DE102004058803A1

DE102004058803A1 - Einspritzventil

Info

Publication number: DE102004058803A1
Application number: DE102004058803A
Authority: DE
Inventors: Jürgen LANDER; Dieter Maier; Franz Thömmes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-12-07
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2006-06-08
Also published as: CN101072942B; EP1825136B1; US20080265065A1; JP4571984B2; US7963465B2; CN101072942A; WO2006061268A1; JP2008523287A; EP1825136A1; DE502005004843D1

Abstract

Es wird ein Einspritzventil, insbesondere für Kraftstoffeinspritzanlage von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, angegeben, das einen Ventilsitzträger (11), eine Ventilnadel (12), einen Elektromagneten (13) und einen Anschlussstutzen (14) mit Filter (31) zum Einleiten des Kraftstoffs aufweist. Zur kostengünstigen Herstellung des Einspritzventils durch Straffung der Montagelinie und Gewinnung von Montagezeit sind Funktionen des Einspritzventils auf komplexe Bauteile verteilt, indem Ventilöffnung (15) und Ventilsitz (16) am einteiligen Ventilsitzträger (11) selbst ausgebildet sind, der zusätzlich die Ventilnadel (12) axial verschieblich führt, Magnetspule (24) und Anschlussstecker (26) in einem separaten, kunststoffumspritzten Spulenteil (27) zusammengefasst sind, der Magnettopf (24) auf das Spulenteil (27) aufgesetzt und der Anschlussstutzen (14) als separates Kunststoffspritzteil mit integriertem Filter (31) ausgebildet ist. Füge- und Dichtungsstellen zwischen Anschlussstutzen (14) einerseits und Spulenteil (27), Magnettopf (24) und/oder Ventilsitzträger (11) andererseits sind geklebt.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Einspritzventil, insbesondere für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein bekanntes Einspritzventil für Kraftstoffeinspritzanlagen für Brennkraftmaschinen ( DE 42 30 376 C1 ) weist einen Ventilsitzträger auf, in dem endseitig ein Ventilsitzkörper eingesetzt ist. An dem Ventilsitzkörper ist die Ventilöffnung und der die Ventilöffnung umschließende Ventilsitz ausgebildet. Die hohlzylindrische Ventilnadel ist an ihrem einen Nadelende zum Kraftstoffeintritt offen und an ihrem anderen Nadelende durch ein kugelförmiges Ventilschließglied, das auf die Ventilnadel aufgeschweißt ist, verschlossen und ist mit radialen Austrittslöchern für den Kraftstoff versehen. Der Ventilsitzträger ist über ein Zwischenstück an dem hohlzylindrischen Magnetkern, z.B. durch Schweißung, befestigt. Dem hohlzylindrischen Magnetkern liegt unter Bildung eines Arbeitsluftspalts der Magnetanker gegenüber, der einstückig mit der Ventilnadel an dieser ausgebildet ist. Die Ventilnadel ist über ihren Magnetanker axial verschieblich im Zwischenstück geführt. Auf den Magnetkern ist die Magnetspule, bestehend aus einem Spulenkörper und einer in den Spulenkörper eingewickelten Erregerwicklung, aufgeschoben. Die Erregerwicklung ist an einen Anschlussstecker angeschlossen. Das vom Magnetanker abgekehrte Ende des Magnetkerns ist als Anschlussstutzen für die Kraftstoffeinleitung ausgebildet, in dem ein Kraftstofffilter eingesetzt ist. Die Magnetspule ist von einem, als Bügel ausgebildeten ferromagnetischen Leitelement umgeben, das mit seinem einen Ende an dem Magnetkern und seinem anderen Ende an dem Ventilsitzträger anliegt und mit diesem z. B. durch Schweißen oder Löten verbunden ist. Magnetkern, Magnetspule mit ferromagnetischem Leitelement und Ventilsitzträger sind von einer Kunststoffumspritzung umschlossen, in der der Anschlussstecker integriert ist. Die Ventilnadel ist in sog. MIM-Technologie (Metal Injection Molding) durch Spritzgießen und anschließendem Sintern hergestellt. Dabei wird die Ventilnadel aus einem Metallpulver mit einem Bindemittel, z.B. einem Kunststoffbindemittel gespritzt. Durch Sintern wird das Bindemittel wieder entfernt. Die so hergestellte hülsen- oder zylinderförmige Ventilnadel, in der schon die Austrittslöcher ausgeformt und der Magnetkern angeformt sind, wird stirnseitig mit dem kugelförmigen Ventilschließglied durch Schweißen verbunden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Funktionen des Einspritzventils auf komplexe Bauteile vereinigt sind, die einerseits durch Spritztechniken, wie MIM (Metal Injection Molding), CIM (Ceramic Injection Molding) oder Kunststoffspritzgießen kostengünstig herstellbar sind und andererseits eine Straffung der Montagelinie mit Montagezeitgewinn ermöglichen. Die aufwändige und kostspielige Umspritzung des Einspritzventils mit Kunststoff innerhalb der Montagelinie wird umgangen. Durch das Verkleben der Bauteile an den Füge- und Dichtstelle – anstelle von Schweißen – wird ein Verzug der Bauteile vermieden und können Metall- und Kunststoffteile problemlos und zuverlässig miteinander verbunden werden.

