DE102012215779A1

DE102012215779A1 - Einspritzventil

Info

Publication number: DE102012215779A1
Application number: DE102012215779.4A
Authority: DE
Inventors: Philipp ROGLER; Martin Scheffel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2014-03-06
Also published as: EP2893182B1; JP6111334B2; US20150240765A1; KR102116698B1; JP2015526646A; KR20150048145A; US9518542B2; WO2014037142A1; EP2893182A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einspritzventil (1) zum Einspritzen eines Mediums, insbesondere zum Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum, umfassend: ein Gehäuse (2) mit zumindest einer Spritzöffnung (4) an einer Auslassseite (3), eine Magnetspule (5), einen durch die Magnetspule (5) linearbeweglichen Magnetanker (6), eine linearbewegliche Ventilnadel (7) zum Öffnen und Schließen der Spritzöffnung (4), einen ersten Anschlag (11) auf einer auslassabgewandten Seite des Magnetankers (6) und einen zweiten Anschlag (12) auf einer auslasszugewandten Seite des Magnetankers (6), wobei der Magnetanker (6) zwischen dem ersten Anschlag (11) und dem zweiten Anschlag (12) gegenüber der Ventilnadel (7) linearbeweglich ist, und mit der Ventilnadel (7) gefügtes Führungselement (16), wobei eine Außenfläche (18) des Führungselementes (16) als Führung für die Linearbewegung des Magnetankers (6) dient, und wobei der zweite Anschlag (12) integraler Bestandteil des Führungselementes (16) ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einspritzventil zum Einspritzen eines Mediums, insbesondere zum Einspritzen von Brennstoff in einem Brennraum.
Der Stand der Technik zeigt Ventile zur Einspritzung von Ottokraftstoff mit einer Ventilnadel, die von einem Aktor, beispielsweise einem Elektromagneten oder Piezosteller, gegen eine Schließfeder so bewegt wird, dass eine gewünschte Kraftstoffmenge gezielt direkt in den Brennraum eingebracht wird. Im vorliegenden Fall wird ein Einspritzventil betrachtet, bei dem der Magnetanker von der Ventilnadel entkoppelt ist. Beim Öffnen des Ventils soll sich der Magnetanker schnell von dem an der Ventilnadel befindlichen unteren Anschlag lösen, den Ankerfreiweg schnell überwinden und beim Auftreffen auf den oberen Anschlag das Ventil schnell öffnen. Wird die Bestromung des Ventils beendet, schließt die Ventilnadel wieder. Der Magnetanker führt, nachdem die Ventilnadel den Ventilsitz wieder verschließt, seine Bewegung fort, bis er auf den unteren Anschlag trifft. Vom unteren Anschlag prellt der Magnetanker gegebenenfalls einoder mehrmals ab, bis er seine Ruheposition wieder erreicht. Die Zeit, bis der Magnetanker wieder in die Ruheposition zurückgestellt wird, ist entscheidend für die Fähigkeit des Ventils, schnell aufeinanderfolgende Einspritzungen mit hoher Genauigkeit abzusetzen.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Einspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht eine sehr schnelle Rückstellung des Magnetankers nach dem Schließen des Ventils durch eine verbesserte Dämpfung. Dadurch kann das Einspritzventil kurz nacheinander sehr präzise einspritzen. Der Ankerfreiweg ist dabei nach wie vor einstellbar. Das Schaltverhalten und die Mengenzumessung des Einspritzventils wird vereinheitlicht und die Istwerte weichen somit möglichst wenig vom Sollwert ab. Die Kosten zur Herstellung der Ventilnadel können reduziert werden, da der Magnetanker erfindungsgemäß nicht mehr auf der Ventilnadel, sondern auf dem Führungselement geführt wird. Die Ventilnadel muss deshalb nicht mehr feinstbearbeitet werden. Es entfällt beispielsweise ein Schleifen der Ventilnadel bzw. es kann ein gerollter oder gezogener Nadelstift ohne weitere Nachbearbeitung verwendet werden. All diese Vorteile werden erreicht durch das erfindungsgemäße Einspritzventil, welches insbesondere bei Ottomotoren zur Kanal- oder Direkteinspritzung von Kraftstoff genutzt wird. Das Einspritzventil umfasst ein Gehäuse mit zumindest einer Spritzöffnung an einer Auslassseite, eine Magnetspule und einen durch die Magnetspule linear beweglichen Magnetanker. Des Weiteren ist eine linearbewegliche Ventilnadel zum Öffnen und Schließen der Spritzöffnung vorgesehen. Der Magnetanker ist zwischen einem ersten Anschlag und einem zweiten Anschlag koaxial zur Ventilnadel linear beweglich. Erfindungsgemäß ist die Ventilnadel fest mit dem Führungselement verbunden. Die Außenfläche des Führungselements dient dabei als Führung für die Linearbewegegung des Magnetankers. Gleichzeitig ist der zweite Anschlag ein integraler Bestandteil des Führungselements. Somit ist die Führung des Magnetankers einstückig mit dem zweiten Anschlag ausgebildet. Der erste Anschlag ist auf der auslassabgewandten Seite des Magnetankers und kann somit als oberer Anschlag bezeichnet werden. Der zweite Anschlag ist auf der auslasszugewandten Seite des Magnetankers und kann somit als unterer Anschlag bezeichnet werden. Zwischen dem Magnetanker und dem zweiten Anschlag ist üblicherweise ein Quetschspalt definiert. In diesem Quetschspalt befindet sich das einzuspritzende Medium, so dass der Quetschspalt beim Schließen des Einspritzventils die Bewegung des Magnetankers dämpft und den Magnetanker schnell in seine Ruheposition zurückstellt. Die Wirksamkeit des Quetschspaltes hängt von der minimalen Spalthöhe des Quetschspaltes ab. Bei vorbekannten Einspritzventilen ist der zweite Anschlag an einer Anschlaghülse ausgebildet. Die Anschlaghülse wiederum ist auf der Ventilnadel verschweißt. Bei diesem Verschweißen erfolgt ein Verkippen der Anschlaghülse und somit auch des zweiten Anschlags gegenüber der Ventilnadel, wodurch die Spalthöhe des Quetschspaltes ungünstig verändert wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, dass das Führungselement, an dem der zweite Anschlag ausgebildet ist, gleichzeitig zur Führung des Magnetankers verwendet wird. Infolgedessen ist ein vorbestimmter Winkel zwischen dem zweiten Anschlag und der Führungsfläche des Magnetankers fest vorgegeben und bleibt auch bei dem Schweißvorgang unverändert.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Das Führungselement ist bevorzugt als eine auf die Ventilnadel aufgesteckte Hülse ausgebildet ist. Alternativ verlängert das Führungselement als massiver Körper die Ventilnadel in Längsrichtung.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der erste Anschlag an einem Ring ausgebildet. Dieser Ring ist auf das Führungselement aufgesteckt. Insbesondere wird der Ring mit dem Führungselement verschweißt. Der Abstand zwischen den beiden Anschlägen abzüglich der Höhe des Magnetankers definiert den Ankerfreiweg. Dieser wird durch positionieren des Rings auf dem Führungselement eingestellt.
