DE102012210415A1

DE102012210415A1 - Einspritzventil

Info

Publication number: DE102012210415A1
Application number: DE102012210415A
Authority: DE
Inventors: Philipp ROGLER; Martin Scheffel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2013-12-24
Also published as: US9353715B2; EP2864624B1; WO2013189690A1; KR102075334B1; US20150152822A1; JP2015519514A; EP2864624A1; KR20150023420A; JP6092375B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einspritzventil (1), insbesondere zum Einspritzen von Brennstoff in eine Brennkraftmaschine, umfassend ein Gehäuse (2) mit zumindest einer Spritzöffnung (3), einen im Gehäuse (2) linear beweglichen Magnetanker (12), eine auf den Magnetanker (12) magnetisch wirkende Magnetspule (13), ein gegenüber dem Gehäuse (2) und gegenüber dem Magnetanker (13) linear bewegliches Ventilelement (5), das zusammen mit der zumindest einen Spritzöffnung (3) einen Ventilsitz (8) bildet, einen ersten Anschlag (9) am Ventilelement (5), und eine den Magnetanker (12) gegen den ersten Anschlag (9) ziehende Zugfeder.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einspritzventil, insbesondere zum Einspritzen von Brennstoff in eine Brennkraftmaschine.
Der Stand der Technik kennt Einspritzventile unter anderem zum Direkteinspritzen von Ottokraftstoff, mit einer Ventilnadel, die von einem Aktor gegen eine Schließfeder so bewegt wird, dass eine gewünschte Kraftstoffmenge gezielt direkt in den Brennraum eingebracht wird. Dabei kann bei einem Magnetventil der Magnetanker von der Ventilnadel entkoppelt sein, so dass die Ventilnadelgruppe einen Ankerfreiweg besitzt. Solch ein vorbekanntes Einspritzventil 100 zeigt 5. Das vorbekannte Einspritzventil 100 weist ein Gehäuse 102 und eine am Gehäuse 102 angeordnete Ventilnadel 101 auf. Die Ventilnadel 101 steckt in einem Magnetanker 104. Der Magnetanker 104 wird über eine Magnetspule 103 bewegt. An dem Magnetanker 104 ist ein Federtopf 105 befestigt. Eine Druckfeder 107 stützt sich mit einem Ende gegen eine auf der Ventilnadel 101 fest montierte Hülse 106. Das andere Ende der Druckfeder 107 stützt sich gegen den Federtopf 105. Die Druckfeder 107 bewirkt, dass der Magnetanker 104 an der Hülse 106 anliegt. Der Magnetanker 104 wird also von der Druckfeder 107 in die Ruheposition gedrückt. Der Federtopf 105 überträgt die Kraft der Druckfeder 107 auf den Magnetanker 104.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Einspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 nutzt eine Zugfeder, um den Magnetanker in seine Ruheposition an einem Anschlag am Ventilelement zu ziehen. Erfindungsgemäß bedarf das Zweimassensystem aus Magnetanker und Ventilelement keines Federtopfes. Dadurch reduziert sich die Anzahl der Bauteile. Des Weiteren reduziert sich die Anzahl der Schweißnähte, da kein Federtopf mehr befestigt wird und somit vereinfacht sich auch die Herstellung des Einspritzventils. Die erfindungsgemäß verwendete Zugfeder muss nicht mehr, wie die vorbekannte Druckfeder, stirnseitig angeschliffen werden, wodurch sich die Einzelteilkosten für die Feder reduzieren. Des Weiteren reduziert sich die Masse der Magnetankergruppe, da der Federtopf entfällt. Die dadurch verbesserte Ventildynamik reduziert das Geräuschverhalten des Ventils. All diese Vorteile werden erreicht durch das erfindungsgemäße Einspritzventil, insbesondere zum Einspritzen von Brennstoff in eine Brennkraftmaschine, umfassend ein Gehäuse mit zumindest einer Spritzöffnung und einen im Gehäuse linear beweglichen Magnetanker. Auf den Magnetanker wirkt eine bestrombare Magnetspule. Zusätzlich kann noch ein Polkern im Gehäuse vorgesehen werden. In dem Gehäuse ist ein linear bewegliches Ventilelement zum Öffnen und Verschließen der Spritzöffnung vorgesehen. Das Ventilelement ist sowohl gegenüber dem Gehäuse als auch gegenüber dem Magnetanker linear beweglich. An dem Ventilelement ist ein erster Anschlag ausgebildet. Es ist eine Zugfeder vorgesehen, die den Magnetanker gegen den ersten Anschlag zieht. Gemäß Definition wird eine Zugfeder auf Zug belastet und kontrahiert wieder von selbst.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Bevorzugt steckt der Magnetanker auf dem Ventilelement. Das Ventilelement selbst setzt sich bevorzugt zusammen aus einer Ventilnadel, die auf eine Ventilkugel wirkt. Auf der Ventilnadel sitzt der Magnetanker und ist bezüglich der Ventilnadel beweglich.
