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EP0865573A1 - Ventilnadel für ein einspritzventil - Google Patents

Ventilnadel für ein einspritzventil

Info

Publication number
EP0865573A1
EP0865573A1 EP97939954A EP97939954A EP0865573A1 EP 0865573 A1 EP0865573 A1 EP 0865573A1 EP 97939954 A EP97939954 A EP 97939954A EP 97939954 A EP97939954 A EP 97939954A EP 0865573 A1 EP0865573 A1 EP 0865573A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
connecting part
closing element
opening
valve closing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP97939954A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0865573B1 (de
Inventor
Ferdinand Reiter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0865573A1 publication Critical patent/EP0865573A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0865573B1 publication Critical patent/EP0865573B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M51/0664—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/30—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped
    • F02M2200/306—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped using mechanical means

Definitions

  • the invention relates to a valve needle for an injection valve according to the preamble of the main claim.
  • a valve needle for an electromagnetically actuated valve is already known, which consists of an armature, a valve closing member and the armature with the z.
  • the armature encompasses the connecting tube completely radially and at least partially axially, since the connecting tube is fastened in a continuous longitudinal opening of the armature.
  • the connecting tube itself also has a continuous inner longitudinal opening, in which fuel can flow in the direction of the valve closing element, which then runs near the valve closing element through radially running in the wall of the connecting tube
  • valve needle in a fuel injector which is designed in two parts.
  • a cup-shaped armature is firmly connected to an elongated, rod-shaped, metal connecting part, at the downstream end of which a ball-section-shaped valve closing section is formed directly.
  • a connection piece which has an inner opening, runs out of the base part of the cup-shaped anchor. The inner opening is provided with a plurality of axially successive grooves, so that areas of larger and smaller diameters result in the opening in succession.
  • the connecting part projects with its end opposite the valve closing section, which is also grooved, into the opening of the connecting piece, as a result of which both metal components are connected to one another in a form-fitting manner.
  • a three-part valve needle for electromagnetically actuated injection valves is also known, which is formed by a tubular armature, a sleeve-shaped connecting part and a spherical valve closing body.
  • the connecting part made of a plastic engages behind locking elements on the outer circumference of the armature for firmly connecting the armature and the connecting part.
  • the downstream end of the connecting part has a dome-shaped recess in which the spherical valve closing body is snapped or clipped.
  • the lower part of the recess is so elastic that it widens when the valve closing body is pressed in, in order then to enclose the valve closing body closely.
  • valve needle according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that it can be manufactured in a particularly simple and inexpensive manner.
  • Each individual component of the valve needle namely an armature, a valve closing element and a connecting part connecting the armature to the valve closing element, can be very simple
  • the connecting part made of a plastic ensures that the valve needle is lighter than metal valve needles. Particularly in the case of injection valves with a far upstream spray point, in which relatively elongated valve needles are used, very good dynamic valve properties can still be achieved by such a design of the connecting part.
  • the damping properties of the plastic also ensure reduced noise.
  • the connecting part shaped according to the invention and the valve closing element have only a small outside diameter, so that an injection valve with such a valve needle can be made very slim.
  • connection between the connecting part and the valve closing element is particularly easy to achieve and nevertheless very secure. A loosening of the connection during the axial movement of the valve needle within the injection valve is completely excluded with this connection technology.
  • a particular advantage is the use of inexpensive rod material for the connecting part, which can be very easily brought to an exact length for use on the valve needle according to a desired valve length. In this way, valve needles for injection valves that have a far-reaching spray point can be shaped very easily.
  • the connecting part which is made of solid plastic, has the advantages of a small outer diameter, since there are no internal flow openings, and of a resulting low mass.
  • the very slim valve needle enables a particularly narrow construction of the injection valve, in particular a reduction in the size of the valve seat body compared to known injection valves.
  • FIG. 1 a shows a detail from FIG. 1 in the area of a guide disk for the valve needle and FIG. 2 shows a valve needle in a modified scale.
