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Elektromagnetisch -gesteuertes Einspritzventil für Brennkraftmaschinen
Afan hat bereits vor mehr als zwanzig Jahren vorgeschlagen, das Einspritzventil
bei Brennkraftmaschinen elektromagnetisch zu steuern, und hat zu diesem Zweck einen
in einer elektrischen Spule gegenüber einem festen Kern verschiebbaren magnetisierbaren
Kern vorgesehen, der an seinem einen Ende gleichzeitig als kegeliger Ventilkörper
ausgebildet ist und =unter der Wirkung einer arn festen Kern abgestützten Druckfeder
für gewöhnlich die zur Spule gleichachsige Auslaßöffnung einer auf der einen Seite
unmittelbar von der einen Stirnfläche der Spule begrenzten Brennstoffkammer schließt,
während er bei Erregung der Spule in diese unter h'lierwindung der Gegenkraft der
Schließungsfeder hineingezogen wird und dabei mit seinem kegeligen Ende die Auslaßöffnung
der Brennstoffkammer freigibt. Es hat sich gezeigt, daß eine solche Ausführung den
hohen Anforderungen, die bei neuzeitlichen Brennkraftmaschinen bezüglich Frequenz,
Genauigkeit und Schnelligkeit der Einspritzungen zu erfüllen sind, nicht genügt.
Bei dem bekannten elektromagnetisch gesteuerten Einspritzventil stellen sich dem
richtigen Arbeiten des verschiebbaren magnetisierbaren Kerns schwerwiegende Hindernisse
entgegen. Durch das Spiel, das zwischen diesem Kern und dem dafür in der Spule vorgesehenen
Führungszylinder vorbanden sein mufi, sickert die unter Druck stehende Flüssigkeit
aus der Brennstoffkaminer in den die Druckfeder enthaltenden Rauin zwischen dein
festen und dem verschiebbaren Kern und füllt ihn aus, und dann wird, da zwischen
diesem Raum und der Brennstoffkaininer keine weitere Verbindung
wie
ilics(s zwecks richtiger Zentrierung d°s Verstel11;egels sehr klein zu w<ililende
@l>iel vorhanden ist, der verschiebbare Kern >ich !tickt inelir bewegen können.
Auch wenn inan -tatt citics Spiels eilte vollkommene Abdich-# tun- zwischen deni
verschiebbaren lern und seinen 1#iihrungszvlinder zur Verrnei(lung einer -@I1@a1111nIt1Ilg
von Flüssigkeit ini Raum zwischen dein festen und dellt beweglichen Kern annimmt,
wird ein arbeiten des Ventils unnnigltch sein, weil der Druck der Flüssigkeit in
der Brentistoffkainmer den Ventilkörper, wenn es gelungen ist ihn zu öffnen, an
einer Schliel,ibewegung hindern wird. Ferner verläuft der Kraftlinienfluß, der bei
Erregung der Spule den verschiebbaren Kern in diese hineinzieht und über den dabei
sich von seinem Sitz mehr und mehr entfernenden kegeli"en Ventilkörper geht, zu
einem großen Teil durch den Raum der Brennstoffkammer, was nicht nur seine Verschiebungswirkung
unsicher und ungleichförmig macht, sondern auch eine verhältnismäßig höhe Erregerstromstärke
bedingt. Diese 'Mängel lassen ein ordnungsmüßiges Arbeiten des geschilderten elektromagnetisch
gesteuerten Einspritzventils bei den hohen Einspritzfrequenzen der neuzeitlichen
Brennkraftmaschinen nicht erwarten.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein allen praktischen
Anforderungen auch voll neuzeitlichen schnell laufenden Brenukraftmaschinen einwandfrei
genügendes Einspritzventil mit elektromagnetischer Steuerung zu .schaffen. Diese
schnell laufenden 'Maschinen arbeiten mit Einspritzfrequenzen von mehreren tausend
Einspritzungen in der Minute lind mit Einspritzzeiten von wenigen Tausendsteln einer
Sekunde und dabei muß die Schließung und Öffnung des Ventils augenblicklich und
mit genauer Einhaltung der notwendigen öffnungsdauer erfolgen. f:rfindungsgemäß
wird ein diese Bedingungen erfüllendes elektromagnetisch gesteuertes Einspritzdentil
unter Verwendung des bekannten, in einer Spule verschiebbaren und auf den Ventilkörper
wirkenden magnetisierbaren Kernes dadurch erhalten, daß der verschiebbare Kern praktisch
einer seine freie Beweglichkeit verhindernden Beeinflussung durch die Flüssigkeit
entzogen wird und daß der Weg des magnetischen Kraftlinienflusses in eitler Weise
ausgestaltet wird, die die Steuerwirkung der elektrischen Spule nicht beeinträchtigt.
