DE69108673T2

DE69108673T2 - Verbessertes Hochdruckplungersystem für das Steuerventil eines elektromagnetischen Einspritzventils von Brennkraftmaschinen.

Info

Publication number: DE69108673T2
Application number: DE69108673T
Authority: DE
Inventors: Matthaeis Sisto Luigi De; Mario Ricco
Original assignee: Elasis Sistema Ricerca Fiat nel Mezzogiorno SCpA
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1991-10-29
Publication date: 1995-12-21
Anticipated expiration: 2011-10-30
Also published as: EP0484804B1; ES2073644T3; EP0484804A1; JPH05133296A; IT9053352V0; IT9053352U1; IT220660Z2; DE69108673D1; US5244150A; JP3094116B2

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Einspritzer für Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen.
Einspritzer des vorgenannten Typs haben normalerweise einen Körper mit einer Düse, die zur Kraftstoffeinspritzung von einem Steuerventil geöffnet wird, das die Steuerkammer der Düse mit einer Ablaufleitung verbindet. Die Düse ist normalerweise durch einen Kolben und durch den Kraftstoffdruck im Inneren der Steuerkammer verschlossen und wird von dem Steuerventil geöffnet, wobei der Druck im Kammerinneren verringert und der Kolben gehoben wird.
Das Steuerventil an bekannten Einspritzern hat normalerweise eine Kugel, die mit einem konischen Ventilsitz in einer Bohrung zusammenwirkt, die die Steuerkammer mit der Ablaufleitung verbindet. Steuerventile des vorgenannten Typs weisen zahlreiche Nachteile auf. Erstens erfolgt die Berührung zwischen der Kugel und dem konischen Ventilsitz vollständig um einen Umfang herum, so daß, um eine Abdichtung zwischen beiden zu gewährleisten, sowohl die Kugel als auch der Ventilsitz hochpräzise bearbeitet sein müssen, wodurch offensichtlich die Kosten des Einspritzers steigen. Zweitens ist infolge des hohen auftretenden Drucks eine solche Verbindung unweigerlich einer gewissen Undichtheit unterworfen, und zwar aufgrund der flachen Berührungsfläche zwischen der Kugel und der konischen Dichtfläche.
Aus dem Dokument EP-A-196 265 ist ein elektromagnetischer Einspritzer für eine Brennkraftmaschine bekannt, der folgendes aufweist: einen hohlen Körper mit einer normalerweise geschlossenen Düse, die zum Einspritzen von Kraftstoff in die Maschine geöffnet wird, wobei ein Ventilkörper, der in den hohlen Körper eingesetzt ist, mit einer Öffnung ausgebildet ist, die an einer flachen Oberfläche mündet, und wobei ein Klotz, der eine flache Oberfläche hat, die mit der flachen Oberfläche in Eingriff bringbar ist, von einem sphärischen Bereich des Ankers eines Elektromagneten gesteuert wird. Dieser bekannte Einspritzer ist nicht in der Lage, sämtliche oben angegebenen Nachteile zu überwinden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen elektromagnetischen Einspritzer anzugeben, der ein unkompliziertes Steuerventil aufweist, das ausgebildet ist, um die obigen Nachteile zu überwinden, die für bekannte Einspritzer charakteristisch sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektromagnetischer Kraftstoffeinspritzer für eine Brennkraftmaschine angegeben, der folgendes aufweist: einen hohlen Körper mit einer normalerweise geschlossenen Düse, die zum Einspritzen von Kraftstoff in den Motor geöffnet wird; ein Steuerventil, das einen Ventilkörper aufweist, der in den hohlen Körper eingesetzt ist und eine Steuerkammer hat, die normalerweise mit dem unter Druck stehenden Kraftstoff in Verbindung steht; wobei der Ventikörper ferner eine Öffnung hat, die an einer flachen Oberfläche des Ventilkörpers mündet und die Kammer mit einer Ablaufleitung verbindet; wobei das Steuerventil ferner einen Kolbenklotz aufweist, der von dem Anker eines Elektromagneten gesteuert wird, um die Düse zu öffnen; wobei der Anker im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche bewegbar ist; wobei der Kolbenklotz eine flache Oberfläche hat, die zu der genannten Oberfläche paßt, und ein sphärisches Ende einer Betätigungseinheit mit der entgegengesetzten Fläche des Kolbenklotzes in Eingriff bringbar ist; dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinheit von einem Schaft gebildet ist, der mit dem Anker integral ist; wobei der Ventilkörper durch eine Gewinderingmutter und ein glokkenförmiges Element in dem hohlen Körper abgedichtet wird, wobei der Schaft von einer Hülse an dem glockenförmigen Element geführt wird und der Kolbenklotz sich innerhalb einer Vertiefung bewegt, die in dem glockenförmigen Element gebildet ist.