Der Ring ist bevorzugt im Querschnitt L-förmig ausgestaltet. Die Verschweißung zwischen Ring und Führungselement erfolgt vorzugsweise auf der auslassabgewandten Seite des ersten Anschlags.
Das Führungselement wird bevorzugt mit der Ventilnadel verschweißt. Die Schweißnaht wird dabei vorzugsweise lediglich auf der der auslasszugewandten Seite des zweiten Anschlags gesetzt.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das Führungselement gemeinsam mit dem zweiten Anschlag als einstückiges Dreh- oder Frästeil gefertigt ist.
Vorzugsweise steht der zweite Anschlag rechtwinklig vom Führungselement ab.
Das Führungselement weist insbesondere eine zylindrische Außenfläche auf, auf der der Magnetanker geführt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Magnetanker 6 sind Kanäle 15 ausgebildet. Durch die Kanäle 15 kann der einzuspritzende Brennstoff fließen. Zusätzlich oder alternativ zu den Kanälen 15 kann auch die Ventilnadel 7 als Hohlnadel ausgebildet sein.
2 zeigt einen Detailausschnitt des Einspritzventils 1. Anhand von 2 ist gut zu sehen, dass auf der Ventilnadel 7 ein Führungselement 16, ausgebildet als Hülse 16, steckt. Integraler Bestandteil des Führungselements 16 ist der zweite Anschlag 12. Das Führungselement 16 samt dem zweiten Anschlag 12 ist als ein einstückiges Drehteil gefertigt. Das Führungselement 16 erstreckt sich über eine Führungselementlänge 21. Der Magnetanker 6 erstreckt sich über eine Magnetankerlänge 22. Die Längen werden dabei parallel zur Längsachse 23 gemessen. Die Führungselementlänge 21 ist wesentlich länger als die Magnetankerlänge 22. Dadurch kann das Führungselement 16 mit seiner Außenfläche 18 den Magnetanker 6 vollständig führen. Durch die integrale Ausbildung des zweiten Anschlags 12 am Führungselement 16 ist ein definierter Winkel, insbesondere von 90°, zwischen der Außenfläche 18 und dem zweiten Anschlag 12 gegeben.
Auf dem Führungselement 16 steckt ein Ring 17. An dem Ring 17 ist der erste Anschlag 11 ausgebildet. Der Ring 17 ist im Querschnitt L-förmig. Der Ring 17 ist über eine erste Schweißnaht 19 mit dem Führungselement 16 verbunden. Das Führungselement 16 wiederum ist mit einer zweiten Schweißnaht 20 mit der Ventilnadel 7 verbunden.
3 zeigt ein Detail eines zweiten Ausführungsbeispiels. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist das Führungselement 16 nicht als Hülse, sondern als massiver Körper ausgebildet. Die Ventilnadel 7 endet unterhalb des Führungselements 16. Das Führungselement 16 verlängert die Ventilnadel 7 entlang der Längsachse 23 zumindest bis zum Ring 17.
Das erfindungsgemäße Führungselement 16 beider Ausführungsbeispiele vereint somit die Führungs- und Anschlagsfunktion. Die Ausführungsbeispiele können mit einer hohlen oder mit einer massiven Ventilnadel 7 gebaut werden, die im allgemeinen nicht symmetrisch sein muss. Der Ring 17 über die erste Schweißnaht 19 mit der Hülse 16 verbunden, wobei hier über verschieben des Rings 17 der gewünschte Ankerfreiweg 13 kostengünstig einstellbar ist.
Vorzugsweise wird das Führungselement 16 so ausgestaltet, dass die zur Führung dienende Außenfläche 18 und die dazu rechtwinklige Fläche des zweiten Anschlags 12 in einer Aufspannung gefertigt, beispielsweise gedreht und/oder geschliffen, werden können. Die Schweißnähte 19, 20 sind vorzugsweise so weit von der Führungs- und Anschlagsfläche entfernt, dass diese Flächen nicht durch den Schweißprozess verzogen werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Einspritzventil gemäß allen Ausführungsbeispielen,
2 ein Detail des erfindungsgemäßen Einspritzventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
3 ein Detail des erfindungsgemäßen Einspritzventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Ausführungsformen der Erfindung
Im Folgenden wird anhand der 1 und 2 ein Einspritzventil 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel im Detail erläutert. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind in allen Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen.
Das Einspritzventil 1 umfasst ein Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 ist in 1 lediglich teilweise und schematisch dargestellt. An einer Auslassseite 3 des Einspritzventils 1 ist zumindest eine Spritzöffnung 4 im Gehäuse 2 ausgebildet. Des Weiteren trägt das Gehäuse 2 eine Magnetspule 5.
Das Einspritzventil 1 umfasst ferner einen Magnetanker 6 und eine Ventilnadel 7 mit einer Kugel 8.
Der Magnetanker 6 ist entlang einer Längsachse 23 zwischen einem ersten Anschlag 11 und einem zweiten Anschlag 12 linear beweglich. Der Abstand zwischen den beiden Anschlägen 11, 12 definiert einen Ankerfreiweg 13. Eine erste Feder 9 belastet die Ventilnadel 7 in Richtung der Auslassseite 3. Eine zweite Feder 12 ist über einen Federtopf 14 an dem Magnetanker 6 angebunden. Die zweite Feder 10 belastet den Magnetanker 6 über den Federtopf 14 ebenfalls in Richtung der Auslassseite 3, so dass der Magnetanker 6 durch die Kraft der zweiten Feder 10 am zweiten Anschlag 12 anliegt.