Darüber hinaus lassen sich durch die erfindungsgemäße Modulbauweise auch für den Kunden wesentliche technische Eigenschaften des Einspritzventils verbessern. So wird das Ventilgeräusch reduziert, da der Ventilsitzträger ein massives Bauteil ist und Ventilsitz und Ventilnadelführung in ihm vereinigt sind. Der Magnetkreis lässt sich durch Wegfall von Tragfunktion für Magnetspule und Anschlussstutzen bezüglich seines Eisenvolumens so optimieren, dass induzierte Wirbelströme reduziert und Schaltzeiten verkürzt werden und damit der Dynamic Flow Range (DFR) verbessert wird.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Einspritzventils möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der hohlzylindrische Magnetkern in den Ventilsitzträger eingepresst. Aufgrund der Wandstärke des Ventilsitzträgers ist dabei eine reine Presspassung ausreichend für die Festigkeit der Verbindung, so dass der Magnetkern nicht noch zusätzlich am Ventilsitzträger festgeheftet werden muss. Die axiale Einsetztiefe des Magnetkerns legt den maximalen Hub der Ventilnadel fest.

Zeichnung
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt eines Einspritzventils,
2 einen Längsschnitt eines Einspritzventils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einer Halbschnittdarstellung.
Das in 1 im Längsschnitt schematisiert dargestellte Einspritzventil wird vorzugsweise in Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Es weist einen Ventilsitzträger 11, eine im Ventilsitzträger 11 koaxial angeordnete Ventilnadel 12, einen Elektromagneten 13 zum Betätigen der Ventilnadel 12, sowie einen Anschlussstutzen 14 zum Zuführen von Kraftstoff auf. Der Ventilsitzträger 11 ist aus einem harten Magnetmaterial, z.B. KM57, oder einem partiell härtbaren Magnetmaterial als sog. MIM-Teil durch Spritzgießen und anschließendes Sintern nach dem Metal-Injection-Molding-Verfahren hergestellt. Einzelheiten dieses Verfahrens finden sich in der DE 42 30 376 C1 . Beim Herstellen des Ventilsitzträgers 11 wird in dessen Bodenbereich eine Ventilöffnung 15 und ein diese umschließender Ventilsitz 16 aus- bzw. angeformt. Der Ventilsitz 16 wird im endgültigen Zustand geschliffen bzw. gehont. Im Boden des Ventilsitzträgers 11 ist auf der vom Ventilsitz 16 abgekehrten Außenseite eine Ausnehmung 17 koaxial zur Ventilöffnung 15 eingeformt, in die eine Spritzlochscheibe 17 eingeklebt ist. An seinem vom Ventilsitz 16 abgekehrten Ende ist der Ventilsitzträger 11 mit einer außen umlaufenden Ringnut 18 versehen. Ist der Ventilsitzträger 11 nicht aus hartem, sondern partiell härtbarem Magnetmaterial hergestellt, so wird dieses im Bereich des Ventilsitzes 16 gehärtet.