Eine Reihe von bevorzugten, keine Einschränkung darstellenden Ausführungsbeispielen der Erfindung werden beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; in den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 teilweise im Schnitt eine erste Ausführungsform des elektromagnetischen Einspritzers gemäß der Erfindung;
Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt des Steuerventils an dem Einspritzer von Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt des Steuerventils an einer weiteren Ausführungsform des Einspritzers der Erfindung;
Fig. 4 einen Schnitt des Steuerventils an einer weiteren Ausführungsform des Einspritzers der Erfindung;
Fig. 5 einen Schnitt des Steuerventils an einer vierten Ausführungsform des Einspritzers nach der Erfindung;
Fig. 6 eine vergrößerte Draufsicht auf eine Abwandlung eines Details in den Fig. 3 und 5.
Fig. 1 zeigt einen Kraftstoffeinspritzer 10 einer Brennkraftmaschine, der einen konisch verjüngten hohlen Körper 11 aufweist, der am Unterende mit einer Einspritzdüse 12 ausgestattet ist, die mit einer nicht gezeigten noriualen Hochdruckkammer (z. B. 1500 bar) in Verbindung steht.
Die Hochdruckkammer wird in bekannter Weise von einer Druckkraftstoff-Zuleitung 13 über eine Ringkammer 14 und eine innere Leitung (nicht gezeigt) versorgt. Aus der Leitung 13 wird der Kraftstoff von einer Hochdruckpumpe (z. B. 1500 bar) zugeführt.
Der Körper 11 ist in eine Buchse 15 eingesetzt, die einen zylindrischen axialen Hohlraum 16 hat, der eine in Axialrichtung gleitende Stange 17 aufnimmt, die von einer koaxialen Spiralfeder nach unten gedrückt wird. Die Stange 17 verläuft nach unten und läuft am Unterende in einer Spitze aus, die ausgebildet ist, um mit einem Sitz im Inneren der Düse 12 in Eingriff zu gelangen, als deren Düsennadel sie daher wirkt.
Die Stange 17 wird von einem Ventil 19 gesteuert, das seinerseits von einem Elektromagneten 20 gesteuert wird, der an einer Buchse 21 angebracht ist, die an dem Körper 11 durch eine Ringmutter 22 befestigt ist. Die Buchse 21 ist mit einer Kappe 23 versehen, die das obere Ende des Körpers 11 abschließt.
Der Elektromagnet 20 weist einen Magnetkern 24 auf, in dem eine elektrische Spule 25 aufgenommen ist, die über eine elektrische Verbindung an einem Ansatz 26 der Kappe 23 mit Energie versorgt wird. Der Elektromagnet 20 weist ferner einen Magnetkern in Form einer Scheibe 28 auf, die in einem zylindrischen Bereich 29 der Innenwand der Buchse 21 aufgenommen ist. Die Scheibe 28 ist an einer Stange 31 befestigt, die in das Innere einer axialen Bohrung 32 in dem Kern 24 eingesetzt ist. Die Bohrung 32 steht auf bekannte Weise mit einer durch die Kappe 23 verlaufenden Kraftstoffablaufleitung 33, die mit dem Kraftstoffbehälter verbunden ist, in Verbindung.
Die Bohrung 32 enthält außerdem eine zylindrische Schraubendruckfeder 34, um die Scheibe 28 nach unten zu drücken. Die Scheibe 28 hat eine radiale Öffnung 36, die mit der axialen Bohrung 32 in Verbindung steht, und ist an der Unterseite mit einer Betätigungseinheit für das Steuerventil 19, die ein Schaft 37 ist, integral.
Das Steuerventil 19 weist ein im wesentlichen zylindrisches Ventilelement oder einen Körper 38 auf, der in einer Kammer 39 enthalten ist, die sich von der Ringkammer 14 nach oben erstreckt. Der Körper 38 weist am unteren Ende eine Schulter 41 auf, die in einem Sitz am oberen Ende der Buchse 15 dicht anliegt.
