Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung, des Hauptanspruchs.The invention relates to a fuel injection valve according to the preamble, the main claim.
Aus der DE 38 25 134 A1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil. bekannt, das ein elektromagnetisches Betätigungselement mit einer Magnetspule, mit einem Innenpol und mit einem äußeren Magnetkreisbauteil und einen bewegbaren Ventilschließkörper, der mit einem einem Ventilsitzkörper zugeordneten Ventilsitz zusammmenwirkt, umfasst. Das Einspritzventil ist von einer Kunststoffumspritzung umgeben, wobei sich die Kunststoffumspritzung vor allen Dingen in axialer Richtung den als Innenpol dienenden Anschlussstutzen und die Magnetspule umgebend erstreckt. Mindestens in dem die Magnetspule umgebenden Bereich sind in der Kunststoffummantelung Magnetfeldlinien leitende ferromagnetische Füllstoffe eingebracht. Die Füllstoffe umgeben insofern die Magnetspule in Umfangsrichtung. Bei den Füllstoffen handelt es sich um feinkörnig zerkleinerte Teile von Metallen mit weichmagnetischen Eigenschaften. Die magnetisch im Kunststoff eingebetteten kleinen Metallpartikel haben eine mehr oder weniger globulare Form und sind für sich magnetisch isoliert und haben somit keinen metallischen Kontakt untereinander, so dass es zu keiner wirksamen Magnetfeldausbildung kommt. Dem positiven Aspekt eines dabei entstehenden sehr hohen elektrischen Widerstands steht dabei aber auch ein extrem, hoher magnetischer Widerstand entgegen, der sich in einem deutlichen Kraftverlust niederschlägt und somit die in der Gesamtbilanz negativen Funktionseigenschaften bestimmt.From the DE 38 25 134 A1 is already a fuel injector. known, comprising an electromagnetic actuator with a magnetic coil, with an inner pole and with an outer magnetic circuit component and a movable valve closing body which cooperates with a valve seat body associated valve seat comprises. The injection valve is surrounded by a plastic encapsulation, wherein the plastic encapsulation extends above all in the axial direction serving as the inner pole connecting piece and the magnetic coil surrounding. At least in the area surrounding the magnetic coil magnetic field lines conductive ferromagnetic fillers are introduced in the plastic sheathing. The fillers surround the solenoid coil in the circumferential direction. The fillers are fine-grained parts of metals with soft magnetic properties. The magnetically embedded in the plastic small metal particles have a more or less globular shape and are magnetically isolated by itself and thus have no metallic contact with each other, so that there is no effective magnetic field education. However, the positive aspect of a very high electrical resistance which arises in this case is counteracted by an extremely high magnetic resistance, which is reflected in a significant loss of power and thus determines the negative functional properties in the overall balance.
Bekannt ist des weiteren aus der DE 103 32 348 A1 ein Brennstoffeinspritzventil, das sich durch einen relativ kompakten Aufbau auszeichnet. Der Magnetkreis wird bei diesem Ventil durch eine Magnetspule, einen festen Innenpol, einen bewegbaren Magnetanker sowie ein äußeres Magnetkreisbauteil in Form eines Magnettopfes gebildet. Für einen schlanken und kompakten Aufbau des Ventils sind mehrere dünnwandige Ventilhülsen verwendet, die sowohl als Anschlussstutzen als auch als Ventilsitzträger und Führungsabschnitt für den Magnetanker dienen. Die innerhalb des Magnetkreises verlaufende dünnwandige nichtmagnetische Hülse bildet einen Luftspalt, über den die Magnetfeldlinien vom äußeren Magnetkreisbauteil zum Magnetanker und Innenpol übergehen. Ein Brennstoffeinspritzventil vergleichbarer Bauart ist in der 1 nochmals dargestellt und nachfolgend zum besseren Verständnis der Erfindung näher erläutert.Is known further from the DE 103 32 348 A1 a fuel injection valve, which is characterized by a relatively compact design. The magnetic circuit is formed in this valve by a magnetic coil, a fixed inner pole, a movable armature and an outer magnetic circuit component in the form of a magnet pot. For a slim and compact design of the valve several thin-walled valve sleeves are used, which serve both as a connecting piece and as a valve seat carrier and guide portion for the armature. The running within the magnetic circuit thin-walled non-magnetic sleeve forms an air gap over which the magnetic field lines from the outer magnetic circuit component to the armature and inner pole pass. A fuel injection valve of comparable type is in the 1 shown again and explained in more detail below for a better understanding of the invention.