  • the valve shown in FIG. 1, for example, in the form of an electromagnetically actuated injection valve for fuel injection systems of mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engines has a tubular core 2, which is surrounded by a magnetic coil 1 and serves as a fuel inlet connection, as a so-called inner pole.
  • a coil former 3 takes up a winding of the magnetic coil 1 and, in conjunction with the core 2, enables one in particular compact design of the injection valve in the area of the solenoid coil 1.
  • a tubular, metallic connecting part 12 is tightly connected, for example by welding, concentrically to a longitudinal valve axis 10 and partially surrounds the core end 9 axially.
  • an elongated, thin-walled, sleeve-shaped valve seat support 16 extends, which is tight and tight with the
  • Connection part 12 is connected and has a clearly superior spray point due to its relatively large axial extent.
  • the connecting part 12 has a magnetic throttle point 13, which is characterized by a wall thickness which is substantially smaller than the wall thicknesses of the other sections of the connecting part 12.
  • Non-magnetic intermediate parts that are usually used can thus be dispensed with.
  • valve seat support 16 which also serves as a connecting part and represents a thin-walled sleeve, there is a longitudinal opening 17 which is concentric with the longitudinal valve axis 10 and on the wall of which an optionally insertable, also elongate, sleeve-shaped insulation element 18 is tight.
  • Insulating element 18 made of plastic extends over most of the axial extent of the connecting part 12 and the valve seat carrier 16 between a cup-shaped armature 20 and a valve seat body 21.
  • the insulating element 18, which mainly serves for thermal insulation is in the valve seat carrier 16 z . B. firmly pressed.
  • an inner longitudinal opening 19 which runs concentrically to the longitudinal valve axis 10, is again provided.
  • the longitudinal opening 19 is one Massively formed valve needle 22 according to the invention arranged, which at its downstream end a z. B. has a cylindrical valve closing element 23.
  • the entire valve needle 22 is formed by the armature 20, the valve closing element 23 and an elongated, rod-shaped connecting part 24 connecting the armature 20 and the valve closing element 23.
  • valve seat carrier 16 encloses in addition to the lower end of the connecting part 12 and at its opposite end the valve seat body 21 and a spray plate 25 attached to it.
  • the Injection point of the injection valve is upstream or far ahead. In the usual installation positions of injection valves in internal combustion engines, this means that the injection valve with its downstream end and thus with its metering and spraying area clearly extends into the intake pipe. As a result, targeted spraying onto one or more inlet valves largely avoids wetting the wall of the intake pipe and, as a result, reduces the exhaust gas emission of the internal combustion engine.
  • the injection valve is actuated in a known manner, electromagnetically in the injection valve shown in FIG.
  • the electromagnetic circuit with the magnet coil 1, the core 2 and the armature 20 serves for the axial movement of the valve needle 22 and thus for opening against the spring force of a return spring 26 or closing the injection valve.
  • the cup-shaped armature 20, for example, is facing away from the valve closing element 23 End 28 of the connecting part 24 firmly connected and aligned with the core 2.
  • opposite end of the valve seat support 16 is in the longitudinal opening 17 of the z.
  • Armature 20 is guided during the axial movement in the connecting part 12, particularly in the area of the magnetic throttle point 13.
  • a specially designed guide surface may be provided on the outer circumference of the armature 20 z. B.
  • the valve seat body 21 with the z. B. pot-shaped spray plate 25 firmly connected.
  • the spray hole disk 25 has at least one, for example four, spray openings formed by eroding, stamping or etching.
  • a holding edge of the spray hole disk 25 is conically bent outwards so that it bears against the inner wall of the valve seat carrier 16 determined by the longitudinal opening 17, with radial pressure being present.
  • the spray plate 25 is tightly connected to the wall of the valve seat carrier 16, for example by welding.
  • the insertion depth of the valve seat body 21 determines the size of the stroke of the valve needle 22.
  • the one end position of the valve needle 22 is when the valve is not energized Solenoid 1 is fixed by the valve closing element 23 resting on the valve seat 31, while the other end position of the valve needle 22 results when the magnet coil 1 is excited by the armature 20 resting on the core end 9.