Die im Ausführungsbeispiel der 1 hohlzylindrische Ventilnadel 12 ist an ihrem vom Ventilsitz 16 abgekehrten Ende zum Kraftstoffeintritt offen und trägt an ihrem dem Ventilsitz 16 zugekehrten anderen Ende ein Ventilschließglied 19, das mit dem Ventilsitz 16 zum Freigeben und Schließen der Ventilöffnung 15 zusammenwirkt. Zum Kraftstoffaustritt ist die Ventilnadel 12 mit mindestens einem radial durch die Zylinderwand hindurchgehenden Austrittsloch 20 versehen. An den vom Ventilschließglied 19 abgekehrten Ende der Ventilnadel 12 ist ein Magnetanker 21 angeordnet, über den die Ventilnadel 12 in dem Ventilsitzträger 11 axial verschieblich geführt ist. Die Ventilnadel 12 mit Ventilschließglied 19 und Magnetanker 21 ist als einstückiges MIM-Teil aus einem harten, weichmagnetischen Material hergestellt. Durch die MIM-Technologie können sowohl die Austrittslöcher 20 als auch eine innen am Ventilschließglied 19 ausgerichtete ebene Fläche 22 hergestellt werden. Diese ebene Fläche 22 dient als Reflexionsfläche für einen Laserstrahl bei der Trockeneinstellung des Ventilhubs. Die mit dem Ventilsitz 16 zusammenwirkende Außenkontur des Ventilschließglieds 19 wird angeschliffen, wobei beliebige Konturen, z.B. Kugelform oder Kantensitz mit Dämpfungskegel, realisiert werden können.
Der Elektromagnet 13 umfasst neben dem mit der Ventilnadel 12 einstückig ausgebildeten Magnetanker 21 einen innenliegenden, hohlzylindrischen Magnetkern 23, einen außenliegenden, tiefgezogenen Magnettopf 24 und eine zwischen Magnetkern 23 und Magnettopf 24 einliegende Magnetspule 25, die in bekannter Weise aus einer auf einen Spulenkörper aufgewickelten Erregerwicklung besteht. Die Magnetspule 25 ist an einem Anschlussstecker 26 angeschlossen. Der hohlzylindrische Magnetkern 23 ist an dem vom Ventilsitz 16 abgekehrten Ende des Ventilsitzträgers 11 in diesen eingepresst. Seine Einpresstiefe bestimmt den Hub der Ventilnadel 12. Aufgrund der relativ großen Wandstärke des Ventilsitzträgers 11 wird durch eine reine Presspassung eine ausreichende Festigkeit in der Verbindung von Magnetkern 23 und Ventilsitzträger 11 erreicht. Die Magnetspule 25 und der Anschlussstecker 26 sind zu einem kunststoffumspritzten Spulenteil 27 zusammengefasst, das als separates Bauteil außerhalb der Montagelinie hergestellt, angeliefert und auf den Ventilsitzträger 11 aufgeschoben wird. Auf das kunststoffumspritzte Spulenteil 27 wird der Magnettopf 24 aufgesetzt, der mit seinem Topfboden 241 den Ventilsitzträger 11 umschließt und mit seinem Topfmantel 242 am Topföffnungsrand einen am Ventilsitzträger 11 angeformten Radialflansch 111 nahezu spiellos übergreift. Der Radialflansch 11 ist in Höhe des Magnetkerns 23 an der Ventilnadel 12 angeordnet. Die Ventilnadel 12 wird mit ihrem Ventilschließglied 19 durch eine als Druckfeder ausgebildete Ventilschließfeder 28 auf den Ventilsitz 16 aufgepresst. Hierzu stützt sich die Ventilschließfeder 28 einerseits in einer im Innern der Ventilnadel 12 ausgebildeten, radialen Ringschulter 121 und andererseits an einer Einstellhülse 29 ab, die in den Magnetkern 23 eingepresst ist. Die Einpresstiefe der Einstellhülse 29 bestimmt die Federvorspannung der Ventilschließfeder 28 und damit die Schließkraft der Ventilnadel 12. Bei geschlossenem Ventil ist zwischen den ringförmigen Stirnflächen von Magnetanker 21 und Magnetkern 23 ein Arbeitsluftspalt 30 vorhanden.
