DE102011075408B4

DE102011075408B4 - Ventil zum Zumessen eines strömenden Mediums

Info

Publication number: DE102011075408B4
Application number: DE102011075408.3A
Authority: DE
Inventors: Volker Sohm; Michael Mayer; Volker Scheef; Alexander Schulte
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2011-05-06
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2031-05-07
Also published as: DE102011075408A1; KR20140022058A; CN103518055A; JP2014513244A; WO2012152488A1; CN103518055B

Abstract

Ventil zum Zumessen eines strömenden Mediums, insbesondere Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff bei Brennkraftmaschinen, mit einem Ventilglied (22) zum Steuern einer zwischen einem Ventileinlass (12) und einem Ventilauslass (13) angeordneten Ventilöffnung (24) und einem das Ventilglied (22) betätigenden Elektromagneten (25), der einen in Strömungsrichtung des Mediums oberhalb der Ventilöffnung (14) angeordneten Magnettopf (28) mit Topfhülse (281) und Topfboden (282) aufweist, wobei in Strömungsrichtung unterhalb des Topfbodens (282) ein Zusatzkörper (34) derart großer Masse angeordnet ist, dass die Amplitude der durch Ventilbetätigung ausgelösten Axialschwingungen des Ventils aufgrund der Trägheit der Gesamtmasse reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzkörper (34) aus mehreren, axial aufeinandergesetzten und miteinander fest verbundenen Körperteilen zusammengesetzt ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum Zumessen eines strömenden Mediums, insbesondere von einem Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff bei Brennkraftmaschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein bekanntes Kraft- oder Brennstoffeinspritzventil ( DE 197 44 739 A1 , 2) weist ein Ventilglied zum Steuern einer zwischen einem Ventilein- und -auslass angeordneten Ventilöffnung sowie einen das Ventilglied betätigenden Elektromagneten auf. Der Elektromagnet umfasst einen Magnettopf, bestehend aus einer Topfhülse und einem in die Topfhülse eingesetzten und mit der Topfhülse verschweißten Topfboden, eine in Magnettopf aufgenommene Magnetspule, die auf einem hohlzylindrischen Magnetkern sitzt und einen mit dem Ventilglied fest verbundenen hohlzylindrischen Magnetanker, der mit dem Magnetkern fluchtet, wobei die einander zugekehrten ringförmigen Stirnflächen von Magnetkern und Magnetanker einen Arbeitsluftspalt des Elektromagneten begrenzen. Der Topfboden des Magnettopfs ist einstückig mit einem Ventilsitzträger ausgebildet, der einerseits mit einem Führungsstutzen in den Magnettopf hineinragt und andererseits endseitig mit einem die Ventilöffnung enthaltenden Ventilsitzkörper abgeschlossen ist. Im Führungsstutzen ist der Magnetanker axial verschieblich geführt. Eine am Magnetanker und am Magnetkern sich abstützende Ventilschließfeder drückt einen stirnseitig am hohlzylindrischen Ventilglied ausgebildeten Schließkopf auf einem am Ventilsitzkörper ausgebildeten, die Ventilöffnung umgebenden Ventilsitz auf, so dass die Ventilöffnung geschlossen ist. Mit Bestromen der Magnetspule des Elektromagneten wird der Magnetanker gegen die Rückstellkraft der Ventilschließfeder axial verschoben, wodurch der Schließkopf des Ventilglieds mehr oder weniger vom Ventilsitz abhebt und die Ventilöffnung mehr oder weniger freigibt. Die Topfhülse des Magnettopfs geht an ihrem vom Topfboden abgekehrten Ende einstückig in ein im Durchmesser reduziertes, mit dem Ventilsitzträger fluchtendes Einlassrohr über, das zusammen mit dem Ventilsitzträger einen durch den in das Einlassrohr hineinragenden Magnetkern, den Magnetanker und das Ventilglied hindurchführenden und über Radialbohrungen im Ventilglied in einer dem Ventilsitzkörper vorgelagerten Ventilkammer mündenden Strömungspfad für den Kraftstoff umschließt.
