DE102004056424B4

DE102004056424B4 - Brennstoffeinspritzventil und Verfahren zur Strukturierung eines magnetischen Polstücks

Info

Publication number: DE102004056424B4
Application number: DE102004056424.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Scheffel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-11-23
Filing date: 2004-11-23
Publication date: 2016-12-29
Anticipated expiration: 2024-11-24
Also published as: DE102004056424A1

Abstract

Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem magnetischen Innenpol (13), der bei Erregung mit einer Magnetspule (10) mit einem Magnetfluss beaufschlagt wird, der einen Anker (20) bewegt, mit einem Düsenkörper (2), und mit zumindest einer Abspritzöffnung (7) am stromabwärtigen Ende, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Mantelfläche (38) eines Polstücks (39), das als magnetischer Innenpol (13) dient, entlang einer axialen Ausdehnung (40) des Polstücks (39) zumindest eine Nut (5) vorgesehen ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1 und einem Verfahren zur Strukturierung eines magnetischen Polstücks gemäß Anspruch 12.
Aus der DE 101 03 933 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt, das einen Düsenkörper umfaßt, an dessen stromabwärtigen Ende zumindest eine Abspritzöffnung angeordnet ist. Ferner ist in dem Brennstoffeinspritzventil eine hohle Ventilnadel vorgesehen, die mittels einer Schweißnaht an einem Anker befestigt ist, der sich bewegt sobald ein magnetisches Feld durch ein Spannungssignal eingeschaltet wird. Durch die hohle Ventilnadel strömt der Brennstoff von einem zuströmseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils zu einem Ventilsitz, wo sich die Abspritzöffnung befindet und der Brennstoff in den Brennraum abgespritzt wird. Damit der Brennstoff ungehindert zum Ventilsitz strömen kann sind im Anker Bohrungen vorgesehen, durch die der Brennstoff strömt.
Nachteilig dabei ist, daß die Bohrungen für den Brennstoff eine einem Innenpol gegenüberliegende Stirnfläche des Ankers reduzieren, so dass die Kraftwirkung durch das magnetische Feld, dessen Feldlinien den Raum zwischen Innenpol und Anker füllen, reduziert wird.
Ein weiterer Nachteil des Brennstoffeinspritzventils, das in der DE 101 03 933 A1 beschrieben ist, besteht darin, dass ein Außendurchmesser des Brennstoffeinspritzventils größer sein muss, damit ein breiterer Anker inklusive Bohrungen untergebracht sein kann, auf den eine Kraft einwirkt, die betragsmäßig der Kraft entspricht, die auf einen kleineren Anker ohne Bohrungen einwirken würde. Der Kraftverlust aufgrund einer verringerten Stirnfläche wird bei herkömmlichen Brennstoffeinspritzventilen dadurch kompensiert, dass der Anker vergrößert wird, um die Bohrungen anzubringen, was einen größeren Außendurchmesser des Brennstoffeinspritzventils bedingt.
Ferner besteht bei dem in der DE 101 03 933 A1 beschriebenen Brennstoffeinspritzventil der Nachteil, dass der Brennstoffstrom durch eine Lagerung der Ventilnadel strömt, was dazu führen kann, dass die Lagerung verschmutzt.
Aus der mehrere Jahre jüngeren und damit weit nachveröffentlichten EP 2 249 022 A1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem in einer Mantelfläche eines Innenpols mehrere Nuten für eine Brennstoffanströmung vorgesehen sind.
Vorteile der Erfindung
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ergibt sich daraus, dass die Brennstoffkanäle nicht zentral in einer hohlen Ventilnadel, sondern außerhalb der Ventilnadel und an ihrer Lagerung vorbei geführt werden. Dadurch kommt die Lagerung der Ventilnadel nicht mit dem Brennstoff, der durch das Brennstoffeinspritzventil strömt, in Berührung, was eine Verschmutzung der Lagerung ausschließt und das Brennstoffeinspritzventil insgesamt robuster gegenüber Verschmutzung macht.
Außerdem kann auf Bohrungen im Anker verzichtet werden, da der Brennstoffstrom nicht mehr im Inneren der Ventilnadel bzw. des Ankers verläuft, sondern innerhalb von Nuten, die sich außerhalb der Ventilnadel bzw. ihrer Lagerung an einem Polstück, das als Innenpol dient, befinden. Dadurch kann die Ausdehnung des Ankers verringert werden, was sich wiederum auf den Außendurchmesser des Brennstoffeinspritzventils auswirkt, der sich ebenfalls verringert.
Ein Verzicht auf die Bohrungen im Anker bewirkt ebenfalls, daß die Polfläche des Ankers vergrößert ist, was wiederum die Kraftwirkung des magnetischen Feldes auf den Anker verbessert.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen Schnitt eines Brennstoffeinspritzventils gemäß dem Stand der Technik;
2 einen schematischen Teilschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils;
3 eine Draufsicht auf ein Polstück eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils;
3A eine schematische axiale Profilansicht eines Polstücks eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils;
3B schematische Querschnitte durch im Polstück eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils vorgesehene Nuten und
