DE69508950T2 - Gekerbter nadelstosseleminator - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetbetätigte Ventilanordnung und insbesondere Mittel zum Steuern der Rückprallbewegungen einer Nadel in einem Magnetventil.
Hintergrund der Erfindung
• Typischerweise besitzt ein Magnetventil einen Anker, der zwischen einer ersten und zweiten Stellung bewegbar ist um eine Ventilnadel mit einem Ventilsitz in Berührung zu bringen und von ihm abzuheben. Die Extreme dieser ersten und zweiten Stellung werden häufig durch mechanische Anschläge definiert. Anker können in einer Richtung von einer durch eine Drahtspule erzeugten elektromagnetischen Kraft und in der entgegengesetzten Richtung von einer Rückholfeder bewegt werden. Wenn die Ankernadel auf einen Anschlag auftrifft, kommt es zu Rückprallbewegungen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung.
• Bei Hochgeschwindigkeits-Dosiermagneten stellen Rückprallbewegungen der Nadel ein Problem dar, da bei jeder Rückprallbewegung der Nadel eine kleine unkontrollierte Kraftstoffmenge an die Brennkraftmaschine abgegeben wird, zu Lasten der Schadstoffemissionen. Wie ohne weitere einleuchtet, führt eine Leckage von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine zu einem ungünstigen Kraftstoffverbrauch. An jedem Ende seiner Bewegung hat der Anker als Folge seiner Masse und Geschwindigkeit eine kinetische Energie. Ohne Mittel für die Dissipation dieser Energie wird sie durch die elastische Kollision mit dem Anschlag an den Anker zurückgegeben. Irgendwann, nach einer Reihe von Kollisionen und Rückprallbewegungen kommt es zu einer Dissipation der Energie. Die Rückprallbewegungen des Ankers und der Nadel beeinträchtigen die Funktionsweise der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, indem sie die Einspritzdauer verlängern oder verkürzen, und es kommt zu einem hohen Verschleiß im Ventilsitzbereich. Diese Rückprallbewegungen bedingen eine erhöhte Einspritzdauer und - menge, eine reduzierte Präzision der abgegebenen Kraftstoffmenge und eine schlechte Zerstäubung.
• Die deutsche Patentanmeldung DE 38 43 862 zeigt eine elektromechanische Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Anker, der eine Nadel in Anlage mit einem Ventilsitz bringt und von diesem abhebt. Es sind verschiedene Formen der Nadelkonstruktion gezeigt, die einen Dämpfungseffekt haben, um den Verschleiß und die Abnutzung der Nadel und des Ventilsitzes zu verringern.
• Wie ersichtlich, besteht ein Bedarf an einem Mittel zum Steuern der Rückprallbewegungen einer Ankernadel, mit dem die an die Brennkraftmaschine abgegebene Kraftstoffmenge sowie der Verschleiß im Ventilsitzbereich verringert werden.
Zusammenfassung der Erfindung
• Dieser Bedarf wird durch die vorliegende Erfindung gedeckt, bei der die bewegliche Nadel eines pulsweitenmodulierten Magnetventils mehrere Riffeln aufweist, um Rückprallbewegungen beim Aufschlagen auf starre Anschläge zu reduzieren oder zu eliminieren. Die vorliegende Erfindung ändert die Axial- oder Biegefederrate und das Schwingungsverhalten der Nadel, um eine Kontrolle über die Rückprallbewegungen zu erreichen.
• Gemäß einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Nadel eines Nadelventils für eine elektromechanische Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche das Nadelventil umfaßt, das in einer ersten und zweiten Richtung bewegbar ist, um sich an eine Ventilsitzanordnung anzulegen und von ihr abzuheben, wobei die Nadel die Form eines Rohres hat und Dämpfungsmittel aufweist, mit einem Ventilsitz in der Ventilsitzanordnung, der einen Anschlag für das Nadelventil bei seiner Bewegung in der ersten Richtung bildet die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Nadel mehrere Riffeln um den Umfang eines Rohres herum aufweist, um Rückprallbewegungen des Nadelventils zu verringern, wenn die Ventilnadel den Ventilsitz berührt, indem die Axial- und Biegefederrate des Nadelventils verringert wird.
