DE19503224A1

DE19503224A1 - Elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil für Kraftstoffeinspritzanlagen von Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE19503224A1
Application number: DE1995103224
Authority: DE
Inventors: Bernd Taubitz; Thanh-Hung Dip Nguyen-Schaefer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-02-02
Filing date: 1995-02-02
Publication date: 1996-08-08

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil für Kraftstoffeinspritzanlagen von Verbren nungsmotoren, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein bekanntes elektromagnetisch betätigbares Ventil dieser Art (DE 40 08 675 A1) besitzt eine in einem Durchströmungsbe reich eines Ventilgehäuses angeordnete Ventilnadel, die von einem Elektromagneten zum Öffnen und Schließen des in ihrer Längsrichtung verschiebbar ist. Die Ventilnadel umfaßt ein Verbindungsrohr, an das an einem Ende eine als Schließkörper dienende Ventilkugel angeschweißt ist und das an seinem ande ren Ende mit einem Magnetanker verschweißt ist. Die Ventilku gel wirkt mit einem an einer Buchse ausgebildeten Ventilsitz zusammen, um je nach Stellung der Ventilnadel einen Durch strömungsweg des Ventils definiert freizugeben oder zu ver schließen.

Bei einem anderen bekannten elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventil (WO 94/05907) umfaßt eine im Durchströmungs bereich angeordnete Ventilnadel ebenfalls eine mit einem Ven tilsitz zusammenwirkende Ventilkugel, ein Verbindungsrohr und einen Magnetanker. Die einzelnen, aus Metall bestehenden Tei le der Ventilnadel sind dabei ebenfalls miteinander ver schweißt.

Die von einer Feder in ihre Schließstellung vorgespannte Ven tilnadel ist dabei mit der Ventilkugel in einer Ausnehmung eines Ventilsitzkörpers geführt. Um eine Umströmung der Kugel im Führungsbereich zu erhalten, ist bei diesem bekannten Ein spritzventil zumindest eine in Bewegungsrichtung der Ventil nadel verlaufende Rille in der die Ventilnadel führenden In nenwand der Ausnehmung vorgesehen.

Ferner ist es bekannt, kugelförmige Schließkörper bei derar tigen Einspritzventilen mit abgeflachten Flächen auszubilden, um die Umströmung der Ventilkugel und damit den Durchfluß ei nes Mediums durch das Einspritzventil zu ermöglichen.

Bei derartigen Einspritzventilen ist es relativ aufwendig, die aus drei Teilen aufgebaute Ventilnadel herzustellen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sie einfacher und preiswerter hergestellt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß der Schließkörper mittels einer Schnappverbindung am Schließkörperträger gehalten ist, wo durch sich der Aufwand für die Befestigung des Schließkörpers wesentlich reduzieren läßt. Auf ein aufwendiges Fügeverfah ren, wie z. B. Schweißen, Löten oder Kleben, zur Befestigung des Schließkörpers am Schließkörperträger kann vollständig verzichtet werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Werkstoff für den Schließkörper frei gewählt werden kann, so daß je nach den Anforderungen an das Einspritzventil, eine Dämpfung beim Schließen des Ventils und/oder eine Verringerung des Ver schleißes erreichbar ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß auch nicht schweißbare Materialien, zum Beispiel Alumini umoxid, für den Schließkörper verwendet werden können.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Außerdem bewirkt die Verwendung von Kunststoff für den Schließkörperträger eine Gewichtsreduzierung der Ventilnadel, die für ein sehr schnelles Betätigen des Ventils vorteilhaft ist, da die beim Öffnen und Schließen zu bewegenden Massen dadurch verringert sind.

Eine weitere vorteilhafte Vereinfachung der Herstellung des Einspritzventils ergibt sich durch das Anspritzen des Schließkörperträgers an das Kopplungselement.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein erfin dungsgemäßes Einspritzventil,

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch den in Fig. 1 unteren Teil des erfindungsgemäßen Ein spritzventils,

Fig. 3 einen Schnitt im wesentlichen nach Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich Fig. 3 eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin dung und

Fig. 5 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 eines weite ren erfindungsgemäßen Einspritzventils.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander ent sprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das erfindungsgemäße Einspritzventil nach Fig. 1, das bei spielsweise ein Kraftstoffeinspritzventil ist, weist ein im wesentlichen hohlzylindrisches Ventilgehäuse 10 auf, das ei nen Anschlußstutzen 11, ein Zwischenstück 12 und einen Ven tilsitzträger 13 umfaßt und in seinem Innern einen Durchströ mungsbereich für ein Medium, z. B. unter Druck stehenden Kraftstoff festlegt. Auf dem Ventilgehäuse 10 ist als Betäti gungsvorrichtung für eine im Durchströmungsbereich angeordne te Ventilnadel 14 ein Elektromagnet 15 u. a. mit einer Ma gnetspule 16 und einem Spulenkörper 17 angeordnet. Das Ven tilgehäuse 10 und der darauf angeordnete Elektromagnet 15 sind von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben.

