EP1350025B1

EP1350025B1 - Verbindung zwischen einem anker und einer ventilnadel eines brennstoffeinspritzventils

Info

Publication number: EP1350025B1
Application number: EP01984729A
Authority: EP
Inventors: Thomas Sebastian
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2001-12-22
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2021-12-22
Also published as: KR20020075453A; WO2002053906A1; DE50105571D1; ES2238488T3; JP2004517255A; DE10065528A1; EP1350025A1; US20030141476A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Brennstoffeinspritzventile, welche vorzugsweise zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine geeignet sind, können einen Ankerfreiweg oder Vorhub aufweisen, um die dynamischen Schalteigenschaften des Brennstoffeinspritzventils zu verbessern. Die Bauteile, die dafür benötigt werden, werden zumeist durch eine Vormontage und eine nachfolgende Verschweißung in kraftschlüssige Verbindung beispielsweise mit der Ventilnadel gebracht. Solche Brennstoffeinspritzventile sind beispielsweise aus der DE 198 49 210 A1 oder der US 5,299,776 bekannt.

Nachteilig an diesem Verfahren ist insbesondere, daß zum einen durch das Aufschieben beispielsweise einer Hülse auf die Ventilnadel Abspanungen und damit Beschädigungen sowohl an der Ventilnadel als auch an der Hülse, verbunden mit Verunreinigungen des Ventilinnenraums, auftreten können. Zum anderen entstehen beim Verschweißen der einzelnen Bauteile Spannungen, die von verschiedenen Faktoren, wie z. B. der Materialdicke der Bauteile, der verwendeten Materialien oder der Schweißparameter, abhängen. Die Folge sind starke Streuungen beim Ankerfreiweg bzw. in der Höhe des Vorhubspalts. Beide Faktoren können später zu Fehlfunktionen beim Betrieb des Brennstoffeinspritzventils führen.

Aus der US 5,299,776 A ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das mit einer sogenannten Vorhub-Konstruktion ausgeführt ist. Das Einspritzventil weist einen Anker auf, der mit einer Magnetspule zusammenwirkt und der axial frei beweglich auf einer Ventilnadel angeordnet ist, an der ein Ventilschließkörper vorgesehen ist, der zusammen mit einer Ventilsitzfläche einen Dichtsitz bildet. An der Ventilnadel sind zwei kraftschlüssig mit dieser verbundene flanschartige Anschläge vorgesehen, die die axiale Bewegung des Ankers begrenzen. Die Ventilnadel durchgreift den als Flachanker ausgeführten Anker und eine an dem Anker geringfügig ausgebildete Verlängerung. Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils liegt der Anker auf dem unteren Ventilnadelanschlag auf. Bei Erregung der Magnetspule wird der Anker in Hubrichtung der Ventilnadel angezogen, wobei der Anker vorerst einen Vorhubspalt durchläuft, ehe er an dem oberen Ventilnadelanschlag anschlägt und auf diese Weise die Ventilnadel mitnimmt, die dadurch von der Ventilsitzfläche abhebt und das Ventil öffnet. Die Größe des Vorhubspaltes ist allein durch die Differenz zwischen dem Abstand der beiden Ventilnadelanschläge und der axialen Bauteilerstreckung des Ankers festgelegt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein Vorhub des Ankers mittels eines in Bohrungen der Ventilnadel und des Ankers einschiebbaren Bolzens mit geringem Aufwand sehr genau einstellbar ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

Von Vorteil ist insbesondere, daß die Ventilnadel in einer Ausnehmung sowohl eine Vorhubfeder als auch eine Einstellhülse für die Vorhubfeder enthält, wodurch eine sehr platzsparende Ankerfreiwegskonstruktion möglich ist.

Vorteilhafterweise ist dabei die Vorhubfeder so zwischen dem Bolzen und der Einstellhülse angeordnet, daß der Ankerfreiweg unabhängig von der Vorspannung der Vorhubfeder ist.

Von Vorteil ist auch die Möglichkeit, den gehärteten Bolzen so in die Bohrungen einzubringen, daß diese durch den Bolzen kalibriert werden und der Vorhub über einen beliebig wählbaren Absatz des Bolzens einstellbar ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils, und
Fig. 2: einen schematischen Ausschnitt im Bereich II in Fig. 1 aus dem erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventil.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht in Wirkverbindung mit einem Ventilschließkörper 4, der mit einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt.