Zti diesem Zweck wird nach der l:rliit(lung der mittels einer Spindel den \'ettillkör1ter
tragende verschiebbare inagiteti-@ict-hare Kern bei seiner Bewegung mit (lern clie
magnetischen Kraftlinien führenden Gehän>e der Spule ständig in Berührung gellaltutt,
s@@ @lali er mit (leni Geliätise einen sich lediglich über seine Masse schließenden
1Ve; für den magnetischen Kraftfluß bildet; ferne werden in dein Kern seine freie
Verschiehunri gegenüber (lern flüssigen Brennstoff ermoglichende Flüssigkeitsdurchtrittslutnäle
vor geseltetl.
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Wie die Praxis bewiesen hat, ergibt sich auf diese Weise ein elektromagnetisch
gesteuertes Einspritzventil, (las Einsprit7frecluenzen von t#ooo Hinspritzungen,
in der Minute und mehr und Einspritzzeiten von o,ooz Sekunden und weniger mit ständig
gleichbleibender Zuverlässigkeit zu erzielen gestattet; diese große Steuergeschwindigkeit
läßt sich auch mit der üblichen mechanischen oder hydraulischen Steuerung von Einspritzventilen
nicht erreichen, denn so hohe Einspritzfrequenzen und derart kurze Einspritzzeiten
sind schon wegen der unvermeidlichen erheblichen Trägheitswirkung nicht einmal angenähert
erzielbar. Da der magnetisierbare Kern sich ohne übermäßigen Widerstand in der Flüssigkeit
bewegen und die Ventilnadel äußerst leicht und damit fast trägheitslos ausgeführt
werden kann, läßt sich die für Einspritzfrequenzen und Einspritzzeiten dieser Größenordnung
erforderliche hohe Beschleunigung dieser Teile dauernd mit Sicherheit verwirklichen.
Da ferner der von der Spule jeweils erzeugte magnetische Kraftfluß in günstigster
Weise auf den verschiebbaren Kern. zur Einwirkung gebracht wird, erfolgen die Ventilöffnungen
nicht nur augenblicklich, sondern auch mit äußerst geringem Stromverbrauch. Diese
niedrige Stromstärke sowie die Verwendung von weichem Eisen für (las Spulengehäuse
ergeben ein Arbeiten praktisch ohne Hvsteresis, so daß auch die Ventilschließungen
bei Unterbrechung der Spulenerregung augenblicklich stattfinden. Diese Geschwindigkeit
und Genauigkeit der Offnung und Schließung des Einspritzventils bedeutet weiterhin,
daß der Anfang und (las Ende der Einspritzung ohne Verzögerung und ohne \'achtröpfeln
gewährleistet sind und die Stärke des Brennstoffdurchflusses während des Einspritzvorganges
ständig gleich bleibt. Auch wird dadurch die genaue Einhaltung und Regelung kürzester
Einspritzzeiten von kleinsten Bruchteilen einer Sekunde und eine zuverlässige Bemessung
des Brennstoffes auch bei kleinster Einspritzmenge durch' entsprechende Einstellung
(leg Erregungsdauer (leg Spule oder des `Ventilhubes ermöglicht. Außerdem läßt sich
leicht ein vom Beginn bis zum Ende der Finspritzung gleichbleibender Einspritzdruck
einhalten und eilte -außerordentlich giinstige Ver(lanipfung sowie ein ä ullerst
-sparsamer Verbrauch des Brennstoffes erzielen.