Außerdem ist aus der JP 2002-48031 A bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das sich ebenfalls durch eine dünnwandige Hülsenlösung auszeichnet, wobei sich die tiefgezogene Ventilhülse über die gesamte Länge des Ventils erstreckt und im Magnetkreisbereich eine magnetische Trennstelle aufweist, in der das ansonsten martensitische Gefüge unterbrochen ist. Dieser nichtmagnetische Zwischenabschnitt ist dermaßen auf Höhe des Bereichs des Arbeitsluftspalts zwischen Magnetanker und Innenpol und in Bezug zur Magnetspule angeordnet, dass ein möglichst effektiver Magnetkreis geschaffen ist. Eine solche magnetische Trennung wird auch dazu verwendet, um den DFR (dynamic flow range) gegenüber den bekannten Ventilen mit herkömmlichen Elektromagnetkreisen zu erhöhen. Solche Konstruktionen sind dann aber wiederum mit erheblichen Mehrkosten in der Herstellung verbunden. Zudem führt das Einbringen einer solchen magnetischen Trennung mit einem nichtmagnetischen Hülsenabschnitt zu einer anderen geometrischen Auslegung gegenüber Ventilen ohne magnetische Trennung.Moreover, from the JP 2002-48031 A already known a fuel injection valve, which is also characterized by a thin-walled sleeve solution, wherein the deep-drawn valve sleeve extends over the entire length of the valve and in the magnetic circuit region has a magnetic separation point in which the otherwise martensitic structure is interrupted. This non-magnetic intermediate portion is so arranged at the level of the working air gap between the armature and the inner pole and in relation to the magnetic coil that the most effective magnetic circuit is created. Such magnetic separation is also used to increase the DFR (dynamic flow range) over conventional valves with conventional solenoid circuits. However, such constructions are in turn associated with considerable additional costs in the production. In addition, the introduction of such a magnetic separation with a non-magnetic sleeve portion leads to a different geometric design with respect to valves without magnetic separation.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil einer besonders kompakten Bauweise. Das Ventil besitzt einen extrem kleinen Außendurchmesser und sehr geringe Abmessungen bezüglich seiner Länge. Aufgrund dieser sehr kleinen Dimensionierung ist es möglich, den Einbau des Brennstoffeinspritzventils viel flexibler als bisher denkbar zu gestalten. In vorteilhafter Weise wurde die neue Geometrie des Brennstoffeinspritzventils vor allen Dingen unter den Randbedingungen bezüglich der Größen qmin, FF und Fmax festgelegt. Um die äußerst geringen Außenabmessungen des Magnetkreises bei voller Funktionalität realisieren zu können, wurde erfindungsgemäß der Außendurchmesser DA des Ankers auf 4,0 mm < DA < 5,0 mm festgelegt. Aus der Neudimensionierung des Magnetkreises mit sehr geringen Innendurchmessern von Kern und Anker resultiert erfindungsgemäß eine Anordnung, bei der die Rückstellfeder aus dem Inneren von Kern und Anker entnommen und in die Nähe des Ventilsitzes gebracht wurde, wobei die als Druckfeder ausgelegte Rückstellfeder einen Außenumfang der Ventilnadel. zumindest teilweise radial umgibt und sich dabei einerseits an einem gehäusefesten Ventilbauteil und andererseits an der Ventilnadel selbst abstützt.The fuel injection valve according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage of a particularly compact design. The valve has an extremely small outer diameter and very small dimensions in terms of its length. Because of this very small dimensioning, it is possible to make the installation of the fuel injection valve much more flexible than previously conceivable. Advantageously, the new geometry of the fuel injection valve has above all been set under the boundary conditions with respect to the quantities q min, F F and F max . In order to realize the extremely small outer dimensions of the magnetic circuit with full functionality, according to the invention, the outer diameter D A of the armature was set to 4.0 mm <D A <5.0 mm. From the resizing of the magnetic circuit with very small inner diameters of the core and armature results according to the invention an arrangement in which the return spring was taken from the core core and anchor and brought into the vicinity of the valve seat, wherein designed as a compression spring return spring an outer circumference of the valve needle. at least partially surrounds radially and is supported on the one hand on a housing-fixed valve member and on the other hand on the valve needle itself.
In vorteilhafter Weise ist es durch die Optimierung des Magnetkreises nun möglich, dass auf eine Einstellbarkeit der Durchflusstoleranzen verzichtet werden und insofern das bisher übliche Einstellelement, das bekanntermaßen auf die Rückstellfeder wirkend der Einstellung der Abspritzmenge sowie dem Abgleich der Einspritzmengentoleranz dient, entfallen kann. Außerdem ist es von Vorteil, dass die verlagerte Rückstellfeder bei der erfindungsgemäßen Anordnung nicht mehr zu einer hydraulischen Drosselung des Brennstoffeinspritzventils führen kann.Advantageously, by optimizing the magnetic circuit, it is now possible to dispense with an adjustability of the flow tolerances and to that extent the hitherto customary adjusting element, which, as is known, acts on the return spring to adjust the spray quantity and to balance the injection quantity tolerance, can be omitted. Moreover, it is advantageous that the displaced return spring in the arrangement according to the invention can no longer lead to a hydraulic throttling of the fuel injection valve.
Besonders vorteilhaft ist es, dass mit der erfindungsgemäßen Dimensionierung des Brennstoffeinspritzventils einhergehend auch der DFR (dynamic flow range) gegenüber den bei bekannten Einspritzventilen üblichen DFR auf > 17 und damit deutlich erhöht werden kann.It is particularly advantageous that with the dimensioning of the fuel injection valve according to the invention, the DFR (dynamic flow range) can also be increased to> 17 and thus significantly compared with the conventional DFR in known injection valves.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the claim 1 fuel injector are possible.
Besonders vorteilhaft ist es, die z. B. als Schrauben- oder Tellerfeder ausgeführte Rückstellfeder zwischen einem gehäusefesten Endabschnitt des Kerns und einer Anlagefläche der Ventilnadel, die am Ventilschließkörper und/oder am schaftartigen Nadelabschnitt der Ventilnadel vorgesehen sein kann, einzuspannen.It is particularly advantageous, the z. B. designed as a screw or plate spring return spring between a fixed housing end portion of the core and a contact surface of the valve needle, which may be provided on the valve closing body and / or on the shaft-like needle portion of the valve needle to clamp.