Der Düsenkörper 2 ist vorzugsweise mittels Schweißen mit einem Außenpol 9 einer Magnetspule 10 verbunden. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch einen Spalt 26 voneinander getrennt und stützen sich auf einem Verbindungsbauteil 29 ab. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.

Die Ventilnadel 3 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel hohlzylindrisch ausgeführt und weist eine zentrale Ausnehmung 8 auf. Zur Brennstoffleitung zum Dichtsitz dienen Durchströmöffnungen 14, die in der Wandung der Ventilnadel 3 eingebracht sind. Die Ventilnadel 3 durchgreift einen mit der Magnetspule 10 zusammenwirkenden Anker 20 durch eine Ausnehmung 33, wobei der Anker 20 abströmseitig des Innenpols 13 angeordnet ist.

Auf dem Anker 20 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird. Die Rückstellfeder 23 beaufschlagt den Anker 20 über die unten beschriebene Ankerfreiwegkonstruktion so, daß der Ventilschließkörper 4 in dichtender Anlage an der Ventilsitzfläche 6 gehalten wird.

Der Anker 20 weist eine abströmseitige, hülsenförmige Verlängerung 15 auf, welche ebenfalls von der Ventilnadel 3 durchgriffen wird. Die Verlängerung 15 und die Ventilnadel 3 weisen abströmseitig des Ankers 20 eine durchgehende, radiale Bohrung 34, 35 auf, in die ein Bolzen 32 radial einschiebbar ist.

Der Brennstoff, welcher über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert wird, wird durch einen Brennstoffkanal 31, die Ausnehmung 8 der Ventilnadel 3 sowie über die Durchströmöffnungen 14 zur Abspritzöffnung 7 geleitet. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Verteilerleitung abgedichtet.

Zwischen einer in die Ausnehmung 8 der Ventilnadel 3 einschiebbaren Einstellhülse 21 und dem Bolzen 32 ist in der Ausnehmung 8 eine Vorhubfeder 22 angeordnet, die den Anker 20 über den Bolzen 32 so beaufschlagt, daß der Anker 20 im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 in Anlage an einer abströmseitigen Seite 36 der radialen Bohrung 35 der Ventilnadel 3 gehalten wird. Die Bohrung 35 der Ventilnadel 3 weist dabei einen geringfügig größeren Durchmesser als die Bohrung 34 der Verlängerung 15 des Ankers 20 auf. Die Vorhubfeder 22 wird durch die Einstellhülse 21 auf eine beliebig einstellbare Vorspannung gebracht. Die Einstellhülse 21 kann dabei wahlweise mit dem zulaufseitigen Ende der Ventilnadel 3 abschließen oder diese überragen, um dadurch der Rückstellfeder 23 eine Führung zu bieten.

Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Vorhubfeder 22 sowie der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt. Der Hub des Ankers 20 ist dabei in einen Vorhub, der zum Schließen eines Vorhubspalts 30 dient, und einen Öffnungshub aufgeteilt. Der Öffnungshub und der Vorhub ergeben gemeinsam den Gesamthub, der durch einen in der Ruhestellung zwischen dem Innenpol 13 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Die axiale Höhe des Vorhubspalts 30 ist dabei durch den geringfügig größeren Durchmesser der Bohrung 35 in der Ventilnadel 3 gegenüber der Bohrung 34 in der Verlängerung 15 des Ankers 20 definiert. Nach dem Schließen des Vorhubspalts 30 liegt der Anker 20 an einer zulaufseitigen Seite 37 der Bohrung 35 der Ventilnadel 3 an.

Nach Durchlaufen des Vorhubs entgegen der Kraft der Vorhubfeder 22 nimmt der Anker 20 über die Verlängerung 15 und den Bolzen 32, welcher die Ventilnadel 3 durchgreift, diese in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, wodurch der über die Ausnehmung 8 in der Ventilnadel 3 sowie durch die Durchströmöffnungen 14 zur Abspritzöffnung 7 geführte Brennstoff abgespritzt wird.

Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich die Ventilnadel 3 entgegen der Hubrichtung bewegt. Dadurch setzt der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 auf, und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.