Auch die Druckschriften US 2004/0188552 A1 , US 5996910 A , US 2005/0269426 A1 , DE 19503821 A1 und DE 10332812 A1 offenbaren Kraft- oder Brennstoffeinspritzventile aus dem Stand der Technik.
Bei einem solchen Einspritzventil entstehen durch schnelles Öffnen und Schließen der Ventil- oder Abspritzöffnung, bei dem das Ventilglied mit Schließkopf und Magnetanker mit hoher Dynamik auf die Endanschläge, so auf dem Ventilsitzkörper und auf den Magnetkern, auftrifft, kurzzeitig hohe Kontaktkräfte, die auf das Ventilgehäuse übertragen werden. Das Ventil wird dadurch zu Schwingungen angeregt, die entweder direkt vom Ventil als Schall abgestrahlt oder indirekt zur Schallabstrahlung führen, indem sie auf angrenzende Bauteile, wie Ansaugsystem und Kraftstoffzuführung, übertragen werden und diese zur Schallabstrahlung anregen.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil zum Zumessen eines strömenden Mediums mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch den massengroßen Zusatzkörper unterhalb des Topfbodens die Gesamtmasse des Ventils achsnah erhöht wird, was die Amplitude der durch Ventilbetätigung ausgelösten Axialschwingungen des Ventils, also die Auf- und Abbewegungen des Ventils zwischen in Einbaulage festgelegten Dichtungsringen, aufgrund der größeren Trägheit der Gesamtmasse reduziert. Dadurch wird der Geräuschpegel, der durch die Ventilschwingungen vom Ventil oder von angrenzenden Bauteilen abgestrahlt wird, geringer. Zusätzlich wird auch die Schwingungsfrequenz der Axialschwingungen des Ventils zu niedrigeren Frequenzen hin verschoben, wodurch die Geräuschabstrahlung weiter reduziert wird, da die Abstrahleffizienz des Ventils mit sinkender Frequenz überproportional abnimmt. Auch eine durch den Zusatzkörper bedingte Aussteifung des Ventils in näherer Umgebung des Endanschlags an der Ventilöffnung führt zu einer deutlich verbesserten Dämpfung des Ventilgeräusches. Insgesamt werden durch den massegroßen Zusatzkörper die Hauptursachen der Ventilgeräusche wirksam bekämpft. Die Anordnung des Zusatzkörpers unterhalb des Topfbodens hat den zusätzlichen Vorteil, dass herkömmliche Ventile ohne konstruktive Änderungen und nachträglich mit einer Geräuschdämpfung ausgestattet werden können.
Durch die in den weiten Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Zusatzkörper aus mehreren axial aufeinander gesetzten Körperteilen zusammengesetzt, die miteinander fest verbunden sind, wobei die Verbindung mittels Kleben oder Schweißen hergestellt wird. Durch die Mehrteiligkeit des Zusatzkörpers großer Masse wird der Effekt einer sog. Fugendämpfung zwischen den einzelnen Körperteilen zur Erzielung eine vergrößerte Geräuschdämpfung genutzt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind Ventilein- und -auslass über eine ein- oder mehrteilige Hülse miteinander verbunden, die mit einem Endabschnitt durch den Topfboden hindurchtritt. Der frei aus dem Topfboden auslaufende Endabschnitt der Hülse ist mit einem die Ventilöffnung enthaltenden Ventilsitzkörper abgeschlossen. Der Zusatzkörper umschließt den Endabschnitt und erstreckt sich axial zumindest teilweise über den Endabschnitt. Die Anordnung des Zusatzkörpers auf dem Endabschnitt hat den Vorteil, dass die herkömmliche Ventilkonstruktion, insbesondere die Baulänge des Ventils, durch die Einbindung des Zusatzkörpers unverändert bleibt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Zusatzkörper vom Topfboden bis hin zum Ventilsitzkörper und übergreift teilweise oder ganz den den Ventilsitzkörper überdeckenden Bereich des Endabschnitts. Dadurch wird eine sehr gute Versteifung des Ventils in dem Bereich des Ventilsitzkörpers erzielt, in dem die Aufschläge des Ventilglieds am Ventilsitzkörper erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist am Zusatzkörper ein axial abstehender Halteflansch für einen auf den Magnettopf sitzenden Dichtungsrings vorhanden. Ein solcher Halteflansch kann einstückig an den Zusatzkörper angeformt oder als separates Flanschteil ausgebildet sein, das zwischen zwei Körperteilen des Zusatzkörpers angeordnet und mit diesen fest verbunden ist. Ein solcher Halteflansch verhindert das Abfallen des auf die Topfhülse des Magnettopfs aufgeschobenen Dichtungsrings beim Händeln und Einbau des Ventils in eine Ventilaufnahme im Saugrohr oder im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine.
