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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Aus der
DE 40 03 228 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem ein Brennstofffilter am zulaufseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils in den Brennstoffeinlassstutzen eingepresst ist. Dieser Brennstofffilter ist am Umfang beispielsweise mit einem Messingring versehen, der mit der Wandung des Brennstoffeinlassstutzens die Paarung beim Einpressen des Brennstofffilters bildet. Der Messingring umgibt einen ringförmigen Kunststoffmassivabschnitt des Grundkörpers des Brennstofffilters, von dem aus z.B. drei Stege in Längsrichtung bis zu einem gemeinsamen Bodenabschnitt verlaufen, von denen das eigentliche Siebgewebe in diesen Teilbereichen umspritzt ist. Eine Einstellhülse stromabwärts des Brennstofffilters dient zur Einstellung der Federvorspannung einer an der Einstellhülse anliegenden Rückstellfeder.
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Bekannt sind desweiteren bereits Brennstoffeinspritzventile, bei denen die Einstellhülse und der Brennstofffilter als ein so genanntes Kombibauteil vorliegen, also die beiden Funktionen der Einstellung der Federvorspannung einer an der Einstellhülse anliegenden Rückstellfeder und die Filterung des einströmenden Brennstoffs in einem Bauteil integriert sind (
US 5,335,863 A ,
US 6,434,822 B1 ,
EP 1 296 057 B1 ,
EP 2 426 351 A1 ,
EP 1 377 747 A1 ). Alle bekannten Lösungen zeichnen sich dadurch aus, dass ein Pressbereich im Bereich der Einstellhülse vorgesehen ist, der mit der Wandung des sie umgebenden Anschlussstutzens eine Presspassung eingeht, die so eng gewählt ist, dass über die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils die Federspannung konstant gehalten bleibt, also ein Verrutschen der Einstellhülse ausgeschlossen ist.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass ein Einstellelement als Kombibauteil im Brennstoffzulauf eingesetzt ist, dass eine hohe Funktionsintegration (Einstellung der Federkraft der Rückstellfeder, Filterung des Brennstoffs, Dämpfung von Druckpulsationen) in sich vereint, wobei das Einstellelement von einer Hülse nach außen hin gebildet ist, die zwei Einlegeteile in ihrem Inneren aufnimmt und diese sicher und geschützt umschließt.
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Mit sehr geringen Zusatzkosten und zudem einfach herstellbar ist durch das Einbringen eines scheibenförmigen Drosselelements mit einer integrierten Drosselbohrung in dem Einstellelement eine erhebliche Geräuschreduzierung gegenüber Brennstoffeinspritzventilen ähnlicher Bauart und vergleichbarer konstruktiver Ausgestaltung erzielbar.
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Da in idealer Weise in dem Einstellelement ein Filterelement integriert ist, ist die höchste denkbare Funktionsintegration an dem erfindungsgemäßen Einstellelement vorgenommen.
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In besonders vorteilhafter Weise wird die feste Verbindung zwischen dem Drosselelement und der Hülse und/oder zwischen dem Filterelement und der Hülse mittels Magnetpulsumformens erzielt, das für eine plastische Verformung zumindest der Hülse oder zusätzlich auch des Drosselelements bzw. des Filterelements zumindest im unmittelbaren Verbindungsbereich sorgt.