Die Ventilnadel 14, die in einer im Ventilsitzträger 13 vor gesehenen, den Durchströmungsbereich in diesem bestimmenden axialen Durchgangsbohrung 13′ angeordnet ist, umfaßt als Kopplungselement für den Elektromagneten 15 einen Magnetanker 19 mit einer axialen Durchgangsbohrung 20 und mit einem axia len Flansch 21, der eine am Außenumfang umlaufende, eingesto chene Nut 22 und eine Verzahnung 23 trägt. An dem Magnetanker 19 ist als Schließkörperträger eine Ventilnadelhülse 24 z. B. aus Kunststoff, insbesondere aus einem Kunststoff mit gerin ger Wärmeausdehnung, angespritzt, die an ihrem vom Magnetan ker 19 abgewandten Ende eine vorzugsweise kalottenförmige Ausnehmung 25 aufweist, in die eine als Schließkörper vorge sehene Ventilkugel 26 erfindungsgemäß eingeschnappt oder ein geklipst ist. Als Materialien für die Ventilnadelhülse 24 eignen sich auch metallische Werkstoffe, z. B. Aluminiumle gierungen.

Die Befestigung der Ventilnadelhülse 24 am Magnetanker 19 kann auch in anderer geeigneter Weise vorgenommen werden. Insbesondere kann zum Anspritzen der Ventilnadelhülse 24 der axiale Flansch 21 in anderer Weise für eine axial- und dreh feste Verbindung mit der Ventilnadelhülse 24 ausgebildet oder durch andere Halteelemente ersetzt sein.

Obwohl als Schließkörper eine Ventilkugel 26 bevorzugt ist, können auch andere Schließkörperformen, wie z. B. Kegel, ver wendet werden.

Aufgrund der Verbindungstechnik des Einschnappens oder Ein klipsens können für den Schließkörper die verschiedensten Ma terialien zum Einsatz kommen. Der Schließkörper, insbesondere die Ventilkugel 26 kann somit aus einem den jeweiligen Erfor dernissen entsprechenden, geeigneten Material, z. B. Stahl oder Keramik aber auch aus Kunststoff hergestellt sein.

Die Ventilnadel 14 ist mit ihrem die Ventilkugel 26 tragenden Abschnitt in einer im wesentlichen zylindrischen Ausnehmung 29 in einem Ventilsitzkörper 28 aufgenommen, die in ihrem Bo denbereich eine von einem Ventilsitz 27, der mit der Ventil kugel 26 zusammenwirkt, umgebene Ventilöffnung 30 aufweist. Der Ventilsitzkörper 28 ist in dem Ventilsitzträger 13 befe stigt, wobei stromabwärts der Ventilöffnung ein beispielswei se aus Kunststoff gefertigtes Zerstäubergitter 31 angeordnet ist.

Der Anbringungsbereich für die Ventilkugel 26 an der Ventil nadelhülse 24 wird im folgenden mit Bezug auf Fig. 2 und 3 näher erläutert.

Wie besonders deutlich in Fig. 2 zu erkennen ist, weist die kalottenförmige Ausnehmung 25 der Ventilnadelhülse 24 einen Durchmesser auf, der dem Durchmesser der Ventilkugel 26 ent spricht. Der Öffnungsdurchmesser 32 der Ausnehmung 25, der kleiner als der Ventilkugeldurchmesser ist, liegt dabei un terhalb des Aquators der Ventilkugel 26. Zum Einsetzen der Ventilkugel 26 in die Ausnehmung 25 wird sie durch deren Öff nung hindurch gedrückt, wobei sich das die Ausnehmung 25 in ihrem Öffnungsbereich umgebende Material der Ventilnadelhülse 24 elastisch aufweitet, um anschließend die eingesetzte Ven tilkugel 26 eng zu umschließen. Somit läßt sich die Ventilku gel 26 also einfach nach Art einer Rastverbindung einklipsen oder einschnappen. Die Ventilkugel 26 ist nach dem Einklipsen oder Einschnappen formschlüssig und spiel frei in der Ausneh mung 25 gehalten, so daß sie einer Ventilnadelbewegung unmit telbar folgt.

Um das Einsetzen der Ventilkugel 26 in die Ausnehmung 25 zu erleichtern, können ein oder mehrere in Längsrichtung der Ventilnadelhülse 24 verlaufende Schlitze (nicht dargestellt) im Anbringungsbereich der Ventilkugel 26 in der Ventilnadel hülse 24 vorgesehen sein, so daß die Ventilkugel 26 federela stisch umgreifende Haltebacken gebildet sind.

