DE19638201B4

DE19638201B4 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE19638201B4
Application number: DE19638201A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Reiter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-09-19
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2016-09-20
Also published as: JP4044652B2; US6003791A; JPH1089191A; DE19638201A1

Abstract

Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer Ventillängsachse, mit einer entlang der Ventillängsachse bewegbaren Ventilnadel, mit einem an der Ventilnadel vorgesehenen Ventilschließabschnitt, der mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkt, mit einer stromaufwärts des Ventilsitzes angeordneten Führungsscheibe, die ein zentrales Durchgangsloch aufweist, durch das die Ventilnadel axial bewegbar ist und mit dem eine Führung der Ventilnadel während ihrer Axialbewegung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsscheibe (33) eine Dicke zwischen 80 μm und 150 μm besitzt und die gesamte Führungsscheibe (33) außer dem Durchgangsloch (43) nur Filteröffnungen (44) aufweist, deren Strömungsquerschnitte so gewählt sind, dass eine Filterwirkung in der Weise erzielt wird, dass die Filteröffnungen (44) für feste Partikel mit Abmessungen von > 60 μm undurchlässig sind, wobei die Filteröffnungen (44) bogenförmig ausgeführt sind.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung der Anprüche 1, 2 bzw. 3.

Aus der WO 93/18299 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das einen Ventilsitzkörper aufweist, auf dem ein Führungselement aufliegt, das eine zentrale Durchgangsöffnung besitzt, durch die sich axial eine Ventilnadel bewegen kann. Außerhalb dieser zentralen Durchgangsöffnung ist in dem Führungselement eine Vielzahl von Durchgangslöchern zum Strömungsdurchlaß eingebracht, die selbst kreisförmig ausgebildet und ansonsten gleichmäßig kreisringförmig im Führungselement angeordnet sind. An der stromaufwärtigen Stirnseite des Führungselements ist ein dünnes Filterelement als weiteres Bauteil ausgeformt. In einer mittleren kreisringförmigen Filterzone sind dabei unzählige kreisrunde Filteröffnungen vorgesehen. Das Filterelement überdeckt vollständig das Führungselement mit seinen Durchgangslöchern. Jedes dieser beiden Bauteile erfüllt dabei eine Funktion, die bei dem jeweils anderen Bauteil keine Rolle spielt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Brennstoffeinspritzventil zu schaffen, das im Bereich einer unteren Führung der axial bewegbaren Ventilnadel einerseits sehr kompakt und dabei trotzdem ausreichend stabil und bruchsicher ausgeführt ist und bei dem andererseits eine hohe Funktionsintegration gewährleistet ist. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, 2 bzw. 3 hat den Vorteil, daß auf besonders einfache Art und Weise diese Funktionsintegration erreicht ist, die durch eine vereinfachte Herstellbarkeit und eine reduzierte Anzahl an Bauteilen besonders kostengünstig erzielt wird. Erfindungsgemäß wird die Funktionsintegration dadurch erreicht, daß in einem als Führungsscheibe ausgeführten Bauteil zur axialen Führung einer Ventilnadel zugleich Öffnungen vorgesehen sind, deren Strömungsquerschnitte so begrenzt sind, daß eine Filterwirkung vollständig gewährleistet wird. Die Öffnungen in der Führungsscheibe sind so klein in jeweils wenigstens einer Dimension gewählt, daß feste Partikel im Brennstoff mit Abmessungen von > 60 μm nicht hindurchgelassen werden. Die Funktionen Führung und Filterung übernimmt in vorteilhafter Weise nur ein Bauteil. Diese Führungsscheibe erhöht trotz einer geringen Dicke von 80 μm bis 150 μm die Qualität und Funktionssicherheit des Brennstoffeinspritzventils. In vorteilhafter Weise sind die Filteröffnungen nicht wie bei bekannten Filtern oder Sieben maschenförmig ausgebildet, sondern bogenförmig, schlitzförmig oder mäanderförmig, so daß eine Drosselwirkung an der Führungsscheibe wirksam verhindert wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1, 2 bzw. 3 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 ein Brennstoffeinspritzventil mit einer erfindungsgemäßen Führungsscheibe, 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Ventil gemäß 1 im Bereich der Führungsscheibe, 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Führungsscheibe, 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Führungsscheibe und 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Führungsscheibe.