4 einen schematischen Teilschnitt durch einen Zulauf eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Anhand von 1 wird ein Brennstoffeinspritzventil 1 gemäß dem Stand der Technik zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst in einer Gesamtdarstellung bezüglich seiner wesentlichen Bestandteile kurz erläutert. Anschließend werden die erfindungsgemäßen Maßnahmen anhand der Figuren 2 bis 4 beschrieben, die sich hauptsächlich auf ein magnetisches Polstück 39 im mittleren Ventilbereich 51 erstrecken.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 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 umfaßt einen Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer in einem Ventilsitzkörper 55 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich in allen Ausführungsbeispielen um ein elektromagnetisch betätigtes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet. 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 elektrische 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 scheibenförmig ausgeführten Ventilnadelführung 14 geführt. Dieser ist eine Einstellscheibe 15 zugepaart, welche zur Einstellung des Ventilnadelhubs dient. Auf der stromaufwärtigen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem Flansch 21 verbunden ist. Auf dem Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine in den Innenpol 13 eingepresste Einstellhülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und einer Führungsscheibe 31 verlaufen Brennstoffkanäle 30a, 30b und 30c. In einer zentralen Brennstoffzufuhr 16 ist ein Filter 25 angeordnet. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht dargestellte Brennstoffleitung abgedichtet.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 über den Flansch 21 an der Ventilnadel 3 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 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 13 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, und damit die Ventilnadel 3 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab und der Brennstoff wird aus der Abspritzöffnung 7 abgespritzt.
Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 auf den Flansch 21 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.
Erfindungsgemäß sind im mittleren Ventilbereich 51, wie 2 zeigt, an einem Polstück 39, das im Brennstoffeinspritzventil 1 als Innenpol 13 dient, Nuten 5 vorgesehen, die an einer Mantelfläche 38 des Polstücks 39 angebracht sind.
Die Nuten 5 dienen dazu, daß in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung der Brennstoff parallel zu einer axial verlaufenden Symmetrieachse 56 des Brennstoffeinspritzventils 1 strömt. Die Ventilnadel 3 kommt im Bereich der Rückstellfeder 23 und einer Lagerung 60 der Ventilnadel 3 nicht mit dem Brennstoff in Berührung. Des weiteren ist zwischen dem abströmseitigen Ende der Lagerung 60 der Ventilnadel 3 und der Ventilnadel 3 eine Auflage 33 vorgesehen, die verschiebbar ist, um eventuell auftretende Querkräfte zu reduzieren. Im Ventilgehäuse 50 ist eine magnetische Trennung 61 vorhanden, die bewirkt, dass die magnetischen Feldlinien möglichst homogen verlaufen. An der Lagerung 60 der Ventilnadel 3 ist an ihrem oberen Ende eine ebene Fläche 32 vorgesehen, die dazu dient, dass der Hub der Ventilnadel 3 mittels optischer Verfahren direkt gemessen werden kann.
Die Nuten 5, die in 3 nochmals in einer Schnittdarstellung des Polstücks 39 gezeigt sind, können parallel zu einer Symmetrieachse 37 des Polstücks 39 auf seiner Mantelfläche 38 entlang seiner axialen Ausdehnung 40 verlaufen. Sie können auch spiralförmig als Rechts- 41 oder Linksschrauben 42 um die axial verlaufende Symmetrieachse 37 des Polstücks 39 an seiner Mantelfläche 38 verlaufen, wobei es auch möglich ist, daß sowohl eine Rechtsschraube 41 als auch eine Linksschraube 42 auf der Mantelfläche 38 des Polstücks 39 ausgeprägt sind, die sich auf der Mantelfläche 38 des Polstücks 39 kreuzen. Dies ist in 3A gezeigt.
Ebenfalls ist es möglich, das sich eine Rechtsschraube 41 oder eine Linksschraube 42 mit einer parallel zur axial verlaufenden Symmetrieachse 37 angebrachten Nut 5 kreuzen. Rechts- oder Linksschraube 42 können auch als Doppelhelixstruktur auf der Mantelfläche 38 des Polstücks 39 angebracht sein.
3B zeigt mögliche Querschnitte 43 der Nuten 5, die die Form eines Teilkreises 44, oder annähernd die Form eines Dreiecks 46 oder die Form eines Rechtecks 45 aufweisen können, wobei die Nuten 5 mittels eines geeigneten Verfahrens, wie z. B. Fräsen, Schleifen, Ziehen, Prägen oder auch Schneiden als Struktur in die Oberfläche der Mantelfläche 38 des Polstücks 39 eingebracht werden.
4 zeigt einen Zulauf eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Ein aus Kunststoff bestehendes Filtergerüst 25b mit einer Filterfläche 54 ist oberhalb der Einstellhülse 24 in die für die Ventilnadel 3 und die Einstellhülse 24 vorgesehene Aufnahmebohrung 66 eingepresst. Radial verlaufende Stege 58 über den Umfang des Filtergerüsts 25b bewirken durch die Pressung 49 an das Ventilgehäuse 50, daß das Filtergerüst 25b am zuströmseitigen Ende 47 des Brennstoffeinspritzventils 1 unterhalb einer Anschlußhülse 48 fixiert ist und dem von oben einwirkenden Druck, der von dem Brennstoff herrührt, standhält. Der Brennstoffstrom 53 erfolgt durch die Filterfläche 54, die konzentrisch um die axial verlaufende Symmetrieachse 56 des Brennstoffeinspritzventils 1 verläuft und am Filtergerüst 25b befestigt ist. Der Brennstoffstrom 53 tritt durch eine Bohrung 57 im Steg 58, um dann radial nach außen, parallel zu einer zulaufseitigen Stirnfläche des Polstücks 39, das als Innenpol 13 dient, in einen dazu senkrecht verlaufenden Brennstoffkanal 30 zu strömen. Am radialen Ende der Stirnseite mündet der Brennstoffstrom 53 in die am Polstück 39 angebrachte Nut 5.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist die Erfindung für beliebige Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1, beispielsweise für Brennstoffeinspritzventile 1 zur Einspritzung in den Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, anwendbar. Alle Merkmale sind dabei beliebig miteinander kombinierbar.