Zusätzlich zur Verbesserung der Öffnungsdynamik bewirkt die Vorhubfeder 22 einen Dämpfungseffekt gegen Preller der Ventilnadel 3 im Dichtsitz beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1. Setzt nämlich der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 auf, kann es zu einem erneuten, kurzzeitigen Abheben des Ventilschließkörpers 4 vom Dichtsitz kommen. Die Vorhubfeder 22 bremst die dabei entstehende Bewegung der Ventilnadel 3 in Hubrichtung ab, da durch den in die Bohrung 35 eingeschobenen Bolzen 32 und den dadurch eingestellten Ankerfreiweg sowie durch die Hemmung aufgrund der Masse des Ankers 20 eine Dämpfung stattfindet.

Fig. 2 zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt aus dem erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventil 1. Übereinstimmende Bauteile sind dabei in allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.

In Fig. 2 ist der Unterschied zwischen den Durchmessern der Bohrung 34 in der Verlängerung des Ankers 20 und in der Ventilnadel 3 gut erkennbar. Wie bereits weiter oben erwähnt, beträgt der Ankerfreiweg bzw. der Vorhub gerade die Differenz zwischen den Durchmessern der Bohrung 34 der Verlängerung 15 und der Bohrung 35 der Ventilnadel 3.

Die Fertigung der Bohrungen 34 und 35 erfolgt vorzugsweise im vormontierten Zustand von Anker 20 und Ventilnadel 3, damit keine radialen Versätze zwischen den Bohrungen 34 und 35 auftreten können. Anschließend kann dann die Bohrung 35 der Ventilnadel 3 in beliebigem Maße erweitert werden, um den Vorhub einzustellen.

Alternativ zu dieser Möglichkeit kann auch der Bolzen 32 einen Absatz 38 tragen, dessen Größe den Vorhub bestimmt, während die Bohrungen 34 und 35 den gleichen Durchmesser aufweisen. In diesem Fall kann der Bolzen 32 dann speziell in die Bohrungen 34 und 35 eingepreßt werden, was vorzugsweise durch einen unterschiedlichen Härtegrad der verwendeten Materialien unterstützt wird. Ist nämlich der Bolzen 32 gehärtet und die Ventilnadel 3 und die Verlängerung 15 im Vergleich dazu weich, also ungehärtet, kann der Bolzen 32 in die Bohrungen 34 und 35 eingepreßt werden, wodurch ein Formschluß erzielt wird. Durch den erwähnten Absatz 38 werden die Bohrungen 34 und 35 auf den Durchmesser des Bolzens 32 kalibriert, wodurch allein der Absatz 38 des Bolzens 32 die Größe des Ankerfreiwegs herstellt.

Ob nun die Bohrungen 34 und 35 unterschiedlich groß ausgeführt werden oder der Bolzen 32 eingepreßt wird, der Vorhub hängt jeweils nur von einem Fertigungsschritt ab, so daß die Bohrungen 34, 35 oder der Bolzen 32 nicht von weiteren Fertigungstoleranzen abhängen. Somit ist eine äußerst präzise Einstellung des Vorhubs gewährleistet, der insbesondere nicht von der Vorspannung der Vorhubfeder 22 bzw. der axialen Stellung der Einstellhülse 21 abhängt.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und auch für andere Formen von Ankern 20, beispielsweise für Tauch- und Flachanker, sowie beliebige Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1 anwendbar.

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine, mit einem Anker (20), der mit einer Magnetspule (10) zusammenwirkt, und einer mit dem Anker (20) verbundenen Ventilnadel (3), an der ein Ventilschließkörper (4) vorgesehen ist, der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, wobei die Ventilnadel (3) den Anker (20) und eine an dem Anker (20) ausgebildete Verlängerung (15) durchgreift,
dadurch gekennzeichnet, daß in eine Bohrung (34) in der Verlängerung (15) des Ankers (20), die deckungsgleich mit einer Bohrung (35) in der Ventilnadel (3) ausgerichtet ist, ein Bolzen (32) so angeordnet ist, daß zwischen dem Anker (20) und der Ventilnadel (3) ein axialer Vorhubspalt (30) besteht, und daß in einer Ausnehmung (8) der Ventilnadel (3) eine Vorhubfeder (22) angeordnet ist, die durch eine in die Ausnehmung (8) eingeschobene Einstetlhülse (21) auf Vorspannung gebracht ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß sich die Vorhubfeder (22) an dem Bolzen (32) abstützt.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerung (15) einstückig mit dem Anker (20) hergestellt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (32) einen Absatz (38) aufweist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (32) aus einem gehärteten Material besteht.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (32) so in die Bohrungen (34, 35) einpreßbar ist, daß der Vorhubspalt (30) durch den Absatz (38) eingestellt ist.