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenEmbodiments of the invention are shown in simplified form in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it
1 ein elektromagnetisch betätigbares Ventil in Form eines Brennstoffeinspritzventils nach dem Stand der Technik, 1 an electromagnetically operable valve in the form of a fuel injection valve according to the prior art,
2 eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Ventils, 2 a first embodiment of a valve according to the invention,
3 eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen Ventils und 3 a second embodiment of a valve according to the invention and
4 eine dritte Ausführung eines erfindungsgemäßen Ventils. 4 a third embodiment of a valve according to the invention.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In der 1 ist beispielhaft ein elektromagnetisch betätigbares Ventil in der Form eines Brennstoffeinspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen gemäß dem Stand der Technik zum besseren Verständnis der Erfindung dargestellt.In the 1 For example, an electromagnetically operable valve in the form of a fuel injector for fuel injection systems of prior art mixture-compression spark ignited internal combustion engines for better understanding of the invention is shown.
Das Ventil besitzt einen von einer Magnetspule 1 umgebenen, als Innenpol und teilweise als Brennstoffdurchfluss dienenden weitgehend rohrförmigen Kern 2.The valve has one of a solenoid 1 surrounded, serving as Innenpol and partly as a fuel flow largely tubular core 2 ,
Die Magnetspule 1 ist von einem äußeren, hülsenförmigen und gestuft ausgeführten, z. B. ferromagnetischen Ventilmantel 5, der ein als Außenpol dienendes äußeres Magnetkreisbauteil darstellt, in Umfangsrichtung vollständig umgeben. Die Magnetspule 1, der Kern 2 und der Ventilmantel 5 bilden zusammen ein elektrisch erregbares Betätigungselement.The magnetic coil 1 is of an outer, sleeve-shaped and stepped running, z. B. ferromagnetic valve jacket 5 , which is an external magnetic circuit component serving as an outer pole, completely surrounded in the circumferential direction. The magnetic coil 1 , the core 2 and the valve jacket 5 together form an electrically excitable actuator.
Während die in einem Spulenkörper 3 eingebettete Magnetspule 1 mit einer Wicklung 4 eine Ventilhülse 6 von außen umgibt, ist der Kern 2 in einer inneren, konzentrisch zu einer Ventillängsachse 10 verlaufenden Öffnung 11 der Ventilhülse 6 eingebracht. Die Ventilhülse 6 ist langgestreckt und dünnwandig ausgeführt. Die Öffnung 11 dient u. a. als Führungsöffnung für eine entlang der Ventillängsachse 10 axial bewegliche Ventilnadel 14. Die Ventilhülse 6 erstreckt sich in axialer Richtung z. B. über ca. die Hälfte der axialen Gesamterstreckung. des Brennstoffeinspritzventils.While in a bobbin 3 embedded magnetic coil 1 with a winding 4 a valve sleeve 6 from the outside surrounds, is the core 2 in an inner, concentric to a valve longitudinal axis 10 extending opening 11 the valve sleeve 6 brought in. The valve sleeve 6 is elongated and thin-walled. The opening 11 serves, inter alia, as a guide opening for one along the valve longitudinal axis 10 axially movable valve needle 14 , The valve sleeve 6 extends in the axial direction z. B. over about half of the axial total extension. of the fuel injection valve.
Neben dem Kern 2 und der Ventilnadel 14 ist in der Öffnung 11 des weiteren ein Ventilsitzkörper 15 angeordnet, der an der Ventilhülse 6 z. B. mittels einer Schweißnaht 8 befestigt ist. Der Ventilsitzkörper 15 weist eine feste Ventilsitzfläche 16 als Ventilsitz auf. Die Ventilnadel 14 wird beispielsweise von einem rohrförmigen Anker 17, einem schaftartigen und dabei z. B. ebenfalls rohrförmigen Nadelabschnitt 18 und einem kugelförmigen Ventilschließkörper 19 gebildet, wobei der Ventilschließkörper 19 z. B. mittels einer Schweißnaht fest mit dem Nadelabschnitt 18 verbunden ist. An der stromabwärtigen Stirnseite des Ventilsitzkörpers 15 ist eine z. B. topfförmige Spritzlochscheibe 21 angeordnet, deren umgebogener und umfangsmäßig umlaufender Halterand 20 entgegen der Strömungsrichtung nach oben gerichtet ist. Die feste Verbindung von Ventilsitzkörper 15 und Spritzlochscheibe 21 ist z. B. durch eine umlaufende dichte Schweißnaht realisiert. Im Nadelabschnitt 18 der Ventilnadel 14 sind eine oder mehrere Queröffnungen 22 vorgesehen, so dass den Anker 17 in einer inneren Längsbohrung 23 durchströmender Brennstoff nach außen treten und am Ventilschließkörper 19 z. B. an Abflachungen 24 entlang bis zur Ventilsitzfläche 16 strömen kann.Next to the core 2 and the valve needle 14 is in the opening 11 further a valve seat body 15 arranged on the valve sleeve 6 z. B. by means of a weld 8th is attached. The valve seat body 15 has a fixed valve seat surface 16 as a valve seat on. The valve needle 14 is for example a tubular anchor 17 , a shaft-like while z. B. also tubular needle section 18 and a spherical valve closing body 19 formed, wherein the valve closing body 19 z. B. by means of a weld fixed to the needle section 18 connected is. At the downstream end side of the valve seat body 15 is a z. B. cup-shaped spray perforated disc 21 arranged, whose bent and circumferentially encircling retaining edge 20 directed upward against the flow direction. The solid connection of valve seat body 15 and spray disk 21 is z. B. realized by a circumferential tight weld. In the needle section 18 the valve needle 14 are one or more transverse openings 22 provided so that the anchor 17 in an inner longitudinal bore 23 passing fuel through the outside and on the valve closing body 19 z. B. on flats 24 along the valve seat surface 16 can flow.
Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 14 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer an der Ventilnadel 14 angreifenden Rückstellfeder 25 bzw. Schließen des Einspritzventils dient der elektromagnetische Kreis mit der Magnetspule 1, dem inneren Kern 2, dem äußeren Ventilmantel 5 und dem Anker 17. Der Anker 17 ist mit dem dem Ventilschließkörper 19 abgewandten Ende auf den Kern 2 ausgerichtet. Anstelle des Kerns 2 kann z. B. auch ein als Innenpol dienendes Deckelteil, das den Magnetkreis schließt, vorgesehen sein.The actuation of the injection valve takes place in a known manner electromagnetically. For the axial movement of the valve needle 14 and thus to open against the spring force on the valve needle 14 attacking return spring 25 or closing of the injector serves the electromagnetic circuit with the solenoid 1 , the inner core 2 , the outer valve jacket 5 and the anchor 17 , The anchor 17 is with the valve closing body 19 opposite end to the core 2 aligned. Instead of the core 2 can z. B. also as a pole serving lid part, which closes the magnetic circuit may be provided.
Der kugelförmige Ventilschließkörper 19 wirkt mit der sich in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig verjüngenden Ventilsitzfläche 16 des Ventilsitzkörpers 15 zusammen, die in axialer Richtung stromabwärts einer Führungsöffnung im Ventilsitzkörper 15 ausgebildet ist. Die Spritzlochscheibe 21 besitzt wenigstens eine, beispielsweise vier durch Erodieren, Laserbohren oder Stanzen ausgeformte Abspritzöffnungen 27.The spherical valve closing body 19 acts with the tapered in the flow direction valve seat surface 16 of the valve seat body 15 together, in the axial direction downstream of a guide opening in the valve seat body 15 is trained. The spray perforated disk 21 has at least one, for example, four ejection openings formed by erosion, laser drilling or punching 27 ,
Die Einschubtiefe des Kerns 2 im Einspritzventil ist unter anderem entscheidend für den Hub der Ventilnadel 14. Dabei ist die eine Endstellung der Ventilnadel 14 bei nicht erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ventilschließkörpers 19 an der Ventilsitzfläche 16 des Ventilsitzkörpers 15 festgelegt, während sich die andere Endstellung der Ventilnadel 14 bei erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankers 17 am stromabwärtigen Kernende ergibt. Die Hubeinstellung erfolgt durch ein axiales Verschieben des Kerns 2, der entsprechend der gewünschten Position nachfolgend fest mit der Ventilhülse 6 verbunden wird.The insertion depth of the core 2 In the injection valve, among other things, it is crucial for the stroke of the valve needle 14 , Here is the one end position of the valve needle 14 with non-energized magnetic coil 1 through the installation of the valve closing body 19 on the valve seat surface 16 of the valve seat body 15 set while the other end position of the valve needle 14 with energized solenoid 1 through the attachment of the anchor 17 at the downstream core end. The stroke adjustment is done by an axial displacement of the core 2 , which according to the desired position subsequently fixed to the valve sleeve 6 is connected.
In eine konzentrisch zu der Ventillängsachse 10 verlaufende Strömungsbohrung 28 des Kerns 2, die der Zufuhr des Brennstoffs in Richtung der Ventilsitzfläche 16 dient, ist außer der Rückstellfeder 25 ein Einstellelement in der Form einer Einstellhülse 29 eingeschoben. Die Einstellhülse 29 dient zur Einstellung der Federvorspannung der an der Einstellhülse 29 anliegenden Rückstellfeder 25, die sich wiederum mit ihrer gegenüberliegenden Seite an der Ventilnadel 14 im Bereich des Ankers 17 abstützt, wobei auch eine Einstellung der dynamischen Abspritzmenge mit der Einstellhülse 29 erfolgt. Ein Brennstofffilter 32 ist oberhalb der Einstellhülse 29 in der Ventilhülse 6 angeordnet.In a concentric with the valve longitudinal axis 10 running flow bore 28 of the core 2 , the supply of fuel in the direction of the valve seat surface 16 is, is except the return spring 25 an adjusting element in the form of an adjusting sleeve 29 inserted. The adjusting sleeve 29 Used to adjust the spring preload on the adjusting sleeve 29 adjacent return spring 25 , in turn, with its opposite side on the valve needle 14 in the area of the anchor 17 supported, with an adjustment of the dynamic spray quantity with the adjusting sleeve 29 he follows. A fuel filter 32 is above the adjustment sleeve 29 in the valve sleeve 6 arranged.