  • the magnet coil 1 is surrounded by at least one guide element 38, which is designed, for example, as a bracket and serves as a ferromagnetic element, which at least partially surrounds the magnet coil 1 in the circumferential direction.
  • the injection valve is largely enclosed outside the valve seat carrier 16 with a plastic encapsulation 40, which includes, for example, an injection molded electrical connector 41.
  • FIG. 1 A section of the injection valve shown in FIG. 1 in the region of the guide disk 33 is shown enlarged in FIG.
  • the guide disk 33 is used for radial guidance of the valve needle 22 during its axial movement in the longitudinal opening 17 or 19 to avoid excessive wear on the valve seat 31 and asymmetrical flow conditions between the valve seat 31 and the spray openings in the spray hole disk 25.
  • a central through hole 43 is provided, which has a slightly larger diameter than the outer diameter of the valve closing element 23 of the valve needle 22. These dimensional differences lead to a minimal play of approx. 10 ⁇ m.
  • a plurality of passage openings 44 are introduced in the guide disk 33, which guarantee an unimpeded flow against the valve seat 31.
  • the passage openings 44 can also be chosen to be so small (eg ⁇ 60 ⁇ m) that they also perform a filter function.
  • FIG. 2 shows the valve needle 22 in which is composed of armature 20, connecting part 24 and valve closing element 23 different scale as a single component.
  • the cup-shaped armature 20 has an axially extending, circumferential jacket part 46 and a flat bottom part 47 lying perpendicular to the longitudinal axis 2 of the valve.
  • In the bottom part 47 of the armature 20 are at least one, for. B. three or four
  • Through openings 48 are provided, through which the fuel flows in the direction of the valve seat 31.
  • the fluid in particular a fuel, flows downstream of the through openings 48 along the outer circumference of the connecting part 24 in the longitudinal opening 19.
  • a central opening 49 is formed in the bottom part 47, through which the connecting part 24 extends with its end 28.
  • the armature 20, which is made of a soft magnetic material, is surface-treated and wear-resistant on its upper end face 50 facing away from the valve closing element 23 and serving as a stop, or on the outer circumference of the jacket part 46, e.g. B. chrome-plated.
  • the connecting part 24 has at its upper, with the
  • Anchor 20 connected end 28 a z. B. circumferential annular groove 52, the groove base of the annular groove 52 having a smaller outer diameter than the immediately upstream and downstream of the annular groove 52 following areas of the rod-shaped connecting part 24.
  • the annular groove 52 has an axial extent which is approximately the thickness of the bottom part 47 of the armature 20th corresponds, since the bottom part 47 engages in a form-fitting manner in the annular groove 52, so that the diameter of the groove base of the annular groove 52 and the diameter of the opening 49 of the armature 20 are the same size.
  • the connecting part 24 is designed such that it still protrudes a short distance into the interior of the armature 20.
  • the end 28 of the connecting part 24 protrudes into the return spring 26, which rests on an inner end face 53 of the base part 47 outside the central opening 49, and thus for centering the return spring 26.
  • the end 28 of the connecting part 24, which is partially surrounded by the return spring 26, has z. B. a circumferential chamfer 54.
  • the connecting part 24 consists of a plastic, the production for example by means of
  • connection part 24 is introduced into the opening 49 of the armature 20, for example, by being pressed in, pressed in or in a hot riveting process.
  • the connecting part 24 has an inner, blind hole-like opening 57, which runs concentrically to the longitudinal axis 10 of the valve or to the longitudinal axis of the valve needle 22, and into which the bolt-like valve closing element 23 is fitted.
  • a firm and positive connection between the connecting part 24 and the valve closing element 23 is achieved in that the valve closing element 23 is pressed into the opening 57.
  • the opening 57 has a plurality of circumferential, successive but 58 spaced apart grooves 58 over its axial extent. The opening 57 is thus alternately configured with a plurality of axially successive regions of larger and smaller diameters.
  • valve closing element 23 Since the valve closing element 23 is formed on its upper section 59, which engages in the connecting part 24, with a negative structure to the opening 57, that is, it also has regions of larger and smaller diameters alternating, a dimensionally accurate, secure positive locking of the valve closing element 23 in the opening 57 is guaranteed.