• Für ein vollständiges Verständnis der Art und Ziele der vorliegenden Erfindung sei auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und Ansprüchen Bezug genommen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• In den Zeichnungen:
• Fig. 1 ist eine teilweise weggeschnittene Querschnittsansicht einer Hochdruck-Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem genuteten Nadelrückpralleliminator;
• Fig. 2 bis 4 sind Ansichten von Alternativen des genuteten Nadelrückpralleliminators und
• Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
• In Fig. 1 ist im Querschnitt ein typischer Elektromagnet 10 für eine mit einer sphärischen Nadel und einem Konus versehene Kraftstoffeinspritzvorrichtung dargestellt, der so ausgelegt ist, daß er bei einem Kraftstoffdruck von mehr als 1000 psi arbeitet. Die Einspritzvorrichtung 10 umfaßt ein rohrförmiges Gehäuse 12 aus einem unmagnetischen rostfreien Stahl. Das Innere des rohrförmigen Gehäuses 12 enthält ein Einlaßrohr 14 und hat mehrere unterschiedliche Durchmesser, um verschiedene Schultern für eine Anzahl unterschiedlicher Funktionen zu bilden. An der Außenseite des Gehäuses 12 sind Dichtmittel 16 angeordnet, um die Einspritzvorrichtung 10 in einer Bohrung einer Brennkraftmaschine oder einem Saugrohr, indem sie angeordnet ist, abzudichten. Das Gehäuse 12 hat ein offenes Ende 18 und ein Auslaßende 20. Das Auslaßende 20 hat eine Gegenbohrung, um eine Schulter 22 zum Positionieren einer Sitzanordnung 24 und eines Strahlgenerators 26 zu bilden. Die Sitzanordnung 24 besteht aus einem Nadelanschlag in Form eines Ventilsitzes 28 und einer Wirbelführung 30. Angrenzend an dem Ventilsitz 28 befindet sich der Strahlgenerator 26, der eine axial ausgerichtete Bohrung 32 aufweist, in der sich eine Ventilnadel 34 hin- und herbewegt.
• Die Ventilnadel 34 hat eine im wesentlichen kugelförmige Abrundung passend zu dem Ventilsitz 28, um die Einspritzvorrichtung 10 zuschließen. An einem Ende der Ventilnadel 34, gegenüber der sphärischen Abrundung, befindet sich eine Ankereinrichtung (nicht gezeigt) in Form eines Ankergliedes und eines Dämpfungsgliedes. Das Ankerglied ist an der Nadel 34 in Anlage an dem Dämpfungsglied angeordnet und frei, sehr geringe axiale Bewegungen entlang der Nadel 34 entgegen dem Dämpfungsglied auszuführen. Das Ende der Ventilnadel 34 sitzt in einem Federfänger 36, der von einer Bohrung 38 in einem inneren Polstück 40 des Magnetkerns gleitend aufgenommen wird.
• Die relative Zuordnung und Ausgestaltung dieser verschiedenen Teile sind im wesentlichen die gleichen wie bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach dem US- Patent Nr. 4,610,080 der Anmelderin. Die Einspritzvorrichtung ist von einer Bauart, die üblicherweise als oberseitig gespeiste Einspritzvorrichtung bezeichnet wird, bei der Kraftstoff durch den Einlaßanschluß 14 zugeführt und als Einspritzung von dem axial entgegengesetzten Düsenende abgegeben wird.