Das zulaufseitige Ende des Ventils wird von einem metallenen Brennstoffeinlassstutzen 41 gebildet, der von einer diesen stabilisierenden, schützenden und umgebenden Kunststoffumspritzung 42 umgeben ist. Eine konzentrisch zur Ventillängsachse 10 verlaufende Strömungsbohrung 43 eines Rohres 44 des Brennstoffeinlassstutzens 41 dient als Brennstoffeinlass. Die Kunststoffumspritzung 42 wird z. B. in der Weise aufgespritzt, dass der Kunststoff unmittelbar Teile der Ventilhülse 6 sowie des Ventilmantels 5 umgibt. Eine sichere Abdichtung wird dabei beispielsweise über eine Labyrinthdichtung 46 am Umfang des Ventilmantels 5 erzielt. Zur Kunststoffumspritzung 42 gehört auch ein mitangespritzter elektrischer Anschlussstecker 56.The inlet end of the valve is made of a metal fuel inlet 41 formed by a this stabilizing, protective and surrounding plastic extrusion 42 is surrounded. One concentric to the valve longitudinal axis 10 running flow bore 43 a pipe 44 of the fuel inlet nozzle 41 serves as a fuel inlet. The plastic extrusion 42 is z. B. sprayed in such a way that the plastic immediately parts of the valve sleeve 6 as well as the valve jacket 5 surrounds. A secure seal is, for example, a labyrinth seal 46 on the circumference of the valve jacket 5 achieved. For plastic extrusion 42 also includes a mitangespritzter electrical connector 56 ,
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils. Aus den 2 bis 4 nicht unmittelbar ersichtlich aufgrund nicht gleichen Maßstabs zeichnen sich die erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventile durch einen sehr schlanken Aufbau und eine insbesondere kleine Länge aus. 2 shows a first embodiment of a fuel injection valve according to the invention. From the 2 to 4 not immediately apparent due to not the same scale, the fuel injection valves according to the invention are characterized by a very slim design and a particular small length.
Das Brennstoffeinspritzventil gemäß 2 unterscheidet sich z. B. im Bereich der Ventilhülse 6, des Kerns 2 und des äußeren Magnetkreisbauteils 5 von dem in der 1 gezeigten bekannten Ventil. Die Ventilhülse 6 ist deutlich kürzer als sogenannte Multifunktionshülse ausgebildet und reicht vom abspritzseitigen Ende des Ventils nur bis in den Bereich des Ankers 17. Die als Multifunktionshülse ausgebildete Ventilhülse 6 weist sowohl die Ventilsitzfläche 16, die über eine oder mehrere wulstartig nach innen ausgeformte Erhebungen definiert ist, als auch die Funktionalität der Spritzlochscheibe 21 auf, da in ihrem Bodenbereich wenigstens eine Abspritzöffnung 27 eingeformt ist. Die Ventilhülse 6 ist im Bereich eines unterhalb der Magnetspule 1 angeordneten Stützrings 64 fest mit dem als Innenpol dienenden Kern 2 verbunden. Der Kern 2 weist im Gegensatz zur in 1 gezeigten bekannten Lösung mehrere Abschnitte auf. in einem oberen Abschnitt 70 weist der Kern 2 eine innere Strömungsbohrung auf. Zudem stützt sich der Brennstofffilter 32 an einem oberen Absatz an dem oberen Abschnitt 70 des Kerns 2 ab. Im Erstreckungsbereich der Magnetspule 1 geht der als Innenpol dienende obere Abschnitt 70 des Kerns 2 in einen zweiten dünnwandigen Abschnitt 71 über, der als magnetische Drosselstelle dient, um die Magnetfeldlinien effektiv über den Anker 17 leiten zu können. An diesen mittleren Abschnitt 71 des Kerns 2 schließt sich ein unterer Abschnitt 72 des Kerns 2 an, der einerseits einen radial nach außen gerichteten flanschartigen Überstand 73 zur Aufnahme der Magnetspule 1 bzw. zum Schließen des magnetischen Kreises zum äußeren Magnetkreisbauteil 5 hin sowie andererseits einen dünnwandigen Endabschnitt 74 besitzt, der in die Ventilhülse 6 innen hineinragt.The fuel injection valve according to 2 differs z. B. in the valve sleeve 6 , the core 2 and the outer magnetic circuit component 5 from that in the 1 shown known valve. The valve sleeve 6 is significantly shorter than so-called multi-functional sleeve formed and extends from the discharge end of the valve only up to the area of the anchor 17 , The trained as a multi-functional sleeve valve sleeve 6 has both the valve seat surface 16 , which is defined by one or more bead-like inwardly formed elevations, as well as the functionality of the spray perforated disk 21 on, since in their bottom area at least one spray opening 27 is formed. The valve sleeve 6 is in the range of one below the magnetic coil 1 arranged support ring 64 firmly with the inner pole serving as the core 2 connected. The core 2 contrary to in 1 shown known solution on several sections. in an upper section 70 indicates the core 2 an internal flow bore. In addition, the fuel filter is supported 32 at an upper shoulder at the upper portion 70 of the core 2 from. In the extension of the magnetic coil 1 goes the serving as inner pole upper section 70 of the core 2 in a second thin-walled section 71 which serves as a magnetic choke point to effectively apply the magnetic field lines across the armature 17 to be able to lead. At this middle section 71 of the core 2 closes a lower section 72 of the core 2 on the one hand, a radially outwardly directed flange-like projection 73 for receiving the magnetic coil 1 or for closing the magnetic circuit to the outer magnetic circuit component 5 on the other hand, a thin-walled end portion 74 which is in the valve sleeve 6 protrudes inside.