  • the form-fitting section 59 of the valve closing element 23 embedded in the connecting part 24 ends away from the armature 20 at a lower shoulder 60, from which the valve closing element 23 is formed downstream with a larger diameter than that of the section 59 and the z. B. on the lower end face 61 of the connecting part 24.
  • valve closing element 23 has, for example, a smaller outer diameter than the connecting part 24 over the largest part of its axial extent.
  • the positive connection of the valve closing element 23 and the connecting part 24 is achieved, for example, by pressing or pushing the valve closing element 23 into the opening 57.
  • the valve closing element 23 can, however, also be extrusion-coated directly in the plastic injection molding process for producing the connecting part 24 as an insert.
  • a snap-in of the valve closing element 23 is conceivable, the areas of smaller diameter of the opening 57 e.g. are chamfered, so that several sawtooth-like sections result in succession in the opening 57.
  • a further possibility of introducing the valve closing element 23 is that the valve closing element 23 is heated and sunk into the opening 57.
  • the valve closing element 23 can be subjected to ultrasound, as a result of which heating occurs, so that the plastic of the connecting part 24 near the opening 57 is partially melted when the valve closing element 23 is inserted. After cooling, there is a positive connection.

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Abstract

Die Ventilnadel (22) zeichnet sich dadurch aus, daß ein einen Anker (20) und ein Ventilschließelement (23) verbindendes Verbindungsteil (24) aus einem Kunststoff stangenförmig ausgebildet ist. Zum festen Verbinden der einzelnen Nadelbauteile geht das Verbindungsteil (24) sowohl mit dem Anker (20) als auch mit dem Ventilschließelement (23) formschlüssige Verbindungen ein. Die formschlüssige Verbindung zwischen Verbindungsteil (24) und Ventilschließelement (23) sieht dabei so aus, daß jeweils korrespondierende Bereiche größeren und kleineren Durchmessers ineinanderrasten. Die Ventilnadel eignet sich besonders für Einspritzventile in Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen.

Description

Ventilnadel für ein Einspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Ventilnadel für ein Einspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-OS 40 08 675 ist bereits eine Ventilnadel für ein elektromagnetisch betätigbares Ventil bekannt, die aus einem Anker, einem Ventilschließglied und einem den Anker mit dem z. B. kugelförmigen Ventilschließglied verbindenden hülsenförmigen Verbindungsrohr besteht. Die einzelnen Abschnitte stellen getrennt voneinander gefertigte
Einzelteile dar, die erst mittels Fügeverfahren, z. B. durch Laserschweißen, miteinander verbunden werden. Der Anker umgreift dabei das Verbindungsrohr vollständig radial und zumindest teilweise axial, da das Verbindungsrohr in einer durchgehenden Längsöffnung des Ankers befestigt ist. Das
Verbindungsrohr weist selbst auch eine durchgehende innere Längsöffnung auf, in der Brennstoff in Richtung zum Ventilschließglied strömen kann, der dann nahe des Ventilschließglieds durch in der Wandung des Verbindungsrohrs eingebrachte, radial verlaufende
Queröffnungen austritt. Der Brennstofffluß erfolgt also zuerst im Inneren der Ventilnadel und verläßt die Ventilnadel erst zum Ventilsitz hin.
Bekannt ist des weiteren aus der US-PS 4,610,080 eine Ventilnadel in einem Brennstoffeinspritzventil, die zweiteilig ausgeführt ist. Ein topfförmiger Anker ist dabei fest mit einem langgestreckten, stangenförmigen, metallenen Verbindungsteil verbunden, an dessen stromabwärtigen Ende unmittelbar ein kugelabschnittförmiger Ventilschließabschnitt ausgeformt ist. Aus dem Bodenteil des topfförmigen Ankers heraus verläuft ein Verbindungsstutzen, der eine innere Öffnung aufweist. Die innere Öffnung ist mit mehreren, axial mit Abstand aufeinanderfolgenden Rillen versehen, so daß sich hintereinander Bereiche größeren und kleineren Durchmessers in der Öffnung ergeben. Das
Verbindungsteil ragt mit seinem dem Ventilschließabschnitt gegenüberliegenden Ende, das ebenfalls gerillt ist, in die Öffnung des Verbindungsstutzens hinein, wodurch beide metallenen Bauteile formschlüssig miteinander verbunden sind.