Am Außenumfang der Ventilnadelhülse 24 sind im Anbringungsbe reich der Ventilkugel 26 mehrere Längsstege 33 vorgesehen, die von der Ventilnadelhülse 24 radial nach außen abstehen und die leichtgängig in der zylindrischen Ausnehmung 29 des Ventilsitzkörpers 28 geführt sind. Auf diese Weise werden in Längsrichtung der Ventilnadelhülse 24 verlaufende Strömungs kanäle 34 gebildet. Die Fig. 3 verdeutlicht als Schnitt ent lang der Linie III-III in Fig. 2 die Ausbildung der Längs stege, die beispielsweise im Abstand von 90° zueinander am Umfang der Ventilnadelhülse 24 ausgeführt sind.

Wie in Fig. 4 gezeigt, können die Längsstege 33′ schräg zur Richtung der Öffnungs- und Schließbewegung der Ventilnadel 14 angeordnet sein, so daß sie im Anbringungsbereich der Ventil kugel 26 schraubenlinienförmig außen an der Ventilnadel ver laufen. Hierdurch werden schräge Seitenflächen 41 gebildet, auf die das durch die Strömungskanäle 34 strömende Medium, also zum Beispiel unter Druck stehender Kraftstoff, eine um fangsmäßig gerichtete Kraft ausübt, die die Ventilnadel 14 dreht.

Obwohl in den Ausführungsbeispielen jeweils vier Längsstege 33, 33′ dargestellt sind, können auch mehr oder weniger Längsstege vorgesehen sein. Bei den schraubenlinienförmig verlaufenden Längsstegen 33′ sind wenigstens zwei und bei den geraden Längsstegen 33 sind zweckmäßigerweise wenigstens drei vorzusehen.

Da die Strömungskanäle 34 für das Medium außerhalb des Ven tilkugelquerschnitts liegen, können diese relativ groß ausge legt werden, so daß sich bei geöffnetem Ventil nur geringe Druckverluste ergeben.

Beim Betrieb eines derartigen Kraftstoffeinspritzventils für Verbrennungsmotoren wird unter Druck stehendes Medium, also unter Einspritzdruck stehender Kraftstoff durch eine zum Durchströmungsbereich gehörende Längsbohrung 35 im Anschluß stutzen 11 und die axiale Durchgangsbohrung 20 im Magnetanker 19 in eine axiale Bohrung 36 der Ventilnadelhülse 14 einge führt. Aus der axialen Bohrung 36 gelangt der unter Druck stehende Kraftstoff durch Öffnungen 37 in die Durchgangsboh rung 13′ des Ventilsitzträgers 13 und von dort weiter durch die Strömungskanäle 34 zum Abdichtbereich zwischen Ventilku gel 26 und Ventilsitz 27.

Zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer eines Ver brennungsmotors oder in ein Sammelansaugrohr wird der Elek tromagnet 15 erregt, so daß die den Magnetanker 19 aufweisen de Ventilnadel 14 gegen die Kraft einer Schließfeder 39 in Ventilöffnungsrichtung bewegt wird. Hierbei hebt die Ventil kugel 26 vom Ventilsitz 27 ab, so daß sich ein Zumeßspalt 40 (Fig. 2) bildet, durch den unter Druck stehender Kraftstoff in die Ventilöffnung 30 gelangt, durch die er ausgespritzt und vom Zerstäubergitter 31 zerstäubt wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird die Ventilnadel 14 und damit die Ventilkugel 26 infolge der auf die schraubenli nienförmigen Längsstege 33′ wirkenden, vom durch die Strö mungskanäle 34 strömenden Medium hervorgerufenen, umfangs mäßigen Kräfte bei jedem Öffnen des Ventils gedreht, so daß die Ventilkugel 26 im Ventilsitz 27 fortlaufend eingeschlif fen wird. Hierdurch wird die Abdichtung des geschlossenen Ventils verbessert.

Ein weiterer Vorteil der schraubenlinienförmig verlaufenden Längsstege 33 besteht darin, daß dem durch den Zumeßspalt 40 ausströmenden Medium, also dem Kraftstoff, eine Drallbewegung erteilt wird, die in vorteilhafter Weise eine gute Zerstäu bung des Kraftstoffs unterstützt.

Das in Fig. 5 dargestellte erfindungsgemäße Ventil ist bis auf die Ausbildung der Ventilnadel 14′ in gleicher Weise auf gebaut wie die anhand der Fig. 1 bis 4 beschriebenen Aus führungsbeispiele der Erfindung.

