DE102012202253A1

DE102012202253A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102012202253A1
Application number: DE102012202253A
Authority: DE
Inventors: Cornelia Giessler; Michael Kleindl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2013-08-22
Also published as: EP2628941B1; EP2628941A1; US20130206872A1; US10428779B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum, umfassend ein Gehäuse (2) mit zumindest einer brennraumseitigen Spritzöffnung (5), eine linearbewegliche Ventilnadel (7) zum Öffnen und Schließen der Spritzöffnung (5), eine Magnetspule (11), einen durch die Magnetspule (11) linearbeweglichen Magnetanker (13), und eine erste, am Magnetanker (13) befestigte Hülse (15), wobei an der ersten Hülse (15) eine erste, brennraumabgewandte Anschlagfläche (16) ausgebildet ist, und an der Ventilnadel (7) eine zweite, brennraumzugewandte Anschlagfläche (18) ausgebildet ist, und wobei die erste Anschlagfläche (16) und die zweite Anschlagfläche (18) bei der Linearbewegung der Ventilnadel (7) und/oder des Magnetankers (13) aneinander anschlagen.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum.
Der Stand der Technik kennt diverse Ventile zum Direkteinspritzen von Brennstoff oder Kraftstoff. Dabei wird in der Regel mittels eines Aktors eine Ventilnadel gegen eine Schließfeder so bewegt, dass eine gewünschte Kraftstoffmenge gezielt direkt in den Brennraum eingebracht wird. Bei schnell schließenden Brennstoffeinspritzventilen kommt es zu einer hohen Dynamik mit den daraus resultierenden Kräften. Diese Kräfte führen in Verbindung mit den weichmagnetischen Werkstoffen bei Magnetanker und Innenpol zu einem hohen Verschleiß. Durch diesen Verschleiß kommt es im Betrieb zu Abweichungen des Ventils bezüglich der Spezifikation. Im Stand der Technik wird teilweise vorgeschlagen, den Magnetanker gegen eine Anschlagplatte zu bewegen. Diese Anschlagplatten haben jedoch einen relativ großen Platzbedarf zur Folge und erhöhen das Gewicht und damit die Prellneigung des Ventils. Weiterhin führen diese erhöhten Massen zu einem vergrößerten Verschleiß an den Komponenten des Ventils.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht es, den Verschleiß am Magnetanker und/oder der Ventilnadel zu reduzieren. Dadurch verlängert sich die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils. Die verwendeten Hülsen weisen nur ein sehr geringes Volumen und somit eine geringe Masse auf. Durch die Massenreduzierung wird der Stoß beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils gemindert, wodurch ebenfalls die Neigung zum Prellen reduziert wird. Durch die große Anzahl von Schließ- und Öffnungsvorgängen kommt es über die Lebensdauer zu einer Verschleißbildung zwischen Ventilnadel und Ventilsitz. Auch diese Verschleißbildung wird durch die geringen Massen reduziert. All diese Vorteile werden erreicht durch ein Brennstoffeinspritzventil, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einem Brennraum, umfassend ein Gehäuse mit zumindest einer brennraumseitigen Spritzöffnung. Über diese zumindest eine Spritzöffnung wird der Brennstoff aus dem Brennstoffeinspritzventil in den Brennraum eingebracht. Des Weiteren umfasst das Brennstoffeinspritzventil eine linearbewegliche Ventilnadel, eine Magnetspule und einen durch die Magnetspule linear beweglichen Magnetanker. Die linearbewegliche Ventilnadel dient zum Öffnen und Schließen der zumindest einen Spritzöffnung. Insbesondere umfasst die Ventilnadel einen sich entlang der Längsachse des Brennstoffeinspritzventils erstreckenden Grundkörper. An dem Magnetanker ist eine erste Hülse befestigt. Diese erste Hülse ist separat von dem Magnetanker gefertigt und wird fest an dem Magnetanker befestigt. An der ersten Hülse ist eine erste, dem Brennraum zugewandte Anschlagfläche ausgebildet. An der Ventilnadel ist eine zweite, dem Brennraum abgewandte Abschlagfläche