Aus der DE-OS 195 03 224 ist außerdem bereits eine dreiteilige Ventilnadel für elektromagnetisch betätigbare Einspritzventile bekannt, die von einem rohrförmigen Anker, einem hülsenförmigen Verbindungsteil und einem kugelförmigen Ventilschließkörper gebildet wird. Das aus einem Kunststoff gefertigte Verbindungsteil hintergreift am äußeren Umfang des Ankers Rastelemente zum festen Verbinden von Anker und Verbindungsteil. Das stromabwärtige Ende des Verbindungsteils weist eine kalottenförmige Ausnehmung auf, in der der kugelförmige Ventilschließkörper eingeschnappt oder eingeklipst ist. Der untere Teil der Ausnehmung ist dabei so elastisch, daß er sich beim Eindrücken des Ventilschließkörpers aufweitet, um anschließend den Ventilschließkörper eng zu umschließen. Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Ventilnadel mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß sie auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise herstellbar ist. Jedes einzelne Bauteil der Ventilnadel, nämlich ein Anker, ein Ventilschließelement und ein den Anker mit dem Ventilschließelement verbindendes Verbindungsteil, kann aufgrund der sehr einfachen
Konturgebung besonders kostengünstig hergestellt und bearbeitet werden. Das aus einem Kunststoff ausgebildete Verbindungsteil sorgt für ein gegenüber metallenen Ventilnadeln geringeres Gewicht der Ventilnadel. Gerade bei Einspritzventilen mit weit vorgelagertem Abspritzpunkt, bei denen relativ langgestreckte Ventilnadeln verwendet werden, können durch eine solche Ausbildung des Verbindungsteils immer noch sehr gute dynamische Ventileigenschaften erzielt werden. Die Dämpfungseigenschaften des Kunststoffs sorgen außerdem für eine verminderte Geräuschentwicklung. In vorteilhafter Weise besitzen das erfindungsgemäß ausgeformte Verbindungsteil und das Ventilschließelement einen nur geringen Außendurchmesser, so daß ein Einspritzventil mit einer solchen Ventilnadel sehr schlank ausgeführt werden kann. Die erfindungsgemäß ausgebildete, formschlüssige
Verbindung von Verbindungsteil und Ventilschließelement ist besonders einfach erzielbar und trotzdem sehr sicher. Ein Lösen der Verbindung bei der axialen Bewegung der Ventilnadel innerhalb des Einspritzventils ist bei dieser Verbindungstechnik vollständig ausgeschlossen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Ventilnadel möglich. Einen besonderen Vorteil stellt die Verwendung von kostengünstigem Stangenmaterial für das Verbindungsteil dar, das entsprechend einer gewünschten Ventillänge sehr einfach auf eine exakte Länge für den Einsatz an der Ventilnadel gebracht werden kann. Auf diese Weise sind sehr einfach Ventilnadeln für Einspritzventile, die einen weit vorgesetzten Abspritzpunkt haben, ausformbar. Das massiv aus Kunststoff ausgebildete Verbindungsteil besitzt die Vorteile eines geringen Außendurchmessers, da keine inneren Strömungsöffnungen vorgesehen sind, und einer sich daraus ergebenden geringen Masse. Die sehr schlank ausgeführte Ventilnadel ermöglicht eine besonders schmale Bauweise des Einspritzventils, insbesondere eine Verkleinerung des Ventilsitzkörpers gegenüber bekannten Einspritzventilen.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein
Einspritzventil mit einer erfindungsgemäßen Ventilnadel, Figur la einen Ausschnitt aus Figur 1 im Bereich einer Führungsscheibe für die Ventilnadel und Figur 2 eine Ventilnadel in geändertem Maßstab.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das in der Figur 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 rohrformiges, 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 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 optional einbringbares, 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 topfförmigen Anker 20 und einem Ventilsitzkörper 21. Mittels einer Preßpassung ist das Isolierungselement 18, das hauptsächlich der thermischen Isolierung 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 erfindungsgemäße, massiv ausgebildete Ventilnadel 22 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende ein z. B. zylinderförmiges Ventilschließelement 23 aufweist. Die gesamte Ventilnadel 22 wird von dem Anker 20, dem Ventilschließelement 23 und einem den Anker 20 und das Ventilschließelement 23 verbindenden, langgestreckten, stangenförmigen Verbindungsteil 24 gebildet.