Am oberen Ende weist der Körper 38 einen Flansch 42 auf, der an einer Schulter 43 des Körpers 11 anliegt. Eine zweite Schulter 44 an dem Körper 38 enthält eine Dichtung 46, um die Ringkammer 14 nach oben abzudichten.
Der Körper 38 weist eine koaxiale zylindrische Steuerkammer 47 auf, die am unteren Ende mit dem Hohlraum 16 in Verbindung steht; mit der Ringkammer 14 durch eine Radialbohrung 47 zur Aufnahme von Druckkraftstoff aus der Leitung 13 in Verbindung steht; und nach außen mit dem oberen Ende über eine kalibrierte Axialbohrung 49 in Verbindung steht.
Der Flansch 42 des Körpers 38 ist mit einem glockenförmigen Element 51 integral, das an dem hohlen Körper 11 über eine Ringmutter 52 mit Gewinde befestigt ist, die in einen Gewindesitz 53 (Fig. 1) an dem Körper 11 geschraubt ist. Das Element 51 weist eine Hülse 54 auf, die eine Ringkammer 56 mit der Innenfläche der Ringmutter 52 bildet. Die Innenfläche der Hülse 54 wirkt als Präzisionsführung für die Betätigungseinheit 37 des Ventils 19.
Das glockenförmige Element 51 weist außerdem einen Ring 57 auf, der den Flansch 42 des Körpers 38 umgibt, so daß das Element 51 die Hülse 54 relativ zu dem Körper 38 zentriert hält. Schließlich weist das Element 51 einen Flansch 58 auf, der einen flachen Ringbereich 59 hat, der mit Hilfe der 1ringmutter 52 mit einem flachen Ringbereich 61 des Flanschs 42 in Eingriff ist.
Die obere Oberfläche des Flanschs 42 weist eine Vertiefung 62 auf, die eine ringförmige Kammer 64 mit einer dazu passenden Vertiefung 63 an dem Flansch 58 bildet. Die ringförmige Kammer 64 steht mit der ringförmigen Kammer 56 über zwei oder mehr Schrägbohrungen 65 durch den Flansch 58 in Verbindung. Eine weitere zentrale Vertiefung 66 an dem Flansch 58 enthält einen Kolbenklotz 67 des Ventils 19, der von dem Schaft 37 gesteuert wird, um die Bohrung 49 zu öffnen und zu schließen.
Der Einspritzer gemäß der Erfindung arbeitet wie folgt.
Der Elektromagnet 20 ist normalerweise entregt, und in diesem Fall wird die Scheibe 28 von dem Kern 24 durch die Feder 34 getrennt gehalten (Fig. 1); der Kolbenklotz 67 wird von dem Schaft 37 nach unten gehalten, um die Bohrung 49 zu verschließen; und durch 4den Hohlraum 16 vereinigt sich der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 47 mit der entsprechenden Feder, um die Stange 17 nach unten zu drücken, so daß ihr unteres Ende die Düse 12 verschließt.
Wenn der Elektromagnet 20 erregt wird, bewegt sich die Scheibe 28 nach oben, so daß der Schaft 37 den Kolbenklotz 67 freigibt, der von dem Kraftstoffdruck in der Kammer 47 gehoben wird; und Kraftstoff strömt durch die Bohrung 49 in die Ringkammer 64 (Fig. 2) sowie durch die Schrägbohrungen 65 in die Ringkammer 56 und in Richtung zu der Ablaufleitung 33.
Der Druckabfall im Inneren der Steuerkammer 47 und der Kraftstoffdruck in der Druckkammer heben dann die Stange 17, so daß die Düse 12 geöffnet wird, um Kraftstoff in den Motorzylinder einzuspritzen.
Wenn der Elektromagnet 20 entregt wird, drückt die Feder 34 die Scheibe 28 nach unten; der Schaft 37 stellt den Kolbenklotz 67 in die geschlossene Position über der Bohrung 49 zurück; die Steuerkammer 47 wird erneut mit Druck beaufschlagt; und die Stange 17 bewegt sich wieder nach unten, um die Düse 12 zu verschließen.
Der Betrieb des Steuerventils 19 ist sowohl in bezug auf die zeitliche Steuerung als auch auf das Ansprechverhalten sehr feinfühlig; der Bewegungsweg des Ankers 28 und damit des Kolbenklotzes 67 ist extrem klein und beträgt Zehntelmillimeter; und die Abdichtung zwischen dem Kolbenklotz 67 und der Bohrung 49 ist immer mit Problemen verbunden.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung endet die Bohrung 49 an einer vollkommen flachen Oberfläche 68 des Flanschs 42 (Fig. 2-5), wobei diese Oberfläche 68 außerdem zu der Achse der Hülse 54 und des Schafts 37 und somit zu der Bewegungsrichtung des Schafts 37 senkrecht ist. Die Unterseite 70 des Kolbenklotzes 67 hat eine vollkommen flache Oberfläche, die abdichtend mit der Oberfläche 68 des Flanschs 42 zusammenpaßt.