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem magnetischen Innenpol (13), der bei Erregung mit einer Magnetspule (10) mit einem Magnetfluss beaufschlagt wird, der einen Anker (20) bewegt, mit einem Düsenkörper (2), und mit zumindest einer Abspritzöffnung (7) am stromabwärtigen Ende, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Mantelfläche (38) eines Polstücks (39), das als magnetischer Innenpol (13) dient, entlang einer axialen Ausdehnung (40) des Polstücks (39) zumindest eine Nut (5) vorgesehen ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (5) parallel zu einer axial verlaufenden Symmetrieachse (37) des Polstücks (39), das als magnetischer Innenpol (13) dient, verlaufen.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (5) radialsymmetrisch um die axial verlaufende Symmetrieachse (37) des Polstücks (39) angeordnet sind.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (5) in einer Rechts- (41) oder Linksschraube (42) spiralförmig um die axial verlaufende Symmetrieachse (37) auf der Mantelfläche (38) des Polstücks (39) verlaufen.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Nuten (5) parallel in einer Doppelhelixstruktur spiralförmig um die axial verlaufende Symmetrieachse (37) auf der Mantelfläche (38) des Polstücks (39) verlaufen.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (5) in einer Rechts- (41) und Linksschraube (42) spiralförmig um die axial verlaufende Symmetrieachse (37) des Polstücks (39) verlaufen, wobei sich Rechts- (41) und Linksschraube (42) auf der Mantelfläche (38) des Polstücks (39) kreuzen.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Nuten (5), die parallel zur axial verlaufenden Symmetrieachse (37) des Polstücks (39) verlaufen und Nuten (5), die spiralförmig in einer Rechts- (41) oder Linksschraube (42) um die axial verlaufende Symmetrieachse (37) des Polstücks (39) verlaufen, sich kreuzen.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt (43) der auf der Mantelfläche (38) des Polstücks (39) verlaufenden Nuten (5) in Form eines Teilkreises (44) ausgebildet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (43) der auf der Mantelfläche (38) des Polstücks (39) verlaufenden Nuten (5) zumindest annähernd in Form eines Rechtecks (45) ausgebildet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (43) der auf der Mantelfläche (38) des Polstücks (39) verlaufenden Nuten (5) zumindest annähernd in Form eines Dreiecks (46) ausgebildet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an einem zuströmseitigen Ende (47) des Brennstoffeinspritzventils (1) in dem Polstück (39) eine Aufnahmebohrung (66) für ein Filtergerüst (25b) vorgesehen ist.
Verfahren zur Strukturierung eines Polstücks (39), das als magentischer Innenpol (13) in ein Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen eingebaut wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mantelfläche (38) des Polstücks (39), das als magnetischer Innenpol (13) vorgesehen ist, so strukturiert wird, dass an der Mantelfläche (37) des Polstücks (39) Nuten (5) angefertigt werden.
Verfahren zur Strukturierung eines Polstücks (39) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, das die Nuten (5) entlang einer gesamten axialen Ausdehnung (40) des Polstücks (39) in die Mantelfläche (38) des Polstücks (39) eingefräst werden.
Verfahren zur Strukturierung eines Polstücks (39) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (5) über die gesamte axiale Ausdehnung (40) des Polstücks (39) in die Mantelfläche (38) des Polstücks (39) eingeschliffen werden.
Verfahren zur Strukturierung eines Polstücks (39) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (5) über die gesamte axiale Ausdehnung (40) des Polstücks (39) in die Mantelfläche (38) des Polstücks (39) eingeprägt werden.
Verfahren zur Strukturierung eines Polstücks (39) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (5) über die gesamte axiale Ausdehnung (40) des Polstücks (39) in die Mantelfläche (38) des Polstücks (39) eingeschnitten werden.