Die Zugfeder ist insbesondere radial klemmend ausgebildet. Dadurch ist eine sichere Verbindung der Enden der Zugfeder mit dem Magnetanker bzw. mit dem Ventilelement möglich. Insbesondere ist vorgesehen, dass ein erstes Ende der Zugfeder direkt mit dem Magnetanker verbunden ist und dass ein zweites Ende der Zugfeder direkt mit dem ersten Anschlag verbunden ist. Dieser erste Anschlag wird insbesondere als eine fest mit dem Ventilelement verbundene Hülse ausgebildet.
Für die genaue Verbindung zwischen Zugfeder und Magnetanker bzw. zwischen Zugfeder und Ventilelement gibt es verschiedene Ausgestaltungen. Diese verschiedenen Ausgestaltungen sind untereinander auch kombinierbar.
So ist insbesondere vorgesehen, dass am Magnetanker eine erste, brennraumabgewandte Auflagefläche ausgebildet ist. Die Zugfeder kann mit einem Ende auf dieser ersten Auflagefläche aufliegen.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass am Ventilelement, insbesondere an der Hülse die den ersten Anschlag bildet, eine zweite, brennraumzugewandte Auflagefläche ausgebildet ist. Die Zugfeder kann mit ihrem zweiten Ende auf dieser zweiten Auflagefläche aufliegen.
Auf der ersten und/oder auf der zweiten Auflagefläche wird bevorzugt eine umlaufende Nut ausgebildet. Die Enden der Feder können in diesen Nuten formschlüssig aufgenommen werden. Insbesondere sind diese Nuten halbrund, so dass der Draht einer spiralförmigen Feder darin formschlüssig aufgenommen werden kann.
Die erste Auflagefläche am Magnetanker wird besonders bevorzugt durch einen Einstich im Magnetanker gebildet. Der Magnetanker weist also einen radial nach innen zeigenden Absatz auf, an dem die erste Auflagefläche ausgebildet ist. Dadurch wird die Masse des Magnetankers reduziert und somit die Ventildynamik und die Geräuschentwicklung verbessert. Der Einstich am Magnetanker wird so gestaltet, dass der magnetische Fluss von der Magnetspule bzw. vom Innenpol durch den Magnetanker nur unwesentlich beeinflusst wird und dadurch die Magnetkraft nur unwesentlich reduziert wird.
Zusätzlich oder alternativ zur Auflage der Zugfeder auf der ersten und/oder zweiten Auflagefläche ist eine stoffschlüssige Verbindung der Zugfeder mit dem Magnetanker und/oder mit dem Ventilelement vorgesehen. Insbesondere wird die Zugfeder verschweißt.
Die Zugfeder wird insbesondere als selbstkontrahierende Spiralfeder ausgebildet.