ausgebildet. Die erste Anschlagfläche und die zweite Anschlagfläche sind so angeordnet, dass sie bei der Linearbewegung der Ventilnadel und/oder des Magnetankers aneinander anschlagen. Die beiden Anschlagflächen liegen sich somit gegenüber. Insbesondere sind die beiden Anschlagflächen als ringförmige Flächen ausgebildet. Wird der Magnetanker mittels der Magnetspule in Öffnungsrichtung, und somit zur brennraumabgewandten Seite des Brennstoffeinspritzventils bewegt, so schlägt die erste Anschlagfläche an der zweiten Anschlagfläche an und der Magnetanker nimmt die Ventilnadel in Öffnungsrichtung mit.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Magnetanker eine durchgehende Ausnehmung aufweist und die Hülse an der Wandung der Ausnehmung angeordnet ist. Des Weiteren erstreckt sich bevorzugt die Ventilnadel durch diese Ausnehmung hindurch. Insbesondere ist diese Ausnehmung als rundes Durchgangsloch koaxial zur Längsachse des Brennstoffeinspritzventils ausgebildet.
Des Weiteren ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Ausnehmung über ihre gesamte Länge, gemessen parallel zur Längsachse, einen einheitlichen Durchmesser aufweist. Dadurch kann eine einfach ausgestaltete Hülse an der Wandung der Ausnehmung befestigt werden.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass in der Wandung der Ausnehmung eine Nut ausgebildet ist. Diese Nut ist insbesondere voll umfänglich ausgebildet. Die erste Hülse wird in dieser Nut angeordnet. Mittels dieser Nut ist insbesondere ein Formschluss zwischen Hülse und Magnetanker gegeben.
Die erste Hülse ist insbesondere so ausgebildet, dass sie über die Wandung der Ausnehmung hervorsteht. Insbesondere dieser hervorstehende Anteil der ersten Hülse bildet die erste Anschlagfläche.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Nut auf der brennraumabgewandten Seite des Magnetankers offen ist. Dadurch wird gewährleistet, dass die gesamte brennraumabgewandte Seite der ersten Hülse als erste Anschlagfläche genutzt werden kann. Des Weiteren ist durch die seitlich offene Nut eine einfache Montage der ersten Hülse im Magnetanker möglich.
Die zweite Anschlagfläche kann in einer ersten Variante direkt am Grundkörper der Ventilnadel ausgebildet sein. Alternativ dazu ist es bevorzugt vorgesehen, am Grundkörper der Ventilnadel eine zweite Hülse zu befestigen. An dieser zweiten Hülse ist die zweite Anschlagfläche ausgebildet. Insbesondere befindet sich die zweite Hülse an einem brennraumabgewandten Ende des Grundkörpers der Ventilnadel.
Die erste Hülse und/oder die zweite Hülse bestehen bevorzugt aus einem harten Werkstoff oder sind zum Ausbilden einer gehärteten Oberfläche beschichtet. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die erste Hülse aus einem festeren Material besteht als der Magnetanker, und/oder die zweite Hülse aus einem festeren Material besteht als die restlichen Bestandteile, insbesondere der Grundkörper der Ventilnadel.
Die erste Hülse und/oder die zweite Hülse werden bevorzugt mittels Formschluss und/oder Reibschluss und/oder Stoffschluss am Magnetanker bzw. am Grundkörper der Ventilnadel befestigt.
Die Ventilnadel kann als Hohlnadel oder als Vollnadel ausgeführt sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung in Detail beschrieben. Dabei zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil gemäß einem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel,
2 ein Detail des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
3 ein Detail des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
4 ein Detail des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, und
5 ein Detail des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel.
Ausführungsformen der Erfindung
Anhand von 1 wird der grundsätzliche Aufbau des Brennstoffeinspritzventils 1 für die nachfolgend beschriebenen vier Ausführungsbeispiele erläutert.