• Die Unterschiede betreffen im wesentlichen die erfinderischen Merkmale der vorliegenden Offenbarung. Der Mechanismus der Erfindung hat den Zweck, die Federrate der Nadel 36 hinsichtlich Biegung oder Kompression zu reduzieren. Die kinetische Energie der sich bewegenden Nadel kann dann leichter als Spannungsenergie in der verformten Nadel gespeichert werden. Je größer diese Verformung beim Aufprall ist, desto mehr dieser Energie kann in der inneren Dämpfung des Materials dissipiert werden. Auf diese Weise kann die Spannungsenergie, die in kinetische Energie zurückverwandelt wird, reduziert werden.
• Fig. 1 zeigt eine Nadel, bei der eine "treppenstufenartige" Anordnung von Nuten 42 auf gegenüberliegenden Seiten der Nadel 36 als Dämpfungsmittel vorgesehen ist um die axiale Federrate der Nadel durch Hinzufügen einer Anzahl doppelt auskragender Abschnitte zu reduzieren. Die Federrate der Nadel wird auf diese Weise auf einen präzisen Wert zum Eliminieren von Rückprallbewegungen eingestellt.
• Die Fig. 2 bis 4 zeigen nur einige der zahlreichen Alternativen. Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung funktioniert in der Weise, daß das Biegeverhalten durch Verwendung einer Nut 44 verstellt wird, um Rückprallbewegungen beim Schließen zu eliminieren. Die Fig. 3 zeigt mehrere Nuten 46. Wie für den Fachmann offensichtlich ist, kann eine Vielzahl von Nuten, Rillen oder anderen Vertiefungen verwendet werden, die irgendwo über der Nadellänge angeordnet werden. Die Fig. 4 zeigt eine Ringnut 48 statt der mit ebenem Boden versehenen Nuten 42, 44 und 46 der Fig. 1 bis 3. Die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem ein geriffeltes Rohr 50 die Nadel ersetzt. Die Riffeln oder Wellungen 52 in dem Rohr 50 sind so ausgelegt, daß sie die Federrate in ähnlicher Weise wie bei den anderen Konstruktionen reduzieren. Das Rohr 50 könnte auch in anderer Weise verformt werden, beispielsweise mit löffelförmigen Vertiefungen anstelle von ringförmigen Vertiefungen, um die Axial- und Biegefederraten oder irgendeine Kombination der beiden zu verstellen.
• Für den Fachmann ist ersichtlich, daß das Konzept der vorliegenden Erfindung auch bei anderen Abschnitten der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 anwendbar ist. Beispielsweise lassen sich die gleichen Merkmale am Stator oder Anker vorsehen, um Rückprallbewegungen beim Öffnen zu reduzieren. Auch kann die Nadel am Statorende modifiziert werden, was besonders dann zum Reduzieren der Rückprallbewegungen beim Öffnen von Vorteil ist, wenn die Nadel anstelle des Ankers als Öffnungsanschlag verwendet wird.
• Nachdem nun die Erfindung im Detail und unter Bezugnahme auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, versteht es sich, daß andere Modifikationen und Variationen möglich sind, ohne den in den beigefügten Ansprüchen definierten Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.

Claims (1)

1. Nadel (36) eines Nadelventils (34) für eine elektromechanische Kraftstoffeinspritzvorrichtung (10), welche das Nadelventil (34) umfaßt, das in einer ersten und zweiten Richtung bewegbar ist, um sich an eine Ventilsitzanordnung (24) anzulegen und von ihr abzuheben, wobei die Nadel (36) die Form eines Rohres (50) hat und Dämpfungsmittel (42) aufweist;

mit einem Ventilsitz (28) in der Ventilsitzanordnung (24), der einen Anschlag für das Nadelventil (34) bei seiner Bewegung in der ersten Richtung bildet;

dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel (36) mehrere Riffeln (52) um den Umfang eines Rohres (50) herum aufweist, um Rückprallbewegungen des Nadelventils (34) zu verringern, wenn die Ventilnadel den Ventilsitz (28) berührt, indem die Axial- und Biegefederrate des Nadelventils (34) verringert wird.