Bei dieser Ausführung liegt insofern keine über die gesamte Ventillänge durchgehende dünnwandige Ventilhülse 6 vor. Insofern ist nun im Bereich des Arbeitsluftspalts der Kern 2 in seinem Abschnitt 71 durch seine Dünnwandigkeit als magnetische Drossel oder durch geänderte Magneteigenschaften (z. B. durch Aufkohlen oder Nitrieren unter Wärmeeinfluss) mit einer Zone mit einer magnetischen Flussdichte von B < 0,01 T als magnetische Trennung ausgestattet. Bei der Ausgestaltung des äußeren Magnetkreisbauteils 5 wurde auf einen Bodenabschnitt verzichtet, so dass das Bauteil 5 eine Rohrform besitzt. Dies ist möglich, da der Kern 2 den radial nach außen stehenden flanschartigen Überstand 73 besitzt, an dessen Außenumfang das Magnetkreisbauteil 5 anliegt und an ihm z. B. mittels einer umlaufenden Schweißnaht befestigt ist. Der Stützring 64 ist als flacher scheibenförmiger Flansch ausgeführt. Mit dem Stützring 64 wird das untere Ende einer Ringnut 65 definiert, in die ein Dichtring 66 eingelegt ist. Das obere Ende der Ringnut 65 wird durch eine Unterkante der Kunststoffumspritzung 42 festgelegt. Durch eine geeignete Dimensionierung des Magnetkreises beträgt der Außendurchmesser DM des äußeren Magnetkreisbauteils 5 im Umfangsbereich der Magnetspule 1 nur 10,5 < DM < 13,5 mm. Auf dem Außenumfang des äußeren Magnetkreisbauteils 5 ist unmittelbar der Dichtring 66 aufgebracht, so dass das Brennstoffeinspritzventil sogar mit seinem radial außen auf dem Magnetkreis aufgeschobenen Dichtring 66 noch in Aufnahmebohrungen am Saugrohr mit einem Innendurchmesser von 14 mm einbringbar ist. Der Dichtring 66 kann im Umfangsbereich des äußeren Magnetkreisbauteils 5 an dessen größtem Außendurchmesser vorgesehen sein.In this embodiment, so far no over the entire valve length continuous thin-walled valve sleeve 6 in front. In this respect, the core is now in the area of the working air gap 2 in his section 71 characterized by its thin-walledness as a magnetic choke or by altered magnetic properties (eg by carburizing or nitriding under the influence of heat) with a zone with a magnetic flux density of B <0.01 T as magnetic separation. In the embodiment of the outer magnetic circuit component 5 was omitted on a bottom section, so that the component 5 has a tubular shape. This is possible because the core 2 the radially outward flange-like projection 73 has, on the outer circumference of the magnetic circuit component 5 is present and to him z. B. is attached by means of a circumferential weld. The support ring 64 is as a flat disk-shaped flange executed. With the support ring 64 becomes the lower end of an annular groove 65 Defined in which a sealing ring 66 is inserted. The upper end of the ring groove 65 is through a lower edge of the plastic extrusion 42 established. By suitable dimensioning of the magnetic circuit, the outer diameter D M of the outer magnetic circuit component 5 in the peripheral region of the magnetic coil 1 only 10.5 <D M <13.5 mm. On the outer circumference of the outer magnetic circuit component 5 is directly the sealing ring 66 applied, so that the fuel injection valve even with its radially outwardly pushed on the magnetic circuit sealing ring 66 still in receiving holes on the suction tube with an inner diameter of 14 mm can be introduced. The sealing ring 66 can in the peripheral region of the outer magnetic circuit component 5 be provided at the largest outer diameter.
Um einen möglichst kleinen Außendurchmesser des Magnetkreises realisieren zu können, müssen entsprechend vor allen Dingen auch die innen liegenden Komponenten, wie der als Innenpol dienende Kern 2 und der Anker 17, sehr klein dimensioniert werden. Bei der Neudimensionierung des Magnetkreises wurde daher als minimal notwendige Größe für die Innendurchmesser von Kern 2 und Anker 17 von 2 mm festgelegt. Die Innendurchmesser der beiden Bauteile Kern 2 und Anker 17 legen den inneren Durchströmquerschnitt fest. Bei der Auslegung des Magnetkreises spielen verschiedene Größen und Parameter eine wesentliche Rolle. So ist es optimal, die minimale Abspritzmenge qmin möglichst immer weiter zu verkleinern. Dabei ist aber wiederum zu beachten, dass die Federkraft FF > 3 N zu halten ist, um die heute übliche und auch zukünftig geforderte Dichtheit von < 1,0 mm3/min zu garantieren. Eine Federkraft von FF > 3 N entspricht in der vorliegenden Auslegung bei einem Dichtdurchmesser von d = 2,8 mm der statischen magnetischen Kraft bei einer Spannung Umin von Fsm > 5,5 N.To be able to realize the smallest possible outside diameter of the magnetic circuit, the internal components, such as the core serving as the inner pole, must be correspondingly above all else 2 and the anchor 17 , very small dimensions. When re-sizing the magnetic circuit was therefore as a minimum necessary size for the inner diameter of the core 2 and anchor 17 set by 2 mm. The inner diameter of the two components core 2 and anchor 17 define the internal flow area. In the design of the magnetic circuit different sizes and parameters play an essential role. So it is optimal to minimize the minimum discharge q min as possible. However, it should be noted again that the spring force F F > 3 N must be maintained in order to guarantee the current and future required tightness of <1.0 mm 3 / min. A spring force of F F > 3 N corresponds in the present design with a sealing diameter of d = 2.8 mm of the static magnetic force at a voltage U min of F sm > 5.5 N.