Das in der 1 beispielsweise dargestellte Ventil in der Form eines elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen hat einen von einer Magnetspule 1 umgebenen, als Brennstoffeinlaßstutzen dienenden rohrförmigen Kern 2 als sogenannten Innenpol. Ein Spulenkörper 3 nimmt eine Bewicklung der Magnetspule 1 auf und ermöglicht in Verbindung mit dem Kern 2 einen besonders kompakten Aufbau des Einspritzventils im Bereich der Magnetspule 1.
Mit einem unteren Kernende 9 des Kerns 2 ist konzentrisch zu einer Ventillängsachse 10 dicht ein rohrförmiges, metallenes Verbindungsteil 12 beispielsweise durch Schweißen verbunden und umgibt das Kernende 9 teilweise axial. Ausgehend vom unteren Ende des Verbindungsteils 12 erstreckt sich ein langgestreckter, dünnwandiger, hülsenförmiger Ventilsitzträger 16, der beispielsweise dicht und fest mit dem Verbindungsteil 12 verbunden ist und durch seine relativ große axiale Erstreckung einen deutlich vorgesetzten Abspritzpunkt besitzt. Nahe des Kernendes 9 weist das Verbindungsteil 12 eine magnetische Drosselstelle 13 auf, die sich durch eine wesentlich geringere Wandstärke als die Wandstärken der anderen Abschnitte des Verbindungsteils 12 auszeichnet. Auf üblicherweise verwendete nichtmagnetische Zwischenteile kann somit verzichtet werden.
In dem ebenfalls als Verbindungsteil dienenden und eine dünnwandige Hülse darstellenden Ventilsitzträger 16 verläuft eine Längsöffnung 17, die konzentrisch zu der Ventillängsachse 10 ausgebildet ist und an deren Wandung ein ebenfalls langgestrecktes, hülsenförmiges Isolierungselement 18 eng anliegt. Das Isolierungselement 18 aus Kunststoff erstreckt sich über den größten Teil der axialen Erstreckung des Verbindungsteils 12 und des Ventilsitzträgers 16 zwischen einem Anker 20 und einem Ventilsitzkörper 21. Mittels einer Preßpassung ist das Isolierungselement 18, das der thermischen Isolierung hauptsächlich dient, in dem Ventilsitzträger 16 z. B. fest eingepreßt. In dem hülsenförmigen Isolierungselement 18 ist wiederum eine innere, konzentrisch zur Ventillängsachse 10 verlaufende Längsöffnung 19 vorgesehen. In der Längsöffnung 19 ist eine massiv ausgebildete, stangenförmige Ventilnadel 22 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende einen z. B. vollzylinderförmigen Ventilschließabschnitt 23 aufweist.
Der z. B. aus nichtmagnetischem Stahl bestehende, jedoch auch aus einem magnetischen ferritischen Material ausführbare Ventilsitzträger 16 umschließt neben dem unteren Ende des Verbindungsteils 12 auch an seinem gegenüberliegenden Ende den Ventilsitzkörper 21 und eine an ihm befestigte Spritzlochscheibe 25. Mit der langgestreckten Ausbildung des Ventilsitzträgers 16 wird der Abspritzpunkt des Einspritzventils weit vorgelagert bzw. vorgesetzt. Bei üblichen Einbaulagen von Einspritzventilen in Brennkraftmaschinen bedeutet dies, daß das Einspritzventil mit seinem stromabwärtigen Ende und damit mit seinem Zumeß- und Abspritzbereich deutlich in das Ansaugrohr hineinreicht. Hierdurch kann durch das gezielte Abspritzen auf ein oder mehrere Einlaßventile eine Wandbenetzung des Ansaugrohrs weitgehend vermieden und als Folge daraus die Abgasemission der Brennkraftmaschine reduziert werden.
Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 22 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder 26 bzw. Schließen des Einspritzventils dient der elektromagnetische Kreis mit der Magnetspule 1, dem Kern 2 und dem Anker 20. Der beispielsweise rohrförmige Anker 20 ist mit dem dem Ventilschließabschnitt 23 abgewandten Ende 28 der Ventilnadel 22 bzw. mit einem z. B. auf das Ende 28 aufgepreßten Zwischenteil 29 durch eine Schweißnaht verbunden und auf den Kern 2 ausgerichtet. In dem Zwischenteil 29 sind wenigstens eine, z. B. drei Durchgangsöffnungen 30 (bzw. Nuten) vorgesehen, die vom Brennstoff in Richtung zum Ventilsitzkörper 21 durchströmt werden. In das stromabwärts liegende, dem Kern 2 abgewandte Ende des Ventilsitzträgers 16 ist in der Längsöffnung 17 der z. B. zylinderförmige Ventilsitzkörper 21, der einen festen Ventilsitz 31 aufweist, durch Schweißen dicht montiert.
Zur Führung des Ventilschließabschnitts 23 während der Axialbewegung der Ventilnadel 22 mit dem Anker 20 entlang der Ventillängsachse 10 dient eine erfindungsgemäße, z. B. an einer oberen, der Spritzlochscheibe 25 abgewandten Stirnseite 32 des Ventilsitzkörpers 21 befestigte Führungsscheibe 33. Der Anker 20 wird während der Axialbewegung im Verbindungsteil 12 besonders im Bereich der magnetischen Drosselstelle 13 geführt. Am äußeren Umfang des Ankers 20 kann dafür z. B. eine besonders ausgebildete Führungsfläche vorgesehen sein. Der zylinderförmige, dem Ventilsitz 31 zugewandt eine Kontur eines Kugelabschnitts aufweisende Ventilschließabschnitt 23 wirkt mit dem sich in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig verjüngenden Ventilsitz 31 des Ventilsitzkörpers 21 zusammen. An seiner der Führungsscheibe 33 abgewandten Stirnseite 35 ist der Ventilsitzkörper 21 mit der z. B. topfförmigen Spritzlochscheibe 25 fest verbunden. Die Spritzlochscheibe 25 besitzt wenigstens eine, beispielsweise vier durch Erodieren, Stanzen oder Ätzen ausgeformte Abspritzöffnungen 36. Ein Halterand der Spritzlochscheibe 25 ist konisch nach außen gebogen, so daß dieser an die durch die Längsöffnung 17 bestimmten inneren Wandung des Ventilsitzträgers 16 anliegt, wobei eine radiale Pressung vorliegt. Die Spritzlochscheibe 25 ist mit der Wandung des Ventilsitzträgers 16 beispielsweise durch Schweißen dicht verbunden. Die in diesem Absatz beschriebenen Bauteile sind besonders deutlich der 2 entnehmbar, die den Ventilsitzbereich einschließlich der Führungsscheibe 33 vergrößert verdeutlicht.
Die Einschubtiefe des Ventilsitzkörpers 21, der nach dem optional einschiebbaren Isolierungselement 18 in die Längsöffnung 17 eingebracht wird, bestimmt die Größe des Hubs der Ventilnadel 22. Dabei ist die eine Endstellung der Ventilnadel 22 bei nicht erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ventilschließabschnitts 23 am Ventilsitz 31 festgelegt, während sich die andere Endstellung der Ventilnadel 22 bei erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankers 20 am Kernende 9 ergibt. Die Magnetspule 1 ist von wenigstens einem, beispielsweise als Bügel ausgebildeten und als ferromagnetisches Element dienenden Leitelement 38 umgeben, das die Magnetspule 1 in Umfangsrichtung wenigstens teilweise umgibt. Das Brennstoffeinspritzventil ist außerhalb des Ventilsitzträgers 16 weitgehend mit einer Kunststoffumspritzung 40 umschlossen, zu der beispielsweise ein mitangespritzter elektrischer Anschlußstecker 41 gehört.