Der Anschlussstutzen 14 ist als separates Kunststoffspritzgussteil mit integriertem Filter 31 hergestellt. Er weist einerseits einen Ringsteg 141, der mit der Ringnut 18 am Ventilsitzträger 11 eine Klipsverbindung herzustellen vermag, und eine radial abstehende Montagenase 142 auf, die als Verdrehsicherung dient und zum lagerichtigen Einsetzen des Einspritzventils in eine Kraftstoffsammelleitung dient. Die Montagenase 142 kann dabei je nach Bautyp des Einspritzventils in Axial- und Radialrichtung am Anschlussstutzen 14 versetzt sein. Der Anschlussstutzen 14 wird am Ende der Montagelinie gerichtet zur Spritzlochscheibe 17 auf den Ventilsitzträger 11 aufgeklipst und mit dem Ventilsitzträger 11 und/oder dem Magnettopf 24 verklebt.
Das Volumen des von Magnetkern 23, Magnettopf 24, Radialflansch 111 und Magnetanker 21 gebildeten Magnetkreises ist minimiert, wozu einerseits die Wandstärken der genannten Bauteile möglichst gering ausgeführt und andererseits der Magnetkreis rechteckig ausgebildet ist.
Das in 2 schematisiert im Halbschnitt dargestellte Einspritzventil ist gegenüber dem zuvor beschriebenen Einspritzventil bezüglich des Ventilsitzträgers 11 und der Ventilnadel 12 modifiziert. Ventilsitzträger 11 und Ventilnadel 12 sind nicht aus weichmagnetischem Material, sondern aus einem harten Material in MIM-Technologie hergestellt. Die Ventilnadel 12 kann aber auch nach einem sog. CIM-Verfahren (Ceramic-Injection-Molding) hergestellt werden. Der Magentanker 21 ist hier nicht einstückig an die Ventilnadel 12 angeformt, sondern als separater weichmagnetischer Ring 32 durch Pressen, Schweißen oder Formschluss auf der Ventilnadel 12 befestigt. Der Ventilsitzträger 11 ist in seinem von dem Elektromagneten 13 umfassten Bereich dünnwandig ausgebildet, so dass sich infolge der Abstufung der Wanddicke eine außen am Ventilsitzträger 11 umlaufende Ringschulter 112 ergibt. Der Magnetkern 23 ist in den dünnwandigen Bereich des Ventilsitzträgers 11 eingepresst und mit diesem verschweißt. Das kunststoffumspritzte Spulenteil 27 ist auf den Magnetkern 23 und den dünnwandigen Bereich des Ventilsitzträgers 11 aufgeschoben und vorzugsweise mit beiden verklebt. Der tiefgezogene Magnettopf 24 ist mit seinem Topfboden 241 auf den Magnetkern 23 aufgesetzt und mit diesem vorzugsweise durch Schweißen verbunden. Die ringförmige Topföffnung ist von einem Ring 33 aus weichmagnetischem Material abgedeckt, der an der Ringschulter 112 des Ventilsitzträgers 11 anliegt und mit seinem Innrand mit dem Ventilsitzträger 11 und mit seinem Außenrand mit dem Topfmantel 242 des Magnettopfes 24 formschlüssig verbunden ist, z.B. durch Pressung oder Schweißung.
In einer hier nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann die Ventilnadel auch als massiver Stößel ausgeführt werden, an dessen einem Ende das vorzugsweise kugelförmige Ventilschließglied angeschweißt und an dessen anderem Ende der Magnetanker angeordnet, vorzugsweise einstückig angeformt ist, der gleichzeitig zur Axialführung der Ventilnadel im Ventilsitzträger 11 dient. Eine solche Ventilnadel ist beispielsweise aus der DE 44 15 850 A1 bekannt.

