DE10143500A1

DE10143500A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10143500A1
Application number: DE10143500A
Authority: DE
Inventors: Thomas Sebastian; Juergen Graner; Wolfgang Ruehle; Joachim Stilling; Matthias Boee; Norbert Keim
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2003-03-20
Also published as: US7093779B2; EP1430217B1; JP2005504216A; WO2003027482A1; EP1430217A1; CN1473240A; CN100416083C; KR100878132B1; DE50203981D1; JP4739668B2; US20060011751A1; KR20040044852A

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil, insbesondere ein Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, weist eine Ventilnadel, die mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und einen mit der Ventilnadel verbundenen Anker (20) auf, der von einer Rückstellfeder in einer Schließrichtung beaufschlagt ist und der mit einer Magnetspule zusammenwirkt. Der Anker (20) weist einen Führungsbund (34) auf, welcher an einer Gegenfläche (41) geführt ist. Der Führungsbund (34) liegt an der Gegenfläche (41) nicht überall an, so daß zwischen dem Führungsbund (34) und der Gegenfläche (41) Ausnehmungen (40) vorhanden sind.

Description

Stand der Technik

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

Es ist bereits aus der DE 196 26 576 A1 ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem eine elektromagnetische Spule mit einem Anker zusammenwirkt, welcher kraftschlüssig mit einer Ventilnadel, welche an ihrem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper aufweist, verbunden ist. Der Anker ist als Tauchanker ausgebildet, welcher in einer magnetischen Drosselstelle des Magnetkreises geführt ist. Dabei trägt der Anker einen umlaufenden Bund, der die obere Lagerstelle bildet. Der Führungsbund ist in der magnetischen Drosselstelle zwischen den beiden Polen des Magnetkreises gelagert. Durch diese Ausprägung liegen der Führungsbund des Ankers und die Stelle des Gehäuses, auf der der Führungsbund läuft, auf vergleichbaren magnetischen Potentialen, so daß es nicht zu einem Übertritt des magnetischen Flusses am Führungsbund kommt. Durch die Lagerung des Führungsbundes in der magnetischen Drosselstelle bleibt der Führungsbund damit magnetisch radialkraftfrei.

Nachteilig an der in der obengenannten Druckschrift beschriebenen Anordnung ist insbesondere die große Baulänge des Ankers, wodurch die Gewichtsoptimierung des Ankers erschwert wird. Zusätzlich behindert der umlaufende Führungsbund am Anker den Abfluß des Brennstoffs aus dem Arbeitsspalt, was zu größeren hydraulischen Verlusten führt.

Weiterhin ist es bekannt, die Ventilnadel in ihrem dem Anker zugewandten Teil in einem Gehäusebauteil zu führen. Der Anker ist dabei nicht im Gehäuse bzw. im Polbauteil geführt.

Nachteilig an der Führung der Ventilnadel in einem abströmseitig des Ankers angeordneten Führungsbauteil sind insbesondere die auf das aus Anker und Ventilnadel bestehende Bauteil aufgrund einer exzentrischen Positionierung des Ankers wirkenden Radialkräfte. Dies führt vor allem durch die ungünstigen Hebelverhältnisse zwischen den Ventilnadelführungen und dem Angriffspunkt der magnetischen Radialkräfte zu teilweise erheblichen Reibungskräften in den Führungen. Schon geringfügige Versätze bzw. Fertigungstoleranzen der Ventilnadel, der Führungen oder des Ankers rufen exzentrische Versätze des Ankers hervor, woraus hohe Reibkräfte und damit Verschleiß der Bauteile und Fehlfunktionen des Brennstoffeinspritzventils resultieren.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein den Anker umgebender wellenförmiger, nicht überall anliegender Führungsbund den Anker im Außenpol des Brennstoffeinspritzventils führt und dadurch einem Verkanten oder seitlichen Versätzen entgegenwirkt.

Die wellenförmige Kontur des umlaufenden Führungsbunds erlaubt dem Brennstoff durch die zwischen Führungsbund und Gegenfläche gebildeten Ausnehmungen einen ungehinderten Durchfluß zum Ventilsitz und damit eine zügige Leerung des Arbeitsspalts. Dadurch werden hydraulische Verluste vermindert.