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, bei dem in Figur 1 dargestellten Einspritzventil 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 topfförmige Anker 20 ist mit dem dem Ventilschließelement 23 abgewandten Ende 28 des Verbindungsteils 24 fest verbunden und auf den Kern 2 ausgerichtet. 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 Ventilschließelements 23 während der Axialbewegung der Ventilnadel 22 entlang der Ventillängsachse 10 dient eine 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. Das weitgehend zylinderförmige, dem Ventilsitz 31 zugewandt eine Kontur eines Kugelabschnitts aufweisende Ventilschließelement 23 wirkt mit dem sich in Strömungsrichtung kegelstumpfför ig verjüngenden Ventilsitz 31 des Ventilsitzkörpers 21 zusammen. An seiner der FührungsScheibe 33 abgewandten Stirnseite 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. Ein Halterand der Spritzlochscheibe 25 ist konisch nach außen gebogen, so daß dieser an der 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 Einschubtiefe des Ventilsitzkörpers 21 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 Ventilschließelements 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 ferromagnetisch.es Element dienenden Leitelement 38 umgeben, das die Magnetspule 1 in Umfangsrichtung wenigstens teilweise umgibt. Das Einspritzventil ist außerhalb des Ventilsitzträgers 16 weitgehend mit einer Kunststoffumspritzung 40 umschlossen, zu der beispielsweise ein mitangespritzter elektrischer Anschlußstecker 41 gehört.
In der Figur la ist ein Ausschnitt aus dem in der Figur 1 gezeigten Einspritzventil im Bereich der FührungsScheibe 33 vergrößert dargestellt. Die FührungsScheibe 33 dient 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 in der Spritzlochscheibe 25. In der kreisförmigen FührungsScheibe 33 ist ein zentrales Durchgangsloch 43 vorgesehen, das einen geringfügig größeren Durchmesser als den Außendurchmesser des Ventilschließelements 23 der Ventilnadel 22 besitzt. Diese Maßunterschiede führen zu einem minimalen Spiel von ca. 10 μm. Außerhalb des Durchgangslochs 43 sind in der FührungsScheibe 33 mehrere Durchlaßöffnungen 44 eingebracht, die ein ungehindertes Anströmen des Ventilsitzes 31 garantieren. Die Durchlaßöffnungen 44 können auch so klein (z. B. < 60 μm) gewählt werden, daß sie auch eine Filterfunktion ausüben.
Die Figur 2 zeigt die aus Anker 20, Verbindungsteil 24 und Ventilschließelement 23 zusammengesetzte Ventilnadel 22 in anderem Maßstab als einzelnes Bauteil. Der topfförmige Anker 20 weist ein axial verlaufendes, umlaufendes Mantelteil 46 sowie ein senkrecht zur Ventillängsachse 2 liegendes, flaches Bodenteil 47 auf. In dem Bodenteil 47 des Ankers 20 sind wenigstens eine, z. B. drei oder vier
Durchgangsöffnungen 48 vorgesehen, die vom Brennstoff in Richtung zum Ventilsitz 31 durchströmt werden. Das Fluid, insbesondere ein Brennstoff, strömt stromabwärts der Durchgangsöffnungen 48 am äußeren Umfang des Verbindungsteils 24 entlang in der Längsöffnung 19. Außerdem ist im Bodenteil 47 eine zentrale Öffnung 49 ausgeformt, durch die sich das Verbindungsteil 24 mit seinem Ende 28 hindurch erstreckt. Der aus einem weichmagnetischen Werkstoff ausgeführte Anker 20 ist an seiner dem Ventilschließelement 23 abgewandten oberen, als Anschlag dienenden Stirnfläche 50 bzw. am äußeren Umfang des Mantelteils 46 oberflächenbehandelt und verschleißfest ausgebildet, z. B. verchromt.