In der 2 ist ein Ausschnitt aus dem in der 1 gezeigten Einspritzventil im Bereich des Ventilsitzkörpers 21 bzw. der Führungsscheibe 33 vergrößert dargestellt. Die Führungsscheibe 33 dient also der radialen Führung der Ventilnadel 22 während ihrer axialen Bewegung in der Längsöffnung 17 bzw. 19 zur Vermeidung von zu hohem Verschleiß am Ventilsitz 31 und von asymmetrischen Strömungsverhältnissen zwischen dem Ventilsitz 31 und den Abspritzöffnungen 36. Außerdem erfüllt die Führungsscheibe 33 auch eine Filterfunktion, um auf einfache Art und Weise Schmutzpartikel vom Ventilsitz 31 fernzuhalten, die ansonsten Undichtheiten des Einspritzventils verursachen könnten. Die Führungsscheibe 33 besitzt eine Dicke von ca. 80 μm bis 150 μm. Üblicherweise erfolgt die Herstellung der Führungsscheibe 33 mittels Stanzen, Ätzen oder Galvanoformung (LIGA-, MIGA-Technik). In der kreisförmigen Führungsscheibe 33 ist ein zentrales Durchgangsloch 43 vorgesehen, das einen geringfügig größeren Durchmesser als den Außendurchmesser des Ventilschließabschnitts 23 der Ventilnadel 22 besitzt. Diese Maßunterschiede führen zu einem minimalen Spiel von ca. 10 μm.
In der Führungsscheibe 33 sind außerhalb des Durchgangsloches 43 eine Vielzahl von Filteröffnungen 44 eingebracht, die z. B. in ganz bestimmten geometrischen Lagen zueinander stehen können. Drei verschiedene Ausführungsbeispiele von Anordnungen der Filteröffnungen 44 sind in den 3 bis 5 dargestellt. Bei dem in 3 gezeigten Beispiel sind die Filteröffnungen 44 in vier Sektoren bzw. Komplexen zu jeweils 90° bogenförmig angeordnet, wobei die Bogenlänge der einzelnen Filteröffnungen 44 von außen nach innen zum Durchgangsloch 43 hin gering abnimmt. Radial strahlenförmig verlaufende Filteröffnungen 44 sind bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, die ebenfalls wieder in vier Sektoren zu 90° als Öffnungskomplex angeordnet sind. Dabei besitzen die Filteröffnungen 44 zweier diagonal gegenüberliegender, also um 180° zueinander stehender Öffnungskomplexe die jeweils gleiche Ausrichtung, während die Filteröffnungen 44 zweier benachbarter Öffnungskomplexe im rechten Winkel zueinander stehen. Die schlitzförmigen Filteröffnungen 44 besitzen entweder eine konstante oder eine sich verändernde Länge. Die Breiten der Filteröffnungen 44 können ebenfalls in geringem Maße variieren.
Ebenso sind mäanderförmige Filteröffnungen 44 denkbar, von denen eine in der 5 gezeigt ist. Mehrere mäanderförmige Filteröffnungen 44 können auch ineinander geschachtelt ausgeführt sein. Neben diesen eher ungewöhnlichen Filterstrukturen bieten sich auch bekannte, siebgewebeähnliche Filtermuster für die Führungsscheibe 33 an. Auf jeden Fall darf eine maximale Öffnungsweite in zumindest einer Richtung/Dimension, meist die Schlitz- oder Bogenbreite, von 60 μm nicht überschritten werden, um die Filterfunktion der Führungsscheibe 33 noch voll gewährleisten zu können. Mit dieser maximalen Größenvorgabe werden Strömungsquerschnitte erzielt, die eine ausreichende Filterwirkung haben und Partikel > 60 μm nicht mehr hindurchlassen. Üblicherweise liegen diese maximalen Öffnungsweiten in wenigstens einer Dimension bei ca. 20 μm bis 60 μm.
Die Befestigung der Führungsscheibe 33 erfolgt z. B. mit vier um 90° voneinander versetzt liegenden, mittels eines Lasers erzielbaren Schweißpunkten 45 nahe des äußeren Umfangs, zumindest aber an Stellen, an denen die Führungsscheibe 33 unmittelbar an der oberen Stirnseite 32 des Ventilsitzkörpers 21 anliegt. Die Führungsscheibe 33 wird bei der Montage mit einem Stift, der einen geringfügig größeren Durchmesser hat als der Ventilschließabschnitt 23, zum Ventilsitz 31 zentriert. Im zentrierten Zustand wird die Führungsscheibe 33 gegen die Stirnseite 32 des Ventilsitzkörpers 21 gedrückt und nachfolgend z. B. mit einer Widerstandsschweißung oder mit einer Laserschweißung befestigt. Eine nicht dargestellte Vorrichtung, die die Führungsscheibe 33 gegen den Ventilsitzkörper 21 drückt, deckt die Führungsscheibe 33 bis auf die vier Schweißpunkte 45 vollständig ab. Eine Verschmutzung der Führungsscheibe 33 besonders im Bereich der Filteröffnungen 44 wird so wirksam vermieden. Im eingebauten Zustand liegt die Führungsscheibe 33 mit ihrer oberen, dem Ventilsitzkörper 21 gegenüberliegenden Stirnfläche z. B. an dem optional einbaubaren hülsenförmigen Isolierungselement 18 an. Die erfindungsgemäße Führungsscheibe 33 übernimmt also sowohl die Führung der Ventilnadel 22 als auch die Filtrierung des Brennstoffs zur Vermeidung von Undichtheiten am Ventilsitz 31.