Der Kolbenklotz 67 kann runde Gestalt und einen geringfügig kleineren Durchmesser als die Vertiefung 66 haben, so daß er mit einem gewissen Freiheitsgrad innerhalb der Vertiefung 66 bewegbar ist. Die untere Endfläche des Schafts 37, die allgemein sphärisch ist, gelangt mit der Oberseite des Kolbenklotzes 67 in Eingriff, so daß die auf den Kolbenklotz 67 aufgebrachte Wirkung senkrecht zu der Oberfläche 68 des Flanschs 42 gerichtet ist.
Bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 weist die Oberseite 71 des Kolbenklotzes 67 ebenfalls eine flache Oberfläche auf. Die untere Oberfläche des Schafts 37 besteht ihrerseits aus einem sphärischen Vorderende 72, das auf die Oberfläche der Seite 71 wirkt, wodurch die Herstellungskosten des Ventils 19 und des Schafts 37 drastisch verringert werden.
Bei der Ausführungsform von Fig. 3 ist die Oberseite des Kolbenklotzes 67 flach und konkav und besteht aus einem sphärischen hohlen Bereich 73 und einem flachen ringförmigen Bereich 74. Bevorzugt besteht der hohle Bereich 73 im wesentlichen aus einer Halbkugelgestalt.
Die untere Oberfläche des Schafts 37 dagegen ist flach und konvex und umfaßt einen sphärischen kappenförmigen Bereich 75, dessen Durchmesser geringfügig kleiner als der des hohlen Bereichs 73 ist, sowie einen flachen Ring 76. Die kombinierte Wirkung des Bereichs 75 und des hohlen Bereichs 73 sorgt daher für eine Zentrierung des Klotzes 67 in bezug auf die Bohrung 49.
Bei der Ausführungsform von Fig. 4 hat der Klotz 67 eine flache Unterseite 68 und eine Oberseite in Form einer sphärischen Kappe 77. Bevorzugt besteht der Klotz 67 im wesentlichen aus einer an der Oberfläche 68 facettierten Kugel, um so eine Kappe 77 zu bilden, die wenigstens aus einer Halbkugel besteht, so daß also der Klotz 67 die diametrale Ebene der Kugel parallel zu der Oberfläche 68 einschließt.
Die untere Oberfläche des Schafts 37 dagegen ist flach und konkav und umfaßt einen sphärischen hohlen Bereich 78 mit geringfügig kleinerem Durchmesser als die Kappe 77 und einen Ring 79. Auch in diesem Fall sorgt die kombinierte Wirkung dem hohlen Bereichs 78 und der Kappe 77 für eine Zentrierung des Klotzes 67 relativ zu der Bohrung 49, und zusätzlich ergibt sich der Vorteil, daß der hohle Bereich 78 des Schafts 37 auf den dicksten Teil des Klotzes 67 wirkt.
Bei der Ausführungsform von Fig. 5 weist der Kolbenklotz 67 des Ventils 19 einen sphärischen hohlen Bereich 73 ähnlich demjenigen von Fig. 3 auf. Die untere Oberfläche des Schafts 37 ist ebenfalls flach und konkav und weist einen sphärischen hohlen Bereich 78 ähnlich demjenigen von Fig. 4 auf. Zwischen die hohlen Bereiche 73 und 78 ist eine Kugel 80 eingesetzt, um die Bewegung des Schafts 37 an den Klotz 67 anzupassen und darauf zu zentrieren.
Der Klotz 67 kann, wie bereits gesagt, rund oder facettiert sein, um im wesentlichen ein Polygon zu erhalten, das abwechselnd runde Bereiche 81 (Fig. 6) und flache Bereiche 82 hat. Eine solche Konstruktion kann vorteilhaft drei identische flache Bereiche 82 und drei identische alternierende runde Bereiche 81 präsentieren, wie Fig. 6 veranschaulicht, die den flach-konkaven Klotz 67 der Fig. 3 und 5 zeigt. Der Klotz 67 in Fig. 2 und der Klotz 67 in Fig. 4 können auf gleiche Weise facettiert sein.
Die Vorteile der Erfindung sind aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich. Insbesondere ist die Präzisionsbearbeitung der flachen Oberflächen 68 und 70 wesentlich kostengünstiger als die Bearbeitung der sphärischen Oberfläche, was bei bekannten Einspritzern erforderlich ist. Eine ähnliche Einsparung ist auch in bezug auf die sphärischen Oberflächen des Kolbenklotzes 67 und des Schafts 37 möglich, die nun keine Abdichtung mehr bewirken.
Außerdem unterliegen die flachen Berührungsflächen 68 und 70 nun keinem durch Verschleiß oder Kraftstoffaustritt bedingten Ausfurchen mehr, und zwar wegen der vergrößerten Abdicht- und Berührungsflächen, über die der Kraftstoff zwangsläufig strömen muß.