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Das Verfahren des Magnetpulsumformens ermöglicht im vorliegenden Umformungsbereich besonders vorteilhaft eine sehr gleichmäßige Materialverteilung und eine sehr gute Formbarkeit der Hülse, so dass komplexe Formen, wie Mehrfachrillen oder Ringwulststrukturen mit feinster Detailwiedergabe und korrekt ausgeformten Ecken, Kanten und Rundungen auf einfache Art und Weise umsetzbar sind. Das Magnetpulsumformen eignet sich auch deshalb, weil durch den Aufbau des Umformwerkzeugs ein Rückfedern der Hülse ausgeschlossen ist. Der Prozess verläuft sauber und spanfrei, und hochwertige Werkstückoberflächen sind nach dem Umformen ohne Nachbearbeitung ebenfalls garantiert.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
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In vorteilhafter Weise sind am Außenumfang des Drosselelements und/oder des Filterelements wenigstens eine umlaufende Nut oder eine oder mehrere Rillen oder eine nach außen stehende Ringwulststruktur vorgesehen. In idealer Weise kann mittels Magnetpulsumformens die Hülse im Verbindungsbereich entsprechend der korrespondierenden Außenstruktur des Drosselelements und/oder des Filterelements eingeformt werden. Vorteile einer solchen Ausführung sind eine zentrische Montage sowie eine hohe Verdrehsicherheit des Drosselelements in der Hülse. Zusätzlich erreicht man damit eine Robustheitssteigerung der Baugruppe durch den Verzicht weiterer Verformungsschritte an der Hülse, die eine Festigkeitsabnahme mit sich bringen würden.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 einen axialen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik, 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventil im Bereich II in 1 mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Einstellelements, 3 ein Einstellelement in einer Schnittdarstellung mit einer umlaufend umgeformten Rille und 4a, 4b, 4c und 4d vier weitere alternative durch Magnetpulsumformen erzeugte Umformstrukturen entsprechend dem Ausschnitt IV in 3 mit mehreren Rillen, mit einer Wulststruktur, mit einer breiten Nut sowie mit einem auf eine Rille folgenden konisch umgeformten Hülsenbereich.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Bevor anhand der 2 bis 4 Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils näher beschrieben werden, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von 1 ein bereits bekanntes Brennstoffeinspritzventil bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.
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Das in 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
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Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über wenigstens eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch eine Verengung 26 voneinander getrennt und miteinander durch ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.
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Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. Stromaufwärts der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Einstellhülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
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In der oberen Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und an einem unteren Führungselement 36 verlaufen Brennstoffkanäle 30, 31 und 32. Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffverteilerleitung und durch eine weitere Dichtung 37 gegen einen nicht weiter dargestellten Zylinderkopf abgedichtet. Zwischen dem ersten Flansch 21 und dem Anker 20 ist eine Vorhubfeder 38 angeordnet, welche den Anker 20 im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 in Anlage an dem zweiten Flansch 34 hält. Die Federkonstante der Vorhubfeder 38 ist dabei wesentlich kleiner als die Federkonstante der Rückstellfeder 23.
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Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 und der Vorhubfeder 38 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, dass der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 zunächst entgegen der Federkraft der Vorhubfeder 38 in Hubrichtung bewegt, wobei ein Ankerfreiweg durch den Abstand zwischen dem ersten Flansch 21 und dem Anker 20 vorgegeben ist. Nach Durchlaufen des Ankerfreiwegs nimmt der Anker 20 den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der Anker 20 durchläuft dabei einen Gesamthub, der der Höhe des Arbeitsspaltes 27 zwischen dem Anker 20 und dem Innenpol 13 entspricht. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der über die Brennstoffkanäle 30 bis 32 geführte Brennstoff wird durch die Abspritzöffnung 7 abgespritzt.
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Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende erste Flansch 21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird. Die Vorhubfeder 38 beaufschlagt den Anker 20 dann wiederum so, dass dieser nicht von dem zweiten Flansch 34 zurückprellt, sondern ohne Anschlagspreller in den Ruhezustand zurückkehrt.
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Der Innenpol 13 ist zum Zulaufende des Brennstoffeinspritzventils 1 hin hülsenförmig ausgeführt und bildet insofern in diesem Bereich eine Anschlusshülse 40. Die Anschlusshülse 40 kann auch als separates Bauteil unabhängig vom Innenpol 13 ausgeformt sein, in die dann z.B. der Innenpol 13 eingepasst ist. Im Bereich der Anschlusshülse 40 ist das Filterelement 25 eingebracht, das der Herausfiltrierung solcher Partikel im Brennstoff dient, die ansonsten zu Funktionsbeeinträchtigungen an den relevanten Ventilbauteilen wie dem Dichtsitz führen könnten.
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Der elektromagnetische Kreis kann z.B. auch durch einen Piezoaktor oder einen magnetostriktiven Aktor als Aktuator ersetzt werden.