Claims

Einspritzventil, insbesondere für Kraftstoffeinspritzanlangen von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, mit einem Ventilsitzträger (11), mit einem am Ende des Ventilsitzträgers (11) sich befindlichen, eine Ventilöffnung (15) umschließenden Ventilsitz (16), mit einer im Ventilsitzträger (11) koaxial angeordneten, axial verschieblich geführten Ventilnadel (12), die an ihrem dem Ventilsitz (16) zugekehrten Nadelende eine mit dem Ventilsitz (16) zum Schließen und Freigeben der Ventilöffnung (15) zusammenwirkendes Ventilschließglied (19) trägt, mit einem Elektromagneten (13) zur Hubbetätigung der Ventilnadel (12), der einen inneren, hohlzylindrischen Magnetkern (23), einen äußeren Magnettopf (24), eine dazwischenliegende, an einem Anschlussstecker (26) angeschlossene Magnetspule (25) und einen dem Magnetkern (23) axial gegenüberliegenden Magnetanker (21) aufweist, der an dem vom Ventilschließglied (19) abgekehrten Nadelende der Ventilnadel (12) angeordnet ist, und mit einem Anschlussstutzen (14) mit Filter (31) zum Einleiten des Kraftstoffs, dadurch gekennzeichnet, dass Ventilöffnung (15) und Ventilsitz (16) am einteiligen Ventilsitzträger (11) selbst ausgebildet sind, dass die axial verschiebliche Führung der Ventilnadel (12) dem Ventilsitzträger (11) zugewiesen ist, dass Magnetspule (25) und Anschlussstecker (26) in einem kunststoffumspritzten separaten Spulenteil (27) zusammengefasst sind, das auf den Ventilsitzträger (11) aufgesetzt ist, dass der Magnettopf (24) auf das Spulenteil (27) so aufgesetzt ist, dass der Magnetkreis über Magnetkern (23), Magnettopf (24), Ventilsitzträger (11) und Magnetanker (2l) geschlossen ist, dass der Anschlussstutzen (14) als separates Kunststoffspritzteil ausgebildet ist, in dem der Filter (31) integriert ist, und dass Füge- und Dichtungsstellen zwischen Anschlussstutzen (14) einerseits und Spulenteil (27), Magnettopf (24) und/oder Ventilsitzträger (11) andererseits geklebt sind.
Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hohlzylindrische Magnetkern (23) in den Ventilsitzträger (11) eingepresst ist.
Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzträger (11) mit Ventilöffnung (15) und Ventilsitz (16) als MIM-Teil hergestellt und der Ventilsitz (16) geschliffen oder gehont ist.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 – 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (12) mit Ventilschließkopf (19) als einstückiges MIM- oder CIM-Teil hergestellt und die mit dem Ventilsitz (16) zusammenwirkende Außenkontur des Ventilschließkopfs (19) angeschliffen ist.
Einspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (12) hohlzylindrisch mit einem offenen Ende für den Kraftstoffeintritt und mit radialen Austrittslöchern (20) für den Kraftstoffaustritt ausgebildet ist.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 – 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Anschlussstutzen (14) eine der Verdrehsicherung dienende, radial abstehende Montagenase (142) zum lagerichtigen Positionieren des Einspritzventils in einer Kraftstoffsammelschiene angespritzt ist.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 – 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ventilsitzträger (11) eine die Ventilöffnung (15) stromabwärts des Kraftstoffflusses überdeckende Spritzlochscheibe (17) eingeklebt ist.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 – 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des von Magnetkern (23), Magnettopf (24), Ventilsitzträger (11) und Magnetanker (21) gebildeten Magnetkreises minimiert und der Magnetkreis vorzugsweise rechteckig ausgebildet ist.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 4 – 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzträger (11) aus weichmagnetischem Material, das hart oder im Ventilsitzbereich härtbar ist, und die Ventilnadel (12) aus weichmagnetischem, hartem oder bereichsweise härtbarem Material besteht und dass der Magnetanker (21) einstückig an die Ventilnadel (12) angeformt ist.
Einspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise tiefgezogene Magnettopf (24) mit seinem Topfboden (241) auf den Ventilsitzträger (11) aufgeschoben ist und an seiner Topföffnung mit seinem Topfmantel (242) einen Radialflansch (111) vorzugsweise spiellos übergreift, der am Ventilsitzträger (11) in Höhe des Magnetankers (21) einstückig angeformt ist.
Einspritzventil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzträger (11) auf seinem vom Ventilsitz (16) abgekehrten Endabschnitt eine Ringnut (18) aufweist, in die der Anschlussstutzen (14) mit einem Ringsteg (141) zur Herstellung einer Klipsverbindung einklipsbar ist.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 4 – 8, dadurch gekennzeichnet, dass Ventilsitzträger (11) und Ventilnadel (12) aus hartem Material bestehen und der Magnetanker (21) als Ring (32) aus weichmagnetischem Material durch Pressung, Schweißen oder Formschluss an der Ventilnadel (12) befestigt ist.
Einspritzventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise tiefgezogene Magnettopf (24) mit seinem Topfboden (241) auf den Magnetkern (23) aufgeschoben ist und dass die ringförmige Topföffnung des Magnettopfes (24) mit einem Ring (33) aus weichmagnetischem Material überdeckt ist, der außen mit dem Topfmantel (242) des Magnettopfes (24) und innen mit dem Ventilsitzträger (11) in Höhe des Magnetankers (21) formschlüssig verbunden ist.
Einspritzventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzträger (11) in seinem vom Elektromagneten (13) umfassten Bereich dünnwandig ausgebildet ist, dass der weichmagnetische Ring (32) an einer durch die Abstufung der Wanddicke des Ventilsitzträgers (11) sich ergebenden Ringschulter (112) axial anliegt und dass der in den dünnwandigen Bereich des Ventilsitzträgers (11) eingepresste Magnetkern (23) am Ventilsitzträger (11) angeschweißt ist.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 12 – 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstutzen (14) auf den Magnetkern (23), diesen randseitig übergreifend aufgesetzt und mit dem Magnetkern (23) und/oder mit dem Magnettopf (24) verklebt ist.