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Die Zeiclntuur veranschaulicht (las elektromagnetisch
gesteuerte
Einspritzventil nach der Erfindung beispielsweise in mehreren Ausführungsformen.
hig. 1 zeigt zum "feil im Schnitt und zutn "feil in :1iisicht die Gesaintanordnung
von Einspritzventil und eIclctrischer Steuervorrichtung, während Fig. 2 eine bauliche
Ah;inderting cles Einspritzvcntils von 1 ini Schnitt wiedergibt.
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Nach hig. 1 ist das Ventilgehäuse C,, da: a-n dein finit .Itrennstoft
zu speisenden 'Maan der geeigneten Stelle anzubringen ist. finit einer zylindrischen
Kammer i0vers@h@n, an die sich am einen linde des @-entilgehüuscs G die Einspritzbohrung
g anschließt, während das andere Ende des Ventilgeli<iuses G sich zu einer Scheibe
verbreitert, welche den Deckel des damit verschraubten Gehäuses il der elektrischen
Spule 13 bildet und zur Führung eines innerlialll dieser-Spule gleichachsig dazu
verschiebbaren magnetisieirbaren Kerns i dient. Das Slitileligehiiuse i i gellt
in einen zum ver-,chiebbaren I-Zern i gleichachsigen festen Kern ro über, der die
Spule i r auf einem Teil ihrer 1,iiiip;e durchsetzt und mit einer mittleren ljohrung
1.4 versehen ist. Der verschiebhare Kern r ist als einseitig mit einem Hoden versehener
.Hohlzylinder ausgebildet, der an seiner Bodenseite in eine Spindel? übergeht, die
mittels eines kleinen Zviinderkörpers 17 in der Kammer 16 geführt ist und an ihrem
freien Ende den kegeligen Ventilkörper 8 trägt. "Durch eine am festen Kern ro ab-estützte
und auf den verschiebbaren Kern i wirkende Feder 12 wird der Ventilkörper 8 gegen
seinen Sitz an der Einspritzhohrung 9 gedrückt. Das Ventilgehäuse 6, das Shulengeliiiuse_
13 und cler- feste Kern 1o bestehen aus magnetischem Baustoff. Der verschiebbare
Kern i ist mit Kanälen 15 und der Führungskörper 17 der Spindel 7 mit Längsrillen
r8 für den Durchtritt des flüssigen Brennstoffes versehen, der durch das Rohr 19
unter konstantem Druck der Bohrung rd. des festen Kerns To zugeleitet wird und über
die Kanäle 15 und 18 die Kammer 16 füllt.
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Wenn die Spule i3 erregt wird, zieht sie den magnetisierharen verschiebbaren
Kern i gegen den als Hubbegrenzer für diesen wirksamen festen Kern 1o und öffnet
dadurch das Ventil 8 -unter Überwindung der Gegenkraft der Schließungsfeder 12,
die anderseits hei Unterbrechung dieser Spulenerregung das Ventil 8 wieder in die
das i,,iiisp)ritzloch 9 absperrende Ausgangslage zurückführt. Dabei ist die ungehinderte
und schnelle Hinundherbewegung von Kern i und Spindel 7 in dem flüssif;en Brennstoff
durch die Fli.issigkeitsdurchlaßkanäle r 5 und i S ermöglicht, und der Kerls 1 ist
bei,seincr durch die Spule bewirkten Verschiebung ständig finit dem die magnetischen
Kraftlinien führenden Spulengehä use i i und dein für dieses als Deckel wirkenden
"feil des Ventilgehäuses G in Berührung und gewährleistet dadurch auf seinem ganzen
Anzughub einen his auf das winzige Spiel zwischen führender und geführter Fläche
vollständig geschlossenen magnetischen Kraftfluß. Infolgedessen kann sowohl die
Öffnung wie die Schließung des Ventils 8 augenblicklich und mit kleinstem Kraftaufwand
erfolgen. Dazu trägt auch bei, daß die beweglichen Teile 1, 7 eine äußerst leichte,
möglichst trägheitslose Ausbildung erhalten können und auf Grund der außerordentlich
geringen Stärke der zur Ventilöffnung erforderlichen Erregung der Spule 13 eine
verzögernde magnetische Hy steresiswir'kung nicht zu befürchten ist.