Claims

Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer Ventillängsachse, mit einer entlang der Ventillängsachse bewegbaren Ventilnadel, mit einem an der Ventilnadel vorgesehenen Ventilschließabschnitt, der mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkt, mit einer stromaufwärts des Ventilsitzes angeordneten Führungsscheibe, die ein zentrales Durchgangsloch aufweist, durch das die Ventilnadel axial bewegbar ist und mit dem eine Führung der Ventilnadel während ihrer Axialbewegung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsscheibe (33) eine Dicke zwischen 80 μm und 150 μm besitzt und die gesamte Führungsscheibe (33) außer dem Durchgangsloch (43) nur Filteröffnungen (44) aufweist, deren Strömungsquerschnitte so gewählt sind, dass eine Filterwirkung in der Weise erzielt wird, dass die Filteröffnungen (44) für feste Partikel mit Abmessungen von > 60 μm undurchlässig sind, wobei die Filteröffnungen (44) bogenförmig ausgeführt sind.
Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer Ventillängsachse, mit einer entlang der Ventillängsachse bewegbaren Ventilnadel, mit einem an der Ventilnadel vorgesehenen Ventilschließabschnitt, der mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkt, mit einer stromaufwärts des Ventilsitzes angeordneten Führungsscheibe, die ein zentrales Durchgangsloch aufweist, durch das die Ventilnadel axial bewegbar ist und mit dem eine Führung der Ventilnadel während ihrer Axialbewegung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsscheibe (33) eine Dicke zwischen 80 μm und 150 μm besitzt und die gesamte Führungsscheibe (33) außer dem Durchgangsloch (43) nur Filteröffnungen (44) aufweist, deren Strömungsquerschnitte so gewählt sind, dass eine Filterwirkung in der Weise erzielt wird, dass die Filteröffnungen (44) für feste Partikel mit Abmessungen von > 60 μm undurchlässig sind, wobei die Filteröffnungen (44) radial strahlenförmig als schmale Schlitze verlaufen.
Brennstoffeinsptitzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer Ventillängsachse, mit einer entlang der Ventillängsachse bewegbaren Ventilnadel, mit einem an der Ventilnadel vorgesehenen Ventilschließabschnitt, der mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkt, mit einer stromaufwärts des Ventilsitzes angeordneten Führungsscheibe, die ein zentrales Durchgangsloch aufweist, durch das die Ventilnadel axial bewegbar ist und mit dem eine Führung der Ventilnadel während ihrer Axialbewegung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsscheibe (33) eine Dicke zwischen 80 μm und 150 μm besitzt und die gesamte Führungsscheibe (33) außer dem Durchgangsloch (43) nur eine oder nur mehrere Filteröffnungen (44) aufweist, deren Strömungsquerschnitte so gewählt sind, dass eine Filterwirkung in der Weise erzielt wird, dass die zumindest eine Filteröffnung (44) für feste Partikel mit Abmessungen von > 60 μm undurchlässig ist, wobei die zumindest eine Filteröffnung (44) mäanderförmig ausgebildet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsscheibe (33) mittels Galvanoformung hergestellt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (31) in einem Ventilsitzkörper (21) ausgebildet ist, der eine obere Stirnseite (32) besitzt, an der die Führungsscheibe (33) befestigt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Verbindung von Führungsscheibe (33) und Ventilsitzkörper (21) durch mehrere Schweißpunkte (45) erzielt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsscheibe (33) mit einer oberen, dem Ventilsitzkörper (21) abgewandten Stirnfläche an einem Isolierungselement (18) anliegt.