Figurenliste
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Längsschnitt eines Ventils zum Zumessen eines strömenden Mediums,
2 einen Längsschnitt eines modifizierten Zusatzkörpers des Ventils in 1.

Das in 1 im Längsschnitt dargestellte Ventil zum Zumessen eines strömenden Mediums wird bevorzugt als Einspritzventil für Kraftstoff in den Verbrennungszylinder oder in das Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Das Ventil weist ein Ventilgehäuse 11, einen Ventileinlass 12, einen Ventilauslass 13 und eine zwischen Ventileinlass 12 und Ventilauslass 13 angeordnete Ventilöffnung 14, die im Ausführungsbeispiel unmittelbar dem Ventilauslass 13 vorgeordnet ist. Ventileinlass 12 und Ventilauslass 13 sind über eine im Ausführungsbeeispiel mehrteilige Hülse 15 miteinander verbunden, deren einer Hülsenteil als Einlassrohr 16 mit Ventileinlass 12 und deren anderer Hülsenteil als Ventilsitzträger 17 ausgebildet ist. Dabei ist das Einlassrohr 16 endseitig in den Ventilsitzträger 17 eingesteckt und mit diesem verschweißt. Die Hülse 15 kann jedoch auch einteilig als durchgehende Hülse ausgeführt werden. Der Ventilsitzträger 17 ist von seinem vom Einlassrohr 16 abgekehrten freien Ende mit einem Ventilsitzkörper 18 abgeschlossen, in dem die Ventilöffnung 14 und ein die Ventilöffnung 14 umgebender Ventilsitz 19 ausgebildet sind. Der Ventilsitzkörper 18 ist mit dem Ventilsitzträger 17 verschweißt. Der Ventilsitzkörper 18 begrenzt auf seiner Innenseite eine Ventilkammer 20 und trägt auf seiner von der Ventilkammer 20 abgekehrten Außenseite eine mehrere Spritzlöcher enthaltende Spritzlochscheibe 21.