Die maximale magnetische Kraft Fmax ist für die Auslegung eines Brennstoffeinspritzventils mit Elektromagnetantrieb ebenfalls eine wesentliche Größe. Ist Fmax zu klein, also z. B. < 10 N, kann dies einen so genannten „closed stuck” verursachen. Dies bedeutet, dass die maximale magnetische Kraft Fmax zu klein ist, um die hydraulische Klebekraft zwischen dem Ventilschließkörper 19 und der Ventilsitzfläche 16 zu überwinden. In diesem Falle würde das Brennstoffeinspritzventil trotz Bestromung nicht öffnen können.The maximum magnetic force F max is also an essential quantity for the design of a fuel injection valve with electromagnetic drive. Is F max too small, so z. B. <10 N, this can cause a so-called "closed stuck". This means that the maximum magnetic force Fmax is too small for the hydraulic adhesive force between the valve closing body 19 and the valve seat surface 16 to overcome. In this case, the fuel injection valve would not open despite energization.
Die neue Geometrie des Brennstoffeinspritzventils wurde deshalb vor allen Dingen unter den Randbedingungen bezüglich der Größen qmin, FF und Fmax festgelegt. Erfindungsgemäß wurde bei der Optimierung der Geometrie des Magnetkreises herausgefunden, dass der Außendurchmesser DA des Ankers 17 eine wesentliche Größe darstellt. Der optimale Außendurchmesser des Ankers 17 beträgt dabei 4,0 mm < DA < 5,9 mm. Daraus lässt sich die Dimensionierung des äußeren Magnetkreisbauteils 5 herleiten, wobei, ein Außendurchmesser DM des Magnetkreisbauteils 5 von 10,5 bis 13,5 mm die volle Funktionalität des Magnetkreises sogar bei gegenüber bekannten Einspritzventilen deutlich erhöhter DFR (dynamic flow range) garantiert. Durch die aufgrund der besonderen Dimensionierung des Magnetkreises ermöglichte weitere Reduzierung von qmin ist es in besonders vorteilhafter Weise gelungen, einen DFR zu erzielen, der größer 17 beträgt. Der DFR berechnet sich dabei als Quotient von qmax/qmin.The new geometry of the fuel injector has therefore above all been determined under the boundary conditions with respect to the quantities q min, F F and F max . According to the invention, it has been found in the optimization of the geometry of the magnetic circuit that the outer diameter D A of the armature 17 represents a significant size. The optimal outer diameter of the anchor 17 is 4.0 mm <DA <5.9 mm. This allows the dimensioning of the outer magnetic circuit component 5 derive, wherein, an outer diameter DM of the magnetic circuit component 5 from 10.5 to 13.5 mm, the full functionality of the magnetic circuit is guaranteed even with DFR (dynamic flow range) significantly higher than that of known injectors. Due to the further reduction of q min made possible by the special dimensioning of the magnetic circuit, it has been possible in a particularly advantageous manner to achieve a DFR which is greater than 17. The DFR is calculated as the quotient of q max / q min .
Nach Festlegung des optimalen Außendurchmessers DA des Ankers 17 wurde erfindungsgemäß der Bereich der Ventilnadel 14 mit dem Anker 17 unter Beibehaltung der vollen Funktionalität des Magnetkreises modifiziert. Insbesondere wurde für eine Verkürzung des Brennstoffeinspritzventils auf eine Einstellhülse 29 verzichtet, mit der üblicherweise die Federvorspannung der die Ventilnadel 14 nach dem Öffnungsvorgang des Ventils rücksetzenden Rückstellfeder 25 eingestellt wird Durch die Optimierung des Magnetkreises ist es möglich, dass auf eine Einstellbarkeit der Durchflusstoleranzen verzichtet werden und insofern das Einstellelement entfallen kann. Da auch die Rückstellfeder 25 aus den inneren Strömungsbohrungen des Kerns 2 und des Ankers 17 herausgenommen wurde, konnte die bereits zuvor ausgeführte Neudimensionierung des Magnetkreises vorgenommen werden, so dass reduzierte Geometrien bezüglich Innen- und Außendurchmesser von Kern 2 und Anker 17 realisierbar wurden.After determining the optimal outer diameter DA of the anchor 17 was inventively the range of the valve needle 14 with the anchor 17 modified while retaining the full functionality of the magnetic circuit. In particular, for a shortening of the fuel injection valve to an adjustment 29 omitted, with the usual spring preload of the valve needle 14 after the opening process of the valve resetting return spring 25 By optimizing the magnetic circuit, it is possible to dispense with an adjustability of the flow tolerances and thus the setting element can be dispensed with. Since also the return spring 25 from the inner flow holes of the core 2 and the anchor 17 was removed, the previously executed redesigning of the magnetic circuit can be made so that reduced geometries with respect to inner and outer diameter of core 2 and anchor 17 were realized.