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Der von der Batterie 3' gelieferte Erregerstrom der Spule 13 wird
von einem umlaufenden Schalter gesteuert, der eine Trommel 21 aus Isolierstoff aufweist,
die auf einer Welle 22 sitzt, die in einem am Motorgehäuse 24. befestigten Lager
23 drehbar ist und von. der Maschinenwelle hei einem Zweitaktmotor mit der gleichen
und hei einem Viertaktmotor finit der halben Umdrehungszahl in der eingezeichneten
Pfeilrichtung mitgenommen wird. Auf der Zylinderfläche der Trommel ei ist eine Metallplatte
25 von der Form eines Trapezes vorgesehen, dessen zwei parallele Seiten zu den ebenen
Stirnflächen der Trommel 21 parallel laufen. Die Platte 25 steht in elektrischer
Verbindung mit einem an der Trommel 21 zentrisch befestigten Knopf 26. Längs
der Außenfläche des Lagers 23 ist eine Muffe 27 aus Isolierstoff axial verschiebbar,
die zwei Bürsten 28, 29 trägt, von denen die eine 28 in ständiger Berührung mit
dem Knopf 26
steht und mit der Batterie 3' verbunden ist, während die andere
29 dauernd auf der Zylinderfläche der Trommel 21 aufliegt und an die Spule 1.3 angeschlossen
ist. `Vene die T rom-. mel 21 von dem in.Gang befindlichen Motor in Umlauf versetzt
wird, ist die Dauer de-r Erregung der Spule 13 und damit der Einspritzung gleich
der Dauer des Kontaktes zwischen der Platte 25 und der Bürste 29. Durch eine Axialverschiebung
der Muffe 27 kann infolge der Trapezform der Platte 25 die Dauer dieses Kontaktes
und demnach der Einspritzung verändert werden. Da von den beiden nicht parallelen
Trapezseiten der Platte 25 die eine senkrecht zu den ebenen Endflächen der Trommel
21 steht, wirkt sich die Veränderung cler#1?insiiritzdauer als eine Verschiebung
des l-insiiritzl)eginns bei gleichbleibender. I3eenclirtuig der Einspritzung aus.
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Wie Fig.2 zeigt, kann das elektromagnetisch gesteuert Einspritzventil
auch so aus-
| grllil@let :rin. dal.l der Ventilkürllrr nicht wie |
| llei Vig. t nach innen, sonderst nach außen |
| durch die Spule bei deren 1?rre@#ung geiittnc#t |
| wird. tirntül.l Fig. a wird der kleine \'entil- |
| I<iirllci- N,,, der auf Gier dünnen Spindel ;" sitzt |
| und dessen l#ortn je nach der ge\N-iüisclltcll |
| Gestaltuilg des Breinistoffstralil, verschiede!! |
| ist, durch die Feder 12, gegen die Mßenseite |
| des Ventilgehäuses ;In (lern Austrittsende des |
| I?insllrit-rkanals o" gedrückt. während er |
| durch den mit der gedrückt. ;" verbundenen |
| inagnetisierbaren Kern 42. wenn dieser von |
| der erregten Spule 13, angeicgen wird, -zur |
| Freigalle des Kanals c) nach außen gestoßen |
| wird. 1 )er verschiebbare Kerl' 42 ist ähnlich |
| wie der Kern 12 vcin Fig. i mit Durchlaß- |
| kanälen für den flüssigen Brennstoff versehen |
| und stellt bei seiner Bewegung dauernd mit |
| dem den magnetischen Kraftfluß führenden |
| Spulengelläuse in Berührung. |