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

Von Vorteil ist auch, daß der Führungsbund keine besondere Ankerschaftlänge beansprucht, sondern in einfacher Weise an einem Anker gewöhnlicher Bauweise angebracht werden kann, wodurch die Ankermasse optimiert werden kann.

Insbesondere ist die winkelfehlertolerante Führung des Ankers von Vorteil, welche die Exzentrizität der den Führungsbund umgebenden Radialflächen des Ankers minimiert und damit Reibungskräfte gering hält.

Vorteilhafterweise ist der Anker mit dem Führungsbund in einfacher Weise durch Drehen herstellbar, wobei die Wellenkontur zwischen zwei und beispielsweise zehn Wellen umfässen kann.

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 in einer Gesamtansicht;
Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich II in Fig. 1; und
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt entlang der Linie III-III durch den mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen ausgestalteten Anker des Brennstoffeinspritzventils.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein in Fig. 1 dargestelltes 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 durch eine Dichtung 8 gegen den Außenpol 9 eines Magnetkreises mit einer Magnetspule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 des Magnetkreises anliegt. Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch eine Verengung 26 voneinander getrennt und miteinander durch ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden. 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 in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist und einen oberen Lagerungspunkt der Ventilnadel 3 bildet. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. An der anderen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird. In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und am Ventilsitzkörper 5 verlaufen Brennstoffkanäle 30a bis 30c. Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffverteilerleitung abgedichtet.
An der abspritzseitigen Seite des Ankers 20 ist ein ringförmiges Dämpfungselement 32, welches aus einem Elastomerwerkstoff besteht, angeordnet. Es liegt auf einem zweiten Flansch 31 auf, welcher über eine Schweißnaht 33 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 verbunden ist.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird die Ventilnadel 3 von der Rückstellfeder 23 entgegen ihrer Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 am Ventilsitz 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung zwischen dem Innenpol 12 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab und der Brennstoff wird durch die Abspritzöffnung 7 abgespritzt.
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 der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende erste Flansch 21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.
Die Ventilnadel 3 ist, wie bereits weiter oben beschrieben, somit ausschließlich abströmseitig des Ankers 20 gelagert, woraus ungünstige Hebelverhältnisse und damit Versätze des Ankers 20 resultieren. Dies wird insbesondere durch Fertigungstoleranzen der Ventilnadelführung 14 verstärkt. Erfindungsgemäß weist daher der Anker 20 einen wellenförmigen Führungsbund 34 auf, welcher so an dem Anker 20 ausgebildet ist, daß er den Anker 20 versatzfrei führen kann. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind in den Fig. 2 und 3 näher dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Fig. 2 zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung den in Fig. 1 mit II bezeichneten Bereich des erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1.
Wie bereits in der Beschreibung zu Fig. 1 angesprochen, weist das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 einen Anker 20 auf, welcher mit einem Führungsbund 34 versehen ist. Der Anker 20 ist mit dem Führungsbund 34 einstückig ausgebildet und wird beispielsweise durch Drehen hergestellt. Der Führungsbund 34 ist an einer eine Gegenfläche 41 bildenden Innenwandung 38 der Ausnehmung 40 des Außenpols 9 gelagert. Der Führungsbund 34 hat Abflachungen 42 und liegt deshalb an der Gegenfläche 41 nicht überall an, so daß zwischen dem Führungsbund 34 und der Gegenfläche mehrere Ausnehmungen 40 vorhanden sind.