Zum Steuern der Ventilöffnung 14 dient ein Ventilglied 22, das hohlzylindrisch ausgebildet und in dem Ventilsitzträger 17 axial verschieblich geführt ist. Das Ventilglied 22 trägt einen Schließkopf 23, der mittels einer Ventilschließfeder 24 auf dem Ventilsitz 19 am Ventilsitzkörper 18 aufgepresst wird und dadurch die Ventilöffnung 14 verschließt. Das Ventilglied 22 wird mittels eines Elektromagneten 25 betätigt, der einen im Ventilsitzträger 17 festgelegten, hohlzylindrischen Magnetkern 26, einen im Ventilsitzträger 17 axial verschieblichen, mit dem Ventilglied 22 fest verbundenen, hohlzylindrischen Magnetanker 29, eine auf den Ventilsitzträger 17 aufgeschobene Magnetspule 27 und einen Magnettopf 28 mit Topfhülse 281 und Topfboden 282 aufweist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Topfboden 282 in die Topfhülse 281 eingesetzt und mit dieser verschweißt. Topfhülse 281 und Topfboden 282 können jedoch auch einstückig ausgeführt sein. Der Magnettopf 28 nimmt in seinem Innern die Magnetspule 27 auf und ist in dem Ventilgehäuse 11 festgelegt. Das Ventilgehäuse 11 ist als Kunststoffmantel ausgeführt, der auf Einlassrohr 16 und Magnettopf 28 aufgespritzt ist und die Topfhülse 281 des Magnettopfs 28 in einem von der Topföffnung ausgehenden Axialabschnitt übergreift Der den Ventilsitzträger 17 darstellende Hülsenteil der Hülse 15 tritt durch den Topfboden 282 hindurch und steht mit einem Endabschnitt 151 über den Magnettopf 28 vor, der damit in Strömungsrichtung des Mediums gesehen oberhalb, also stromaufwärts, der Ventilöffnung 14 liegt. Die Ventilschließfeder 24 stützt sich an einem im Magnetkern 26 festgelegten hohlen Justierzylinder 30 ab, mit dem die Schließkraft der Ventilschließfeder 24 eingestellt werden kann. Die einander zugekehrten ringförmigen Stirnflächen von Magnetkern 26 und Magnetanker 29 begrenzen einen Arbeitsluftspalt 30 des Elektromagneten 25. Magnetanker 29 und Ventilglied 22 sind im Ausführungsbeispiel einstückig ausgeführt.
Das über den Ventileinlass 12 unter Systemdruck einströmende Medium gelangt über den Justierzylinder 30, den Magnetkern 26, das Ventilglied 22 und über Radialbohrungen 32 im Ventilglied 22 in die Ventilkammer 20 und steht unter Systemdruck am Schließkopf 23 des Ventilglieds 22 an. Zum Freigeben der Ventilöffnung 14 wird die Magnetspule 27 über einen im Kunsstoffmantel des Ventilgehäuses 11 eingebundenen Anschlussstecker 33 bestromt, so dass der Magnetanker 29 gegen die Kraft der Ventilschließfeder 24 zum Magnetkern 26 hin verschoben wird und der Schließkopf 23 vom Ventilsitz 19 abhebt. Fällt die Bestromung des Elektromagneten 25 weg, so wird der Schließkopf 22 von der Ventilschließfeder 24 wieder auf den Ventilsitz 19 aufgesetzt. Bei der Ventilbetätigung schlägt einerseits der Magnetanker 29 am Magnetkern 26 an und andererseits der Schließkopf 23 auf dem Ventilsitzkörper 18 auf. Diese kurzzeitig hohen Kontaktkräfte werden auf das Ventilgehäuse 11 übertragen, wodurch das Ventil zu Schwingungen angeregt wird, was wiederum zur direkten oder indirekten Geräuschabstrahlung führt.
Um diese Geräuschabstrahlung zu reduzieren, ist in Strömungsrichtung des Mediums gesehen unterhalb, also stromabwärts des Topfbodens 282 des Magnettopfs 28 ein eine große Masse aufweisender Zusatzkörper 34 angeordnet. Der Zusatzkörper 34 ist am Topfboden 282 befestigt, z.B. durch Kleben oder Schweißen. Der Zusatzkörper 34 umschließt den Endabschnitt 151 der Hülse 15, sitzt also auf dem freien Ende des Ventilsitzträgers 17, und erstreckt sich axial zumindest teilweise über den Endabschnitt 151 der Hülse 15. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Zusatzkörper 34 vom Topfboden 282 bis hin zum Ventilsitzkörper 18 im Ventilsitzträger 17. Er kann mehr oder weniger weit vor dem Ventilsitzkörper 18 enden, sich aber auch über den den Ventilsitzkörper 18 überdeckenden Bereich des Endabschnitts 151 teilweise oder ganz erstrecken. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist der Zusatzkörper 24 einteilig ausgeführt. Er kann jedoch auch aus mehreren Teilen axial zusammengesetzt sein, die miteinander fest, z.B. durch Kleben oder Schweißen, verbunden sind. Vorteilhaft wird der Zusatzkörper 34 aus einzelnen rigförmigen Scheiben 341 zusammengesetzt, wie dies in 2 dargestellt ist. Dies hat den Vorteil, dass axiale Länge und Masse des Zusatzkörpers 24 individuell an unterschiedliche Anforderungen des Ventils angepasst werden können.