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2 zeigt in einer auszugsweisen axialen Schnittdarstellung ungefähr den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt als ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Einstellelements 50, das als Kombibauteil ausgeführt ist und zumindest die Funktionen der Einstellhülse 24 und des Filterelements 25 vereint. Das Einstellelement 50 besteht dabei aus drei Einzelteilen. So bildet die äußere Ummantelung des Einstellelements 50 eine metallene Hülse 51, die weitgehend zylindrisch, z.B. aber zumindest einmal gestuft ausgeführt ist und mittels Tiefziehen hergestellt ist. Die dünnwandige Hülse 51 weist dabei z.B. in einem zulaufseitigen Abschnitt einen radial geringfügig vergrößerten Bereich auf, der als Pressbereich 55 dient.
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In der tiefgezogenen Hülse 51 ist ein Filterelement 62 integriert, das z.B. aus einem Rahmenteil 65 aus spritzgegossenem Kunststoff und einem Filtergewebe 66 gebildet ist, wobei das Rahmenteil 65 in der Hülse 51, insbesondere im Pressbereich 55 der Hülse 51 befestigt ist. Das z.B. tiefgezogene Metallgewebe des Filterelements 62 ist dabei in das Kunststoff-Rahmenteil 65 mit eingegossen, so dass ein einteiliges Filterelement 62 vorliegt, das in die Hülse 51 einbringbar ist. Das Rahmenteil 65 korrespondiert mit dem Pressbereich 55 der Hülse 51 zur sicheren und zuverlässigen Befestigung des Filterelements 62 und besitzt zudem noch drei längs verlaufende Rahmenstege, die dem Filterelement 62 die notwendige Stabilität verleihen.
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Insbesondere bei Hochdruckeinspritzventilen, die z.B. mit einem Brennstoffdruck von > 100 bar versorgt werden, hat sich gezeigt, dass es im Betrieb zu einer erheblichen Geräuschentwicklung kommt, die als z.T. störend empfunden werden kann. Eine wirksame Geräuschreduzierung erfolgt dadurch, dass im Zulaufbereich des Einstellelements 50 eine Drosselbohrung 54 vorgesehen ist, die einen Öffnungsquerschnitt besitzt, der um ein Vielfaches kleiner ist als der Öffnungsquerschnitt der Anschlusshülse 40 bzw. des Innenpols 13. Die Drosselbohrung 54 besitzt dabei z.B. einen Durchmesser von 0,4 mm bis 1,5 mm je nach Öffnungsweite der Anschlusshülse 40. Mit Hilfe der Drosselbohrung 54 kann eine gezielte Dämpfung von Druckpulsationen im Inneren des Brennstoffeinspritzventils erfolgen. Die Drosselbohrung 54 ist in einem eigenständigen Einlegeteil eingebracht, das als scheibenförmiges und dabei aber gestuftes Drosselelement 56 ausgeführt ist. Das Drosselelement 56 ist zumindest teilweise im Pressbereich 55 der dünnwandigen Hülse 51 untergebracht. Stutzenartig kann ein durchmesserkleinerer Teilbereich 67 des Drosselelements 56 zulaufseitig aus der Hülse 51 herausstehen.
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Der Pressbereich 55 der Hülse 51 ist zylindrisch ausgeführt, so dass das Filterelement 62 mit seinem Rahmenteil 65 sowie das Drosselelement 56 einen zylindrischen Einschubbereich aufweisen. In das Innere der Hülse 51 wird im Montageprozess des Einstellelements 50 zuerst das Filterelement 62 als eigenständiges Einlegeteil eingebracht. Danach wird das Drosselelement 56 als weiteres eigenständiges Einlegeteil über dem Filterelement 62 in die Hülse 51 eingebracht. Zur sicheren und zuverlässigen Aufnahme der Einlegeteile, insbesondere des Drosselelements 56, wird erfindungsgemäß eine feste Verbindung insbesondere zwischen dem Drosselelement 56 und der Hülse 51 mittels Magnetpulsumformens erzielt, das für eine plastische Verformung sowohl der Hülse 51 als auch des Drosselelements 56 zumindest im unmittelbaren Verbindungsbereich sorgt. Der Randbereich des Drosselelements 56 ist dabei innerhalb der Hülse 51 so weit abgedichtet, dass ein Bypass zu der Drosselbohrung 54 verhindert ist.