Claims

Einspritzventil (1) zum Einspritzen eines Mediums, insbesondere zum Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum, umfassend: – ein Gehäuse (2) mit zumindest einer Spritzöffnung (4) an einer Auslassseite (3), – eine Magnetspule (5), – einen durch die Magnetspule (5) linearbeweglichen Magnetanker (6), – eine linearbewegliche Ventilnadel (7) zum Öffnen und Schließen der Spritzöffnung (4), – einen ersten Anschlag (11) auf einer auslassabgewandten Seite des Magnetankers (6) und einen zweiten Anschlag (12) auf einer auslasszugewandten Seite des Magnetankers (6), wobei der Magnetanker (6) zwischen dem ersten Anschlag (11) und dem zweiten Anschlag (12) gegenüber der Ventilnadel (7) linearbeweglich ist, und – eine an die Ventilnadel (7) gefügtes Führungselement (16), wobei eine Außenfläche (18) des Führungselementes (16) als Führung für die Linearbewegung des Magnetankers (6) dient, und wobei der zweite Anschlag (12) integraler Bestandteil des Führungselementes (16) ist.
Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschlag (11) an einem Ring (17) ausgebildet ist, wobei der Ring (17) auf dem Führungselement (16) aufgesteckt ist.
Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (17) mit dem Führungselement (16) verschweißt ist.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (17) im Querschnitt L-förmig ist.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (17) lediglich auf der auslassabgewandten Seite des ersten Anschlags (11) mit dem Führungselement (16) verschweißt ist.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (16) mit der Ventilnadel (7) verschweißt ist.
Einspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (16) lediglich auf der auslasszugewandten Seite des zweiten Anschlags (12) mit der Ventilnadel (7) verschweißt ist.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (16) gemeinsam mit dem zweiten Anschlag (12) als ein einstückiges Dreh- oder Frästeil gefertigt ist.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschlag (12) rechtwinklig von dem Führungselement (16) absteht.
Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (15) als eine auf die Ventilnadel (7) aufgesteckte Hülse ausgebildet ist, oder dass das Führungselement (15) als ein die Ventilnadel (7) verlängerndes Element ausgebildet ist.