In den in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen weist der Zusatzkörper 24 noch einen radial sich erstreckenden Halteflansch 35 auf, der bei der Ventilmontage das unerwünschte Abfallen eines auf die Topfhülse 281 des Magnettopfs 28 aufgeschobenen Dichtungsrings 36 verhindert. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist der Halteflansch 35 einstückig an den Zusatzkörper 34 angeformt. Er kann jedoch auch als seperates Flanschteil hergestellt und zwischen zei Körperteilen eingesesetzt werden. Im Ausführungsbeispiel des Zusatzkörpers 34 gemäß 2, in dem der Zusatzkörper 34 aus einzelnen Scheiben 341 zusammengesetzt ist, wird zur Realisierung des Halteflansch 35 eine Ringscheibe 341 mit einer deutlich größeren Ringbreite und gleichem Ringinnendurchmesser verwendet.

Claims

Ventil zum Zumessen eines strömenden Mediums, insbesondere Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff bei Brennkraftmaschinen, mit einem Ventilglied (22) zum Steuern einer zwischen einem Ventileinlass (12) und einem Ventilauslass (13) angeordneten Ventilöffnung (24) und einem das Ventilglied (22) betätigenden Elektromagneten (25), der einen in Strömungsrichtung des Mediums oberhalb der Ventilöffnung (14) angeordneten Magnettopf (28) mit Topfhülse (281) und Topfboden (282) aufweist, wobei in Strömungsrichtung unterhalb des Topfbodens (282) ein Zusatzkörper (34) derart großer Masse angeordnet ist, dass die Amplitude der durch Ventilbetätigung ausgelösten Axialschwingungen des Ventils aufgrund der Trägheit der Gesamtmasse reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzkörper (34) aus mehreren, axial aufeinandergesetzten und miteinander fest verbundenen Körperteilen zusammengesetzt ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzkörper (34) am Topfboden (282) befestigt ist.
Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Ventileinlass (12) und Ventilauslass (13) über eine ein- oder mehrteilige Hülse (15) verbunden sind, die einen durch den Topfboden (282) hindurchtretenden, mit einem die Ventilöffnung (14) enthaltenden Ventilsitzkörper (18) abgeschlossenen Endabschnitt (151) aufweist, und dass der Zusatzkörper (34) den Endabschnitt (151) umschließt und sich axial zumindest teilweise über den Endabschnitt (151) erstreckt.
Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Zusatzkörper (34) vom Topfboden (282) bis hin zum Ventilsitzkörper (18) erstreckt.
Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzkörper (34) zumindest teilweise den den Ventilsitzkörper (18) überdeckenden Bereich des Endabschnitts (151) übergreift.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzkörper (34) aus einer Vielzahl von ringförmigen Scheiben (341) zusammengesetzt ist, die fest miteinander verbunden sind.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzkörper (34) einen radial abstehenden Halteflansch (35) für einen auf der Topfhülse (281) des Magnettopfs (28) angeordneten Dichtungsring (36) aufweist.
Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteflansch (35) einstückig an den Zusatzkörper (34) angeformt ist.
Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteflansch (35) als separates Flanschteil ausgebildet ist, das zwischen zwei Körperteilen des Zusatzkörpers (34) angeordnet und mit diesen fest verbunden ist.