Claims

1. Elektromagnetischer Kraftstoffeinspritzer für eine Brennkraftmaschine, der aufweist: einen hohlen Körper (11) mit einer normalerweise geschlossenen Düse (12), die zum Einspritzen von Kraftstoff in die Maschine geöffnet wird; ein Steuerventil, das einen Ventilkörper (38) aufweist, der in den hohlen Körper (11) eingesetzt ist und eine Steuerkammer (47) hat, die normalerweise mit dem unter Druck stehenden Kraftstoff in Verbindung steht; wobei der Ventilkörper (38) ferner eine Öffnung (49) hat, die an einer flachen Oberfläche (68) des Ventilkörpers (38) mündet und die Kammer (47) mit einer Ablaufleitung (33) verbindet; wobei das Steuerventil ferner einen Kolbenklotz (67) aufweist, der von dem Anker (28) eines Elektromagneten (20) gesteuert wird, um die Düse (12) zu öffnen; wobei der Anker (28) im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche (68) bewegbar ist; wobei der Kolbenklotz (67) eine flache Fläche (70) hat, die zu der Oberfläche (68) paßt, wobei ein sphärisches freies Ende (72, 75, 77) einer Betätigungseinheit (37) mit der entgegengesetzten Fläche (71, 73, 77) des Kolbenklotzes (67) in Eingriff bringbar ist; dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinheit von einem Schaft (37) gebildet ist, der mit dem Anker (28) integral ist; wobei der Ventilkörper (38) durch eine Gewinderingmutter (52) und ein glockenförmiges Element (51) in dem hohlen Körper (11) abgedichtet wird, wobei der Schaft (37) von einer Hülse (54) an dem glockenförmigen Eiement (51) geführt wird und der Kolbenklotz (67) sich innerhalb einer Vertiefung (66) bewegt, die in dem giockenförmigen Element (51) gebildet ist.

2. Einspritzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengesetzte Fläche (71) ebenfalls flach ist und eine sphärisch kappenförmige Oberfläche (72) an dem freien Ende damit in Eingriff ist.

3. Einspritzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengesetzte Fläche (73) und die sphärische Oberfläche (72, 78) an dem freien Ende konkav bzw. kappenförmig sind.

4. Einspritzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kappenförmige Oberfläche (75) an dem freien Ende ist;

wobei die entgegengesetzte Fläche (73) konkav ist und einen Radius hat, der geringfügig größer als der der Kappe (75) ist.

5. Einspritzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kappenförmige Oberfläche (75) an dem freien Ende ist und flach sphärische Gestalt hat; wobei die konkave Oberfläche an der entgegengesetzten Fläche (73) liegt und flach konkave Gestalt hat, wobei der konkave Bereich einen geringfügig größeren Radius als die Kugel der Kappe (75) hat.

6. Einspritzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenklotz (67) aus einer sphärischen Kappe (77) besteht, die durch Facettieren einer Kugel gebildet ist, um die flache Fläche (68) zu erzeugen; wobei die konkave Oberfläche (78) an dem freien Ende liegt.

7. Einspritzer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärische Kappe (77) aus einem Kugelbereich besteht, der größer als oder gleich wie die Hälfte der Kugel ist.

8. Einspritzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der entgegengesetzten Fläche (73) und die Oberfläche (78) des Schafts (37) beide flach konkave Gestalt haben; wobei eine Kugel (80) zwischen die konkaven Bereiche der beiden flach konkaven Oberflächen (73, 78) eingesetzt ist.

9. Einspritzer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede flach konkave Oberfläche (73, 78) einen sphärischen Bereich aufweist, dessen Durchmesser geringfügig größer als der der Kugel (80) ist.

10. Einspritzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenklotz (67) im wesentlichen polygonal ist und eine Reihe von alternierenden flachen Bereichen (82) und runden Bereichen (81) aufweist.