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Während des Montageprozesses wird das Einstellelement 50 in den Innenpol 13 geführt, wobei dann letztlich über den Pressbereich 55 die Rückstellfeder 23 auf ein gewünschtes Voreinpressmaß eingestellt wird. Bei der Montage der Anschlusshülse 40 wird die Anschlusshülse 40 über das hinausstehende obere Ende des Einstellelements 50 gesteckt. Nach dieser Montage und der Verschweißung der Anschlusshülse 40 am Innenpol 13 können schlussendlich durch Verschieben des Einstellelements 50 die dynamische Abspritzmenge und die Federkraft der Rückstellfeder 23 endgültig fest eingestellt werden.
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3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Einstellelements 50 in einer Schnittdarstellung. Das Drosselelement 56 kann in idealer Weise eine einfache, präzis im Außen- und Innendurchmesser hergestellte Scheibe mit parallel verlaufenden Stirnseiten sein. Die feste Verbindung zwischen der Hülse 51 und dem Drosselelement 56 wird mittels Magnetpulsumformens erzielt, mit dem eine plastische Verformung der Hülse 51 erfolgt. Im in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist am Außenumfang des Drosselelements 56 bereits eine umlaufende Rille vorgesehen, in die das Material der Hülse 51 im korrespondierenden Bereich entsprechend eingeformt wird. In diesem umlaufenden Verbindungsbereich drückt sich die Hülse 51 ringförmig in die vorgeformte Negativstruktur des Drosselelements 56 und/oder in das Material des Drosselelements 56 radial etwas nach innen, so dass es zu einer festen und sicheren Verbindung kommt.
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Alternative Ausführungen der Verbindungsbereiche sind in den 4a bis 4d gezeigt. Die 4a, 4b, 4c und 4d zeigen dabei vier alternative durch Magnetpulsumformen erzeugte Umformstrukturen entsprechend dem Ausschnitt IV in 3. In der 4a ist eine Struktur mit mehreren, hier drei Rillen am Außenumfang des Drosselelements 56 dargestellt, in die entsprechend hinein die plastische Verformung der Hülse 51 nach radial innen in jede Rille umlaufend erfolgt. Gemäß dieser mehrfach ringförmigen Umformung besitzt letztendlich auch die Hülse 51 eine Rillenstruktur. Aus der 4b ist ersichtlich, dass eine nach außen stehende Ringwulststruktur am Drosselelement 56 und/oder am Filterelement 62 vorgesehen sein kann, wobei dann das verformte Material der Hülse 51 in entsprechend korrespondierende Vertiefungen der Ringwulststruktur eingreift. 4c zeigt eine erfindungsgemäße Lösung mit einer breiten Nut. Dabei wird über einen breiteren Bereich als bei einer Rille eine Verformung der Hülse 51 nach radial innen vorgenommen. Im Querschnitt besitzt die umlaufende Ringnut eine Wannenform. In der 4d ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der sich an die plastische Verformung der Hülse 51 nach radial innen in Form wenigstens einer Rille oder Nut ein in eine Konusform umgeformter Abschnitt der Hülse 51 anschließt. Der konisch umgeformte Hülsenbereich legt sich dabei an einen ebenfalls konisch verlaufenden Abschnitt des Drosselelements 56 an.
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Analog zur Verbindung am Drosselelement 56 kann eine vergleichbare feste Verbindung der verschiedenen beschriebenen Ausführungsvarianten auch zwischen der Hülse 51 und dem Rahmenteil 65 des Filterelements 62 hergestellt werden, wenn eine Fixierung des Drosselelements 56 damit definitiv auch sichergestellt ist. In idealer Weise werden alle Verbindungen in einem Arbeitsgang zeitgleich erzeugt.
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Als zusätzliche Sicherungsmaßnahme der festen Verbindung im Umformungsbereich können noch Fügeverfahren wie Laser-, Roll-, KE- oder Widerstandsschweißen o.ä. zum Einsatz kommen.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und auch bei einer Vielzahl anderer Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen im Vergleich zu der in 1 gezeigten Bauform des Brennstoffeinspritzventils realisierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4003228 A1 [0002]
- US 5335863 A [0003]
- US 6434822 B1 [0003]
- EP 1296057 B1 [0003]
- EP 2426351 A1 [0003]
- EP 1377747 A1 [0003]