1 zeigt das Brennstoffeinspritzventil 1 in einer parallel zur Längsachse 6 geschnittenen Darstellung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfasst eine Gehäuse 2, das auf einer brennraumzugewandten Seite 3 zumindest eine Spritzöffnung 5 umfasst. Über diese Spritzöffnung 5 wird Brennstoff in eine Brennkammer eingespritzt. Der brennraumzugewandten Seite 3 liegt eine brennraumabgewandte Seite 4 gegenüber.
In dem Gehäuse 2 ist eine Ventilnadel 7 koaxial zur Längsachse 6 linearbeweglich geführt. Diese Ventilnadel 7 weist einen Grundkörper 8 auf. Dieser Grundkörper 8 ist innen hohl und weist Öffnungen 9 auf. Mittels der Ventilnadel 7 wird ein kugelförmiger Verschlusskörper 10 auf die Spritzöffnung 5 gedrückt. Zum Öffnen des Brennstoffeinspritzventils wird die Ventilnadel 7 in Richtung der brennraumabgewandten Seite 4 bewegt. Daraufhin hebt der Verschlusskörper 10 von der Spritzöffnung 5 ab und Brennstoff kann eingespritzt werden.
Des Weiteren sind im Gehäuse 2 eine Magnetspule 11 und ein ringförmiger Innenpol 12 angeordnet. Auf dem Grundkörper 8 des Ventils 7 steckt ein Magnetanker 13. Über die Magnetspule 11 wird der Innenpool 12 magnetisiert und bewegt somit den Magnetanker 13 linear zur Längsachse 6. Ferner ist in 1 ein Steckeranschluss 14 des Brennstoffeinspritzventils dargestellt.
Anhand der 2 bis 5 werden vier Ausführungsbeispiele des Brennstoffeinspritzventils 1 gezeigt. Die 2 bis 5 zeigen dabei jeweils das mit II-V gekennzeichnete Detail aus 1. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind in allen Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen.
2 zeigt ein Detail des Brennstoffeinspritzventils 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist der Magnetanker 13 mit einer inneren, durchgehenden Ausnehmung 20. An der Wandung der Ausnehmung 20 ist eine erste Hülse 15 eingebracht. Diese erste Hülse 15 ist fest mit dem Magnetanker 13 verbunden. Des Weiteren steckt in der Ausnehmung 20 die Ventilnadel 7. Am brennraumabgewandten Ende des Grundkörpers 8 der Ventilnadel 7 ist eine Verdickung 19 ausgebildet.
Die erste Hülse 15 weist auf ihrer brennraumabgewandten Seite eine erste Anschlagfläche 16 auf. An der Verdickung 19 ist eine zweite, brennraumzugewandte Anschlagfläche 18 ausgebildet. Bei einer Bewegung des Magnetankers 13 und/oder der Ventilnadel 7 schlagen die beiden Anschlagflächen 16, 18 aneinander an. Die erste Hülse 15 ist aus einem härteren Material gefertigt als der Magnetanker 13. Dadurch wird ein Verschleiß an der ersten Anschlagfläche 16 weitgehend vermieden.
Des Weiteren zeigt 2 eine Länge 21 der Ausnehmung 20, gemessen parallel zur Längsachse 6, und einen Durchmesser 22 der Ausnehmung 20. Der Außendurchmesser der ersten Hülse 15 entspricht dem Durchmesser 22 der Ausnehmung 20. Die Länge der ersten Hülse 15 ist kürzer ausgebildet als die Länge 21 der Ausnehmung 20. Eine Gesamtlänge der ersten Hülse 15 und der Verdickung 19, gemessen parallel zur Längsachse 6, entspricht der Länge 21 der Ausnehmung 20.