Des Weiteren ist eine auf das Ventilelement in Schließrichtung wirkende Schließdruckfeder vorgesehen. Diese Schließdruckfeder wirkt gegen eine weitere Hülse am Ventilelement. Der Magnetanker ist bevorzugt zwischen der den ersten Anschlag bildenden Hülse und der weiteren Hülse auf dem Ventilelement angeordnet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Einspritzventil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 ein Detail eines erfindungsgemäßen Einspritzventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
3 ein Detail eines erfindungsgemäßen Einspritzventils gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
4 ein Detail eines erfindungsgemäßen Einspritzventils gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, und
5 ein Einspritzventil gemäß dem Stand der Technik.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt im Halbschnitt ein Einspritzventil 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Darstellung ist schematisch vereinfacht. Insbesondere ein Gehäuse 2 des Einspritzventils 1 ist lediglich angedeutet.
In dem Gehäuse 2 erstreckt sich entlang einer Längsachse 4 ein Ventilelement 5. Das Ventilelement 5 umfasst eine Ventilnadel 6, die auf eine Ventilkugel 7 wirkt. An der brennraumzugewandten Seite des Gehäuses 2 ist eine Spritzöffnung 3 im Gehäuse 2 ausgebildet. Über diese Spritzöffnung 3 kann Brennstoff aus dem Innenraum des Gehäuses 2 in einen Brennraum eingespritzt werden. Die Ventilkugel 7 des Ventilelementes 5 bildet im unteren Bereich des Gehäuses 2 einen Ventilsitz 8 zum Abdichten der Spritzöffnung 3.
Auf dem Ventilelement 5, insbesondere auf der Ventilnadel 6, ist ein erster Anschlag 9, ausgebildet als erste Hülse, befestigt. Des Weiteren befindet sich auf der Ventilnadel 6 ein zweiter Anschlag 10, ausgebildet als zweite Hülse. Die erste und/oder zweite Hülse können als separate Bauteile fest auf der Ventilnadel 6 montiert werden. Alternativ kann eine der beiden Hülsen integral mit der Ventilnadel 6 gefertigt werden. Am zweiten Anschlag 10 greift eine Schließdruckfeder 11 an, die das Ventilelement 5 in Schließrichtung drückt.
Zwischen dem ersten Anschlag 9 und dem zweiten Anschlag 10 ist ein Magnetanker 12 auf der Ventilnadel 6 montiert. Der Magnetanker 12 ist zwischen dem ersten Anschlag 9 und dem zweiten Anschlag 10 entlang der Längsachse 4 gegenüber dem Ventilelement 5 linear beweglich. Des Weiteren ist eine Magnetspule 13 vorgesehen, die magnetisch auf den Magnetanker 12 wirkt und somit den Magnetanker 12 in Bewegung versetzt. Über den ersten Anschlag 9 und den zweiten Anschlag 10 nimmt der Magnetanker 12 das Ventilelement 5 mit, so dass auch das Ventilelement 5 entlang der Längsachse 4 bewegt wird.
Zwischen dem ersten Anschlag 9 und dem Magnetanker 12 ist eine radial klemmende Zugfeder 14 angeordnet. Diese Zugfeder 14 zieht den Magnetanker 12 auf den ersten Anschlag 9. Somit kann die Zugfeder 14 auch als Ankerfreiwegsfeder bezeichnet werden.
Im Magnetanker 12 ist ein Einstich 21 vorgesehen. Durch diesen Einstich 21 ist ein radial nach innen zeigender Absatz 17 am Magnetanker 12 ausgebildet. Auf diesem Absatz 17 ist eine erste, brennraumabgewandte Auflagefläche 15 ausgebildet. Ein erstes Ende der Zugfeder 14 liegt auf dieser ersten Auflagefläche 15 auf.
Eine dem Brennraum zugewandte Seite des ersten Anschlags 9 wird als zweite Auflagefläche 16 bezeichnet. Das andere Ende der Zugfeder 14 liegt auf dieser zweiten Auflagefläche 16 auf.