Das Verbindungsteil 24 besitzt an seinem oberen, mit dem
Anker 20 verbundenen Ende 28 eine z. B. umlaufende Ringnut 52, wobei der Nutgrund der Ringnut 52 einen kleineren Außendurchmesser aufweist als die unmittelbar stromaufwärts und stromabwärts der Ringnut 52 folgenden Bereiche des stangenförmigen Verbindungsteils 24. Die Ringnut 52 hat eine axiale Erstreckung, die ungefähr der Dicke des Bodenteils 47 des Ankers 20 entspricht, da das Bodenteil 47 formschlüssig in die Ringnut 52 eingreift, so daß auch der Durchmesser des Nutgrundes der Ringnut 52 und der Durchmesser der Öffnung 49 des Ankers 20 gleich groß sind. Das Ende 28 des
Verbindungsteils 24 ist derart ausgeführt, daß es ein kurzes Stück noch in das Innere des Ankers 20 hineinragt. In die auf einer inneren Stirnseite 53 des Bodenteils 47 außerhalb der zentralen Öffnung 49 aufliegende Rückstellfeder 26 ragt das Ende 28 des Verbindungsteils 24 hinein, das somit für eine Zentrierung der Rückstellfeder 26 sorgt. Das von der Rückstellfeder 26 teilweise umgebene Ende 28 des Verbindungsteils 24 besitzt an seinem Abschluß z. B. eine umlaufende Fase 54. Das Verbindungsteil 24 besteht aus einem Kunststoff, wobei die Herstellung beispielsweise mittels
Spritzgießens erfolgt. Das Einbringen des Verbindungsteils 24 in die Öffnung 49 des Ankers 20 erfolgt beispielsweise durch Einpressen, Eindrücken oder in einem Warmnietvorgang.
An seinem dem Anker 20 abgewandten, unteren Ende 56 besitzt das Verbindungsteil 24 eine innere, konzentrisch zur Ventillängsachse 10 bzw. zur Längsachse der Ventilnadel 22 verlaufende, sacklochähnliche, einen Grund aufweisende Öffnung 57, in die das bolzenartige Ventilschließelement 23 eingepaßt ist. Eine feste und formschlüssige Verbindung von Verbindungsteil 24 und Ventilschließelement 23 wird dadurch erreicht, daß das Ventilschließelement 23 in die Öffnung 57 eingedrückt wird. Die Öffnung 57 weist über ihre axiale Erstreckung mehrere umlaufende, aufeinanderfolgende, jedoch jeweils einen Abstand zueinander besitzende Rillen 58 auf. Damit ist die Öffnung 57 abwechselnd mit mehreren axial aufeinanderfolgenden Bereichen größeren und kleineren Durchmessers ausgestaltet. Da das Ventilschließelement 23 an seinem oberen, in das Verbindungsteil 24 eingreifenden Abschnitt 59 mit einer Negativstruktur zur Öffnung 57 ausgebildet ist, also ebenso Bereiche größeren und kleineren Durchmessers alternierend aufweist, ist ein maßgenaues, sicheres formschlüssiges Einrasten des Ventilschließelements 23 in der Öffnung 57 garantiert.
Der formschlüssig im Verbindungsteil 24 eingebettete Abschnitt 59 des Ventilschließelements 23 endet dem Anker 20 abgewandt an einem unteren Absatz 60, von dem aus das Ventilschließelement 23 stromabwärts mit einem größeren Durchmesser als dem des Abschnitts 59 ausgebildet ist und der z. B. an der unteren Stirnseite 61 des Verbindungsteils 24 anliegt. Der stromabwärts des Absatzes 60 folgende, sehr exakt gefertigte Bereich des z. B. aus rostfreiem, gehärtetem Stahl bestehenden Ventilschließelements 23 wird, wie bereits erwähnt, in dem Durchgangsloch 43 der
Führungsscheibe 33 geführt. In diesem stromabwärts des Absatzes 60 befindlichen Bereich besitzt das Ventilschließelement 23 beispielsweise einen kleineren Außendurchmesser als das Verbindungsteil 24 über den größten Teil seiner axialen Erstreckung.