In einem ausgesteuerten Magnetkreis entstehen im radialen Spalt 39 parasitäre Magnetkräfte. Bei einem optimal zentriert angeordneten Anker 20 bzw. bei Bauteilen, welche mit sehr geringer Fertigungstoleranz hergestellt sind, heben sich die entstehenden Radialkräfte am Umfang gegenseitig auf. Bei einer nicht zentrierten Anordnung des Ankers 20 oder bei großen Fertigungstoleranzen der Bauteile führen die parasitären Kräfte hingegen zu Reibung in der Ventilnadelführung 14 und damit zu Verlusten in der Schaltdynamik des Brennstoffeinspritzventils 1 sowie zu Verschleiß insbesondere der Ventilnadelführung 14.
Durch die im Ansteuerzyklus des Brennstoffeinspritzventils 1 lange bestehende starke Aussteuerung der ferritischen Materialvolumina des Führungsbundes 34 und des dem Führungsbund 34 gegenüberliegenden Außenpols 9 weisen diese fast durchweg hohe magnetische Widerstände auf. Diese sind zu den spezifischen Widerständen des Arbeitsspaltes 27 und des radialen Spalts 39 in Reihe geschaltet und führen zu einem Ausgleich der magnetischen Radialkräfte am Umfang des Führungsbundes 34 des Ankers 20.
Durch die winkelfehlertolerante Führung des Ankers 20 mit geringerer Exzentrizität im Außenpol 9 entstehen äußerst geringe äußere magnetische Radialkräfte am Umfang des Ankers 20. Die verbleibende kleine äußere Radialkraft wird vom Führungsbund 34 da aufgenommen, wo sie entsteht; die Ventilnadelführung 14 bleibt damit radialkraftfrei. Auch eine Verkippung des Ankers 20 gegenüber einer Längsachse des Brennstoffeinspritzventils 1 führt nur zu geringen radialen Versätzen des Ankers 20. Damit kann eine einwandfreie Funktion des Brennstoffeinspritzventils 1 gewährleistet werden.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2 durch den mit den erfindungsgemäß Maßnahmen ausgestalteten Anker 20 des Brennstoffeinspritzventils 1.
Der Führungsbund 34 ist, wie bereits erwähnt, im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit Abflachungen 42wellenförmig ausgebildet, wodurch sich Anlageflächen 35 mit vertieften Bereichen 36 abwechseln. Durch die vertieften Bereiche 36 kann der zentral zugeleitete Brennstoff den Anker 20 umfließen und weiter in eine Ausnehmung 40 des Brennstoffeinspritzventils 1 strömen, um zum Dichtsitz zu gelangen. Umfangsmäßig liegen entsprechend der Anzahl der Anlageflächen 35 zwischen zwei und z. B. zehn vertiefte Bereiche 36 des wellenförmigen Führungsbundes 34 vor. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Anlageflächen 35 und dementsprechend drei vertiefte Bereiche 36 dargestellt. In Umfangsrichtung können dabei die vertieften Bereiche 36 des wellenförmigen Führungsbundes 34 eine gleiche, größere oder kleinere Erstreckung als die dazwischenliegenden Anlageflächen 35 aufweisen.
Der wellenförmige Führungsbund 34 liegt mit den Anlageflächen 35 an der Innenwandung 38 des Außenpols 9 des Magnetkreises an und wird dadurch durch den Außenpol 9 geführt.
Die vertieften Bereiche 36 des wellenförmigen Führungsbundes 34 sorgen für ein schnelles Abströmen des Brennstoffs aus dem Arbeitsspalt 27. Damit können die hydraulischen Verluste im Arbeitsspalt 27 beim Anziehen oder Abfallen des Ankers 20 gering gehalten werden.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und z. B. auch für nach außen öffnende Brennstoffeinspritzventile 1 geeignet.

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer Ventilnadel (3), die mit einer Ventilsitzfläche (6) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und mit einem mit der Ventilnadel (3) verbundenen Anker (20), der von einer Rückstellfeder (23) in einer Schließrichtung beaufschlagt ist und der mit einer Magnetspule (10) zusammenwirkt, wobei der Anker (20) einen Führungsbund (34) aufweist, welcher umfänglich an dem Anker (20) ausgebildet ist und an einer Gegenfläche (41) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsbund (34) von einer kreisförmigen Außenkontur des Ankers (20) abweichende Abflachungen (42) aufweist, so daß zwischen dem Führungsbund (34) und der Gegenfläche (41) zumindest eine Ausnehmung (40) vorhanden ist.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsbund (34) Anlageflächen (35) aufweist, welche an einer Innenwandung (38) eines Außenpols (9) geführt sind.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsbund (34) vertiefte Bereiche (36) aufweist, welche sich mit den Anlageflächen (35) in Umfangsrichtung abwechseln.

4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsbund (34) einstückig mit dem Anker (20) ausgebildet ist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Führungsbund (34) im Bereich des stärksten radialen Magnetflusses befindet.

6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (20) im Bereich des Führungsbundes (34) eine wellenförmige Außenkontur aufweist.