Die Ventilnadel 14′ weist einen Magnetanker 19 und eine Ven tilnadelhülse 24′ auf, die wie oben beschrieben am Magnetan ker 19 befestigt, vorzugsweise angespritzt ist. An dem dem Ventilsitz 27 zugewandten Ende der Ventilnadelhülse 24 ist ein halbkugelförmiger Schließkörper 26′ einstückig mit der Ventilnadelhülse 24′ als Kunststoffspritzteil ausgebildet. Hierdurch wird es ermöglicht, neben der Kugelform für den Schließkörper 26′ auch andere Abdichtformen in einfacher Wei se herzustellen.

Außerdem ist in die Ventilnadelhülse 24′ als Feinfilter 42 ein Siebgewebe eingesetzt, das als Längsschlitze ausgebildete Öffnungen 37′ abdeckt. Das Siebgewebe des Feinfilters 42 kann beim Spritzen der Ventilnadelhülse 24′ zum Beispiel in das Spritzwerkzeug mit eingelegt werden und auf diese Weise in die Ventilnadelhülse integriert werden, wobei es zu deren Stabilität beitragen kann.

Um eine Druckverminderung durch das Feinfilter 42 zu vermei den, ist die Durchströmungsfläche der Längsschlitze 37′ ge genüber den Öffnungen 37 bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis 4 entsprechend dem Anteil des Siebgewebes zu ver größern.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Ventilnadelhülse 24 bzw. 24′ aus Kunststoff, insbesondere aus Kunststoff mit ge ringer Wärmeausdehnung läßt sich die Zumeßfunktion über einen weiten Temperaturbereich innerhalb der zulässigen Toleranzen konstant halten. Der Einsatz einer Schnappverbindung für die Befestigung des Schließkörpers 26 an der Ventilnadelhülse 24 ermöglicht es, auch nicht schweißfähige Materialien, z. B. Keramik, für den Schließkörper einzusetzen.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit die Konstruktion einer Vielzahl von Ventilen, die sehr speziell auf die jewei ligen Einsatzanforderungen abgestimmt sind.

Claims

1. Elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil für Kraftstoffeinspritzanlagen von Verbrennungsmotoren,
mit einem mit einem Ventilsitz (27) zusammenwirkenden Schließkörper (26), der an einem Schließkörperträger (24) angebracht ist, und
mit einer Betätigungsvorrichtung (15), die ein mit einem vom Anbringungsbereich des Schließkörpers (26) abge wandten Bereich des Schließkörperträgers (24) verbunde nes Kopplungselement (19) beaufschlagt, um eine Öff nungs- und Schließbewegung des Schließkörpers (26) in einen Durchströmungsbereich (35, 20, 36, 13′, 34) in einem Ventilgehäuse (10) zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (26) am Schließkörperträger (24) mittels einer Schnappverbindung gehalten ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (26) form schlüssig am Schließkörperträger (24) gehalten ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörperträger (24) im Anbringungsbereich des Schließkörpers (26) eine der Form des Schließkörpers (26) entsprechende Ausnehmung (25) aufweist, in die der Schließkörper (26) zur An bringung am Schließkörperträger (24) einsetzbar ist.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörperträger (24) mit den Schließkörper (26) federelastisch umgreifenden Haltebacken versehen ist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (26) als Ventilkugel (26) ausgebildet ist, die in eine kalotten förmige Ausnehmung (25) im Schließkörperträger (24) eingeschnappt ist, deren Öffnungsdurchmesser (32) un terhalb des Ventilkugeläquators liegt.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (26) aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, aus Keramik oder aus Kunststoff gebildet ist.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörperträger (24) aus Kunststoff gebildet ist.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff für den Schließkörperträger (24, 24′) ein Kunststoff mit gerin ger Wärmeausdehnung verwendet ist.

9. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörperträger (24) im Anbringungsbereich des Schließkörpers (26) mit sich im wesentlichen in Richtung der Öffnungs- und Schließ bewegung erstreckenden, vom Schließkörperträger (24) radial nach außen abstehenden Stegen (33, 33′) versehen ist, zwischen denen Strömungskanäle (34) gebildet sind und die an einem Innenwandbereich einer zylindrischen Ausnehmung (29) in einem den Ventilsitz (27) aufweisen den Ventilsitzkörper (28) geführt sind.

10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Ausnehmung (29) im Ventilsitzkörper (28) einen kreisförmigen Quer schnitt aufweist und daß die Stege (33′) zur Führung des Schließkörperträgers (24) schraubenlinienförmig ge gen die Richtung der Öffnungs- und Schließbewegung ge neigt sind.

11. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörperträger (24) formschlüssig an dem Kopplungselement (19) angebracht, vorzugsweise angespritzt ist.