Die als Druckfeder ausgebildete Rückstellfeder 25 ist nun erfindungsgemäß auf dem Außenumfang des rohrförmigen Nadelabschnitts 18 der Ventilnadel 14 angeordnet. Mit anderen Worten ausgedrückt umgibt die Rückstellfeder 25 den Außenumfang der Ventilnadel 14 zumindest teilweise radial, hier im Bereich des Nadelabschnitts 18. Dabei stützt sich die Rückstellfeder 25 einerseits an dem gehäusefesten Kern 2 an dessen dünnwandigem Endabschnitt 74 und andererseits an der Ventilnadel 14 selbst. Die Rückstellfeder 25 kann sich auch alternativ an einem mit dem Kern 2 in Verbindung stehenden Bauteil abstützen.The formed as a compression spring return spring 25 is now according to the invention on the outer circumference of the tubular needle portion 18 the valve needle 14 arranged. In other words, the return spring surrounds 25 the outer circumference of the valve needle 14 at least partially radially, here in the region of the needle section 18 , In this case, the return spring is supported 25 on the one hand to the housing-fixed core 2 at the thin-walled end portion 74 and on the other hand to the valve needle 14 itself. The return spring 25 can also be alternative to one with the core 2 support the related component.
Die bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 als Schraubenfeder ausgebildete Rückstellfeder 25 weist z. B. einen erst konstanten und dann einen sich in Richtung zum Ventilschließkörper 19 hin verjüngenden Durchmesser auf. Entweder liegt die Rückstellfeder 25 unmittelbar am kugelförmigen Ventilschließkörper 19 oder an einem Auflagekragen 77, der am Nadelabschnitt 18 der Ventilnadel 14 vorgesehen ist, an.The in the embodiment according to 2 formed as a helical spring return spring 25 has z. B. a first constant and then one towards the valve closing body 19 towards tapering diameter. Either the return spring lies 25 directly on the spherical valve closing body 19 or on a support collar 77 , the at the needle section 18 the valve needle 14 is provided to.
Wie der 3, in der ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils dargestellt ist, zu entnehmen ist, kann eine weitere Verkürzung der Gesamtventillänge dadurch erreicht werden, dass die Schraubenfeder gemäß 2 durch eine andere Bauart einer Rückstellfeder 25 ersetzt wird. Das in der 3 dargestellte Brennstoffeinspritzventil zeichnet sich dadurch aus, dass die Rückstellfeder 25 als platzsparende Membran- oder Tellerfeder ausgeführt ist. Auch bei dieser Bauart der Rückstellfeder 25 ist diese wiederum zwischen dem Endabschnitt 74 des Kerns 2 und einer Anlagefläche der Ventilnadel 14, die am Ventilschließkörper 19 und/oder am Nadelabschnitt 18 der Ventilnadel 14 vorgesehen sein kann, eingespannt. Again 3 in which a second embodiment of a fuel injection valve according to the invention is shown, can be seen, a further reduction of the total valve length can be achieved in that the coil spring according to 2 by another type of return spring 25 is replaced. That in the 3 illustrated fuel injection valve is characterized in that the return spring 25 designed as a space-saving membrane or disc spring. Also in this type of return spring 25 this in turn is between the end section 74 of the core 2 and a contact surface of the valve needle 14 , on the valve closing body 19 and / or at the needle section 18 the valve needle 14 can be provided, clamped.
Mit dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 4 soll insbesondere verdeutlicht werden, dass auch eine Kombination verschiedener Ventilbauteile aus den Brennstoffeinspritzventilen gemäß 1 und 2 bzw. 3 an ein und demselben Brennstoffeinspritzventil denkbar ist. So weist das nur mit seinem Abspritzende gezeigte Brennstoffeinspritzventil gemäß 4 einen Ventilsitzkörper 15 und eine daran befestigte Spritzlochscheibe 21 ähnlich der Lösung gemäß 1 auf, während eine kurze Ventilhülse 6 in der Funktion als Ventilsitzträger den Ventilsitzkörper 15 aufnimmt. Unabhängig davon ist die hier wiederum als Schraubenfeder ausgeführte Rückstellfeder 25 zwischen dem gehäusefesten Endabschnitt 74 des Kerns 2 und einer Anlagefläche der Ventilnadel 14, die am Ventilschließkörper 19 und/oder am Nadelabschnitt 18 der Ventilnadel 14 vorgesehen sein kann, eingespannt.According to the third embodiment according to 4 should be clarified in particular that also a combination of different valve components from the fuel injection valves according to 1 and 2 respectively. 3 on one and the same fuel injector is conceivable. Thus, the fuel injector shown only with its injection end according to 4 a valve seat body 15 and a spray-disk attached thereto 21 similar to the solution according to 1 on while a short valve sleeve 6 in the function as a valve seat carrier, the valve seat body 15 receives. Regardless of the here again designed as a helical spring return spring 25 between the housing-fixed end portion 74 of the core 2 and a contact surface of the valve needle 14 , on the valve closing body 19 and / or at the needle section 18 the valve needle 14 can be provided, clamped.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 3825134 A1 [0002] DE 3825134 A1 [0002]
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DE 10332348 A1 [0003] DE 10332348 A1 [0003]
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JP 2002-48031 A [0004] JP 2002-48031 A [0004]