Die formschlüssige Verbindung von Ventilschließelement 23 und Verbindungsteil 24 wird beispielsweise durch Einpressen bzw. Eindrücken des Ventilschließelements 23 in die Öffnung 57 erreicht. Das Ventilschließelement 23 kann allerdings auch direkt im Kunststoffspritzgußprozeß zur Herstellung des Verbindungsteils 24 als Einlegeteil umspritzt werden. Des weiteren ist ein Einschnappen des Ventilschließelements 23 denkbar, wobei die Bereiche kleineren Durchmessers der Öffnung 57 z.B. abgeschrägt sind, so daß sich mehrere sägezahnähnliche Abschnitte aufeinanderfolgend in der Öffnung 57 ergeben. Eine weitere Möglichkeit des Einbringens des Ventilschließelements 23 besteht darin, daß das Ventilschließelement 23 erwärmt und in die Öffnung 57 eingesenkt wird. Außerdem kann das Ventilschließelement 23 mit Ultraschall beaufschlagt werden, wodurch eine Erwärmung eintritt, so daß der Kunststoff des Verbindungsteils 24 nahe der Öffnung 57 beim Einschieben des Ventilschließelements 23 partiell aufgeschmolzen wird. Nach dem Erkalten liegt eine formschlüssige Verbindung vor.

Claims

Patentansprüche
1. Ventilnadel für ein Einspritzventil, insbesondere für ein elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, das einen Kern, eine Magnetspule und einen festen Ventilsitz hat, mit dem die aus einem Anker, einem aus Kunststoff ausgebildeten Verbindungsteil und einem metallenen Ventilschließelement bestehende Ventilnadel zusammenwirkt, wobei das Verbindungsteil den Anker mit dem
Ventilschließelement verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (24) ausgehend von seiner unteren Stirnseite (61) eine in Richtung zum Anker (20) hin verlaufende und einen Grund aufweisende Öffnung (57) mit wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Bereichen unterschiedlichen Durchmessers hat, in die das Ventilschließelement (23) mit einem Abschnitt (59) formschlüssig eingreift.
2. Ventilnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilschließelement (23) bolzenartig ausgeführt ist.
3. Ventilnadel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Öffnung (57) des Verbindungsteils (24) eingreifende Abschnitt (59) des Ventilschließelements (23) mit wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Bereichen unterschiedlichen Durchmessers ausgebildet ist.
4. Ventilnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche größeren Durchmessers in der Öffnung (57) des Verbindungsteiles (24) umlaufende Rillen (58) sind.
5. Ventilnadel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilschließelement (23) einen Absatz (60) an seinem äußeren Umfang besitzt, mit dem das Ventilschließelement (23) an der unteren Stirnseite (61) des Verbindungsteils (24) anliegt, wobei der vom Absatz (60) ausgehend in die Öffnung (57) ragende Abschnitt (59) kleinere Durchmesser hat als der außerhalb der Öffnung (57) liegende Teil des Ventilschließelements (23).
6. Ventilnadel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (24) stangenförmig massiv aus Kunststoff ausgeformt ist.
7. Ventilnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (20) topfförmig mit einem Mantelteil (46) und einem Bodenteil (47) ausgebildet ist, wobei in dem Bodenteil (47) wenigstens eine Durchgangsöffnung (48) für ein Fluid sowie eine Öffnung (49) , durch die sich das Verbindungsteil (24) hindurch erstreckt, vorgesehen sind.
8. Ventilnadel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des dem Anker (20) zugewandten Endes (28) des
Verbindungsteils (24) eine umlaufende Ringnut (52) eingebracht ist, in die das Bodenteil (47) des Ankers (20) mit der Wandung der Öffnung (49) formschlüssig eingreift.
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