3 zeigt ein Detail des Brennstoffeinspritzventils 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Im zweiten Ausführungsbeispiel weist der Magnetanker 13 eine umlaufende Nut 23 auf. In diese umlaufenden Nut 23 ist die erste Hülse 15 eingesetzt. Die erste Hülse 15 weist hierbei insbesondere einen quadratischen Querschnitt auf. Der Durchmesser der Ausnehmung 20 brennraumseitig der Nut 23 ist kleiner dem Durchmesser der Ausnehmung 20 auf der brennraumabgewandten Seite der Nut 23. Dadurch steht die erste Hülse 15 über die Wandung der Ausnehmung 20 über und zumindest ein Teil der ersten Hülse 15 kann als erste Anschlagfläche 16 genutzt werden.
4 zeigt ein Detail des Brennstoffeinspritzventils 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Hier ist die Nut 23 an einem brennraumabgewandten Ende des Magnetankers 13 ausgebildet. Dadurch ist die Nut 23 sowohl zur brennraumabgewanten Seite 4 hin als auch zur Längsachse 6 hin offen. Diese Nut 23 ermöglicht eine relativ einfache Montage der ersten Hülse 15 und ermöglicht gleichzeitig, dass die gesamte brennraumabgewandte Seite der ersten Hülse 15 als erste Anschlagfläche 16 zur Verfügung steht.
5 zeigt ein Detail des Brennstoffeinspritzventils 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel. Die erste Hülse 15 und der Magnetanker 13 sind genauso wie im ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Anstatt der Verdickung 19 am Grundkörper 8 der Ventilnadel 7 ist hier eine zweite Hülse 17 fest mit dem Grundkörper 8 der Ventilnadel 7 verbunden. Bevorzugt besteht diese zweite Hülse 17 aus einem gehärteten Material oder umfasst eine gehärtete Oberfläche, sodass auch der Verschleiß an der zweiten Anschlagfläche 18 reduziert wird. Wie in 5 gezeigt wird, beträgt eine Gesamtlänge der ersten Hülse 15 und der zweiten Hülse 17, gemessen parallel zur Längsachse 6, den gleichen Wert wie die Länge 21 der Ausnehmung 20.

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum, umfassend: – ein Gehäuse (2) mit zumindest einer brennraumseitigen Spritzöffnung (5), – eine linearbewegliche Ventilnadel (7) zum Öffnen und Schließen der Spritzöffnung (5), – eine Magnetspule (11), – einen durch die Magnetspule (11) linearbeweglichen Magnetanker (13), und – eine erste, am Magnetanker (13) befestigte Hülse (15), – wobei an der ersten Hülse (15) eine erste, brennraumabgewandte Anschlagfläche (16) ausgebildet ist, und an der Ventilnadel (7) eine zweite, brennraumzugewandte Anschlagfläche (18) ausgebildet ist, und – wobei die erste Anschlagfläche (16) und die zweite Anschlagfläche (18) bei der Linearbewegung der Ventilnadel (7) und/oder des Magnetankers (13) aneinander anschlagen.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (13) eine durchgehende Ausnehmung (20) aufweist und die erste Hülse (15) an der Wandung der Ausnehmung (20) angeordnet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (20) über ihre gesamte Länge (21) einen einheitlichen Durchmesser (22) aufweist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung der Ausnehmung (20) eine Nut (23) ausgebildet ist, wobei die erste Hülse (15) in der Nut (23) angeordnet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hülse (15) über die Wandung der Ausnehmung (20) hervorsteht.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (23) auf der brennraumabgewandten Seite (4) des Magnetankers (13) offen ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine an einem Grundkörper (8) der Ventilnadel (7) befestigte zweite Hülse (17), wobei an der zweiten Hülse (17) die zweite Anschlagsfläche (18) ausgebildet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hülse (15) aus einem festeren Material besteht als der Magnetanker (13), und/oder die zweite Hülse (17) aus einem festeren Material besteht als die restlichen Bestandteile der Ventilnadel (7).
Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hülse (15) mittels Formschluss und/oder Reibschluss und/oder Stoffschluss am Magnetanker (11) befestigt ist, und/oder die zweite Hülse (17) mittels Formschluss und/oder Reibschluss und/oder Stoffschluss an der Ventilnadel (7) befestigt ist