Erfindungsgemäß ist also keine Druckfeder als Ankerfreiwegsfeder vorgesehen. Demgemäß bedarf es keines Federtopfes, wie im Stand der Technik. Dadurch reduziert sich die Bauteilanzahl und infolgedessen auch das Gewicht und die Herstellkosten für das erfindungsgemäße Einspritzventil 1.
Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele des Einspritzventils 1 erläutert. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind in allen Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen. In den 2 bis 4 wird lediglich ein Detail des jeweiligen Einspritzventils 1 gezeigt.
2 zeigt das Einspritzventil 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Im zweiten Ausführungsbeispiel sind in der ersten Auflagefläche 15 und in der zweiten Auflagefläche 16 jeweils umlaufende Nut 18 vorgesehen. Die Kontur der Nut 18 entspricht den Enden der Zugfeder 14. Im gezeigten Beispiel ist die Zugfeder 14 als Spiralfeder ausgebildet. Dementsprechend ist die Zugfeder 14 durch einen gebogenen Draht mit einem runden Querschnitt gebildet. Die Nuten 18 haben einen entsprechenden halbrunden Querschnitt. Die Nuten 18 nehmen die Zugfeder 14 formschlüssig auf.
3 zeigt das Einspritzventil gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Im dritten Ausführungsbeispiel ist im ersten Anschlag 9 ein weiterer Einstich 19 vorgesehen. Durch den weiteren Einstich 19 wird die Zugfeder 14 am ersten Anschlag 9 formschlüssig aufgenommen und ein Verrutschen der Zugfeder 14 radial nach innen begrenzt.
4 zeigt das Einspritzventil 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel. Im vierten Ausführungsbeispiel ist eine Schweißverbindung 20 zwischen der Zugfeder 14 und dem Magnetanker 12 gezeigt. Solch eine Schweißverbindung 20 ist in allen Ausführungsbeispielen sowohl zwischen der Zugfeder 14 und dem Magnetanker 12 als auch zwischen der Zugfeder 14 und dem ersten Anschlag 9 möglich.

Claims

Einspritzventil (1), insbesondere zum Einspritzen von Brennstoff in eine Brennkraftmaschine, umfassend – ein Gehäuse (2) mit zumindest einer Spritzöffnung (3), – einen im Gehäuse (2) linear beweglichen Magnetanker (12), – eine auf den Magnetanker (12) magnetisch wirkende Magnetspule (13), – ein gegenüber dem Gehäuse (2) und gegenüber dem Magnetanker (13) linear bewegliches Ventilelement (5), das zusammen mit der zumindest einen Spritzöffnung (3) einen Ventilsitz (8) bildet, – einen ersten Anschlag (9) am Ventilelement (5), und – eine den Magnetanker (12) gegen den ersten Anschlag (9) ziehende Zugfeder.
Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (12) auf dem Ventilelement (5) steckt.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ende der Zugfeder (14) direkt mit dem Magnetanker (12) verbunden, und das zweite Ende der Zugfeder (14) direkt mit dem ersten Anschlag (9) verbunden ist.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine erste, brennraumabgewandte Auflagefläche (15) am Magnetanker (12), wobei die Zugfeder (14) auf der ersten Auflagefläche (15) aufliegt.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zweite, brennraumzugewandte Auflagefläche (16) am Ventilelement (5), wobei die Zugfeder (14) auf der zweiten Auflagefläche (16) aufliegt.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Auflagefläche (15) und/oder in der zweiten Auflagefläche (16) eine umlaufende Nut (18) zur formschlüssigen Aufnahme der Zugfeder (14) ausgebildet ist.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfeder (14) mit dem Magnetanker (12) und/oder mit dem Ventilelement (5) stoffschlüssig verbunden ist.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (5) eine Ventilnadel (6) umfasst, wobei der erste Anschlag (9) an einer Hülse auf der Ventilnadel (6) ausgebildet ist.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfeder (14) als eine selbstkontrahierende Spiralfeder ausgebildet ist.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine auf das Ventilelement (5) in Schließrichtung wirkende Schließdruckfeder (11).