Schalters 22,
der in der Lage ist, die Primärspule
mit niedrigem Widerstand 16 und die Sekundärspule mit
hohem Widerstand 18 auf der Basis eines voreingestellten
Schwellwerts selektiv zu erregen, wird in der am 22. September 1998
eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 09/158.637 mit dem Title "Dual Coil Fuel Injector
Having Smart Electronic Switch" (Kraftstoffeinspritzventil mit
zwei Spulen mit intelligentem elektronischem Schalter) offenbart.
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Die
Spulenwicklungen 16 und 18 sind am besten in 2 dargestellt, welche schematisch
eine bevorzugte Wicklung der Spulen zeigt. Wie in 2 dargestellt, definiert die Wicklung
von Anschluss 1 bis Anschluss 2 die Spule 16,
und die Wicklung von Anschluss 2 bis Anschluss 3 definiert
die Spule 18. Bei einer derzeit bevorzugten Ausführungsform
kann die Primärspule
mit niedrigem Widerstand 16 zum Beispiel aus ungefähr 130 Windungen
eines Kupferdrahtes Nr. 28 AWG (American Wire Gauge) mit einem Gesamt-Gleichstromwiderstand
von ca. 1,2 Ohm bestehen. Bei einer derzeit bevorzugten Ausführungsform
kann die sekundäre
Haltespule 18 zum Beispiel aus ungefähr 338 Windungen eines Kupferdrahtes
Nr. 34 AWG mit einem Gesamt-Gleichstromwiderstand von ca. 10,8 Ohm
bestehen, was einen Gesamt-Gleichstromwiderstand von ca. 12 Ohm
ergibt. Bei einer derzeit bevorzugten Ausführungsform werden die Windungen
der Primärspule
mit niedrigem Widerstand praktisch in ihrer Wirkung aufgehoben,
indem einige oder sämtliche
Windungen der Sekundärspule
mit hohem Widerstand in einer zur Wicklungsrichtung der Windungen
der Primärspule
mit niedrigem Widerstand umgekehrten Richtung gewickelt werden.
Wenn zum Beispiel die Windungen der Primärspule mit niedrigem Widerstand
im Uhrzeigersinn gewickelt sind, können einige oder sämtliche
Windungen der Sekundärspule
mit hohem Widerstand entgegen dem Uhrzeigersinn gewickelt werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
sind etwa zehn Prozent der Windungen der Sekundärspule 18 in entgegengesetzter
Richtung gewickelt. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform
sind etwa zwanzig Prozent der Windungen der Sekundärspule 18 in
entgegengesetzter Richtung gewickelt. Bei einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
sind etwa dreißig
Prozent der Windungen der Sekundärspule 18 in
entgegengesetzter Richtung gewickelt. Bei einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
sind etwa vierzig Prozent der Windungen der Sekundärspule 18 in
entgegengesetzter Richtung gewickelt. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform
sind etwa fünfzig
Prozent der Windungen der Sekundärspule 18 in
entgegengesetzter Richtung gewickelt. Bei einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
sind etwa sechzig Prozent der Windungen der Sekundärspule 18 in
entgegengesetzter Richtung gewickelt. Bei einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
sind etwa siebzig Prozent der Windungen der Sekundärspule 18 in
entgegengesetzter Richtung gewickelt. Bei einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
sind etwa achtzig Prozent der Windungen der Sekundärspule 18 in
entgegengesetzter Richtung gewickelt. Bei einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
sind etwa neunzig Prozent der Windungen der Sekundärspule 18 in
entgegengesetzter Richtung gewickelt.
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Es
ist leicht einzusehen, dass viele unterschiedliche Kombinationen
von Spulenwicklungen verwendet werden könnten, um die zwei Spulen umfassende
Anordnung des Kraftstoffeinspritzventils 10 zu bilden.
Zum Beispiel kann bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform
die gesamte Sekundärspule 18 in
entgegengesetzter Richtung wie die Primärspule mit niedrigem Widerstand 16 gewickelt
sein. Ferner muss der für
die Wicklungen verwendete Draht nicht auf Kupfer beschränkt sein,
sondern kann aus einem beliebigen geeigneten Material bestehen,
wie zum Beispiel aus Messing. Ferner können die Anzahl der Windungen
der Drähte und
die Stärke
der Drähte
eine beliebige gewünschte
Anzahl bzw. Stärke
sein, um die gewünschte
Leistung des Einspritzventils zu erzielen. Im Gegensatz zu dem herkömmlichen
Verfahren, bei dem sowohl Primärspule als
auch Sekundärspule
vollständig
in derselben Richtung gewickelt werden, ermöglicht das vorliegende Verfahren
des Wickelns der gesamten Sekundärspule
oder eines Teils derselben in einer zur Wicklungsrichtung der Primärspule umgekehrten
Richtung, dass bei einem Entwurf der Spulen die MMK, die Induktivität und der Gleichstromwiderstand
unabhängig
voneinander gesteuert werden.
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Wie
aus der untenstehenden Tabelle 1 ersichtlich ist, bewirkt das Wickeln
der Sekundärspule
mit hohem Widerstand in einer Richtung, die zur Wicklungsrichtung
der Primärspule
mit niedrigem Widerstand entgegengesetzt ist, gemäß einer
derzeit bevorzugten Ausführungsform,
dass die effektive Windungszahl der in Form einer Reihenschaltung
kombinierten Spulen sowie die wirksame Induktivität der in
Form einer Reihenschaltung kombinierten Spulen verringert werden.
Dementsprechend können
bei einer Entregung der Spulen ein schnelles Absinken des Stroms
und ein entsprechender schneller Abbau des Magnetfelds erreicht
werden, was das Ansprechen des Kraftstoffeinspritzventils beschleunigt.
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Ein
Vorteil des Aufhebens oder teilweisen Aufhebens der Wirkung von
Windungen der Spulenwicklung besteht darin, dass ein Einspritzventil
so konstruiert werden kann, dass ein optimaler Wert der MMK zum
Offenhalten bei geringer Leistung erzielt wird, ohne dass eine daraus
resultierende Erhöhung
der Induktivität
in Kauf genommen werden muss. Diese Methode des Wickelns in umgekehrter
Richtung ermöglicht
außerdem dem
Konstrukteur, die wirksame Gesamt-Reiheninduktivität der Spulen zu wählen.
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Wie
aus der untenstehenden Tabelle 2 ersichtlich ist, würde eine ähnliche
Spulenkombination, die auf herkömmliche
Weise ohne Umkehrung der Wicklungsrichtung der Sekundärspule gewickelt
ist, einen Wirkwiderstand von 12 Ohm, eine Induktivität von 8,0
mH und 380 aktive Windungen besitzen. Das ist darauf zurückzuführen, dass
sich die Induktivität
der Spule proportional zum Quadrat der Windungszahl der Spule erhöht.
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Eine
bevorzugte Konfiguration zur effizienten Steuerung des Temperaturanstiegs
im Gehäuse 14 des Einspritzventils
definiert die inneren Wicklungen als die Sekundärspule 18 und die äußeren Wicklungen
als die Primärspule 16.
Diese Konfiguration begünstigt
einen stärkeren
Wärmeaustausch
zwischen den Spulen und dem eingespritzten Fluid. Dementsprechend
sind bei einer derzeit bevorzugten Ausführungsform die Spulen 16 und 18 in
einer Konfiguration gewickelt, in der sie einander überlappen.
Es ist jedoch leicht einzusehen, dass die Spulen auch "Ende an Ende" anstatt in einer
Konfiguration mit Überlappung
angeordnet werden können,
wie in 4 dargestellt.
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5 zeigt die Richtungen des
Stromflusses (I) und des Magnetfelds (B) während der Öffnungsphase des Einspritzzyklus.
Während
der Öffnungsphase
wird, um die Bewegung des Ankers 25 einzuleiten und somit
den Düsenteil 24 zu öffnen (1), die Primärspule 16 durch
einen Strom ISpitze erregt, wodurch ein
Magnetfeld BSpitze erzeugt wird. Das resultierende
Magnetfeld BSpitze übt eine Kraft auf den Anker 25 aus,
die bewirkt, dass dieser sich entgegen der Kraft eines mechanischen
Rückdruckfedermittels 20 zur
geöffneten
Position hin bewegt. Während
dieser Phase kann die teilweise in umgekehrter Richtung gewickelte
Sekundärspule 18 durch Überbrückung aus
der Schaltung eliminiert sein.
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Wie
in 6 dargestellt, kann,
nachdem der Anker die geöffnete
Position erreicht hat, die teilweise in umgekehrter Richtung gewickelte
Sekundärspule 18 mit
der Primärspule 16 in
Reihe geschaltet werden. Dies bewirkt, dass sowohl der durch die
Spulen fließende
Strom auf IHalte verringert wird, wobei
IHalte < ISpitze ist (aufgrund des aus der Sekundärspule 18 resultierenden
erhöhten
Widerstands), als auch ein Teil des von der Primärspule 16 erzeugten
Magnetfelds aufgehoben wird (aufgrund des von der umgekehrten Wicklung
in der Sekundärspule 18 erzeugten
entgegengesetzten Magnetfelds BGegen). Bei
einer Entregung der Spulen bricht das wirksame Magnetfeld BWirk = BHalte – BGegen infolge der verringerten wirksamen
Induktivität
der in Form einer Reihenschaltung kombinierten Spulen schnell zusammen,
so dass folglich eine schnelle Rückkehr
des Ankers in die geschlossene Position erreicht wird.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf gewisse bevorzugte
Ausführungsformen
offenbart wurde, sind zahlreiche Modifikationen und Änderungen
der beschriebenen Ausführungsformen
möglich,
ohne dass dadurch der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung,
der in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist, verlassen wird.