DE19900406A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents
BrennstoffeinspritzventilInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen. Das Brennstoffeinspritzventil umfasst ein elektromagnetisches Betätigungselement mit einer Magnetspule, mit einem rohrförmigen Innenpol (2) und mit einem äußeren Magnetkreisbauteil, eine eine innere Öffnung (11) aufweisende dünnwandige Ventilhülse (6) und einen bewegbaren Ventilschließkörper (19), der mit einem einem Ventilsitzkörper (15) zugeordneten Ventilsitz zusammenwirkt. Der Ventilsitzkörper (15) und der Innenpol (2) sind fest in der inneren Öffnung (11) der Ventilhülse (6) angeordnet. Der Innenpol (2) weist einen Längsschlitz auf, der durch seine Herstellung mittels Rollen bzw. Biegen gebildet wird.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil
nach der Gattung des Anspruchs 1.
Aus der US-PS 4,946,107 ist bereits ein elektromagnetisch
betätigbares Brennstoffeinspritzventil bekannt, das unter
anderem eine unmagnetische Hülse als Verbindungsteil
zwischen einem Kern und einem Ventilsitzkörper aufweist. Mit
ihren beiden axialen Enden ist die Hülse fest mit dem Kern
und mit dem Ventilsitzkörper verbunden. Die Hülse verläuft
über ihre gesamte axiale Länge mit einem konstanten
Außendurchmesser und einem konstanten Innendurchmesser und
besitzt entsprechend an ihren beiden Enden gleich große
Eintrittsöffnungen. Der Kern und der Ventilsitzkörper sind
mit einem solchen Außendurchmesser ausgebildet, dass sie in
die Hülse an den beiden Enden hineinreichen, so dass die
Hülse die beiden Bauteile Kern und Ventilsitzkörper in
diesen hineinragenden Bereichen vollständig umgibt. Im
Inneren der Hülse bewegt sich in axialer Richtung eine
Ventilnadel mit einem Anker, der durch die Hülse geführt
wird. Die festen Verbindungen der Hülse mit dem Kern und dem
Ventilsitzkörper werden z. B. mittels Schweißen erzielt. Mit
Hilfe der rohrförmigen Hülse lässt sich das Volumen und das
Gewicht des Brennstoffeinspritzventiles reduzieren.
Bekannt ist aus der DE-OS 195 47 406 außerdem ein
Brennstoffeinspritzventil, das eine langgestreckte,
dünnwandige, nichtmagnetische Hülse aufweist, die neben
ihrem Mantelabschnitt noch einen Bodenabschnitt besitzt. Der
Bodenabschnitt verläuft weitgehend senkrecht zur ansonsten
axialen Erstreckung der Hülse entlang der Ventillängsachse.
In einer Durchgangsöffnung der Hülse kann sich eine
Ventilnadel axial bewegen. Ein fest mit der Ventilnadel
verbundener Ventilschließkörper wirkt mit einer an einem
Ventilsitzkörper vorgesehenen Ventilsitzfläche zusammen,
wobei der Ventilsitzkörper in der Hülse eingepresst ist und
direkt oder indirekt mit einer Lochscheibe an dem
Bodenabschnitt der Hülse anliegt. Neben der axial
beweglichen Ventilnadel und dem Ventilsitzkörper ist in der
Durchgangsöffnung der Hülse ein als Innenpol dienender
rohrförmiger Kern angeordnet, der als Drehteil ausgebildet
ist. Der Kern wird in einer gewünschten Position durch
Schweißen fest mit der Hülse verbunden. Eine ähnliche
Anordnung eines rohrförmigen Kerns in einer Ventilhülse ist
auch aus der DE-OS 197 12 590 bekannt.
Üblicherweise werden derartige als Innenpole dienende
Magnetkerne für Brennstoffeinspritzventile durch spanendes
Oberflächenabtragen hergestellt, wobei Drehen, Fräsen,
Bohren und Feinbearbeitungsschritte die bekannten Verfahren
zur Herstellung dieser Magnetkerne sind.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil,
dass es auf sehr einfache Art und Weise herstellbar und
montierbar ist. Bei dem Rollen bzw. Biegen handelt es sich
um ein vergleichsweise einfaches und kostengünstiges
Herstellungsverfahren mit relativ geringem Materialaufwand.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im
Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
In vorteilhafter Weise wird der Innenpol aus einem einfachen
metallischen Streifen hergestellt. Durch das Rollen dieses
Streifens ergibt sich ein axial verlaufender Längsschlitz am
Innenpol, durch den sich wiederum eine Reduzierung der
Wirbelströme ergibt, wodurch eine höhere Effizienz des
Magnetkreises erzielt wird.
Außerdem wird die Montage des Innenpols in der Ventilhülse
sowie die Hubeinstellung mit Hilfe des Innenpols deutlich
vereinfacht. Nach dem Rollen bzw. Biegen steht der Innenpol
einerseits von vornherein unter einer radialen Vorspannung,
die den Innenpol einfach in der Ventilhülse fixieren lässt.
Andererseits ist der Innenpol aufgrund seines Längsschlitzes
in geringer Weise radial in seiner Größe veränderbar, so
dass beim Einschieben des Innenpols in die Ventilhülse in
vorteilhafter Weise eine Gratbildung vermieden wird.
Entsprechend einfach kann der Innenpol auch zur
Hubeinstellung einer Ventilnadel in der Ventilhülse mit
einem Einstellwerkzeug verschoben werden. Dazu besitzt die
Ventilhülse in vorteilhafter Weise nahe des Innenpols einen
Absatz, an dem ein Einstellwerkzeug ebenso angreifen kann
wie am Innenpol.
Auf diese Weise ist eine kraftschlüssige Verbindung zwischen
der Ventilhülse und dem Innenpol erzielbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein
Brennstoffeinspritzventil mit einem erfindungsgemäßen
Innenpol, Fig. 2 die den Innenpol aufweisende
Ventilbaugruppe in einem veränderten Maßstab und Fig. 3
eine Draufsicht auf den Innenpol.
Das in der Fig. 1 beispielhaft dargestellte,
erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigbare Ventil in der
Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen
von gemischverdichtenden, fremdgezündeten
Brennkraftmaschinen hat einen von einer Magnetspule 1
umgebenen, als Innenpol und teilweise als
Brennstoffdurchfluss dienenden rohrförmigen Kern 2. Die
Magnetspule 1 ist von einem äußeren, hülsenförmigen und
gestuft ausgeführten, z. B. ferromagnetischen Ventilmantel
5, der einen Außenpol bzw. ein äußeres Magnetkreisbauteil
darstellt, in Umfangsrichtung vollständig umgeben. Die
Magnetspule 1, der Kern 2 und der Ventilmantel 5 bilden
zusammen ein elektrisch erregbares Betätigungselement.
Während die in einem Spulenkörper 3 eingebettete Magnetspule '
1 eine Ventilhülse 6 von außen umgibt, ist der Kern 2 in
einer inneren, konzentrisch zu einer Ventillängsachse 10
verlaufenden Öffnung 11 der Ventilhülse 6 eingebracht. Die
z. B. ferritische Ventilhülse 6 ist langgestreckt und
dünnwandig ausgeführt und besitzt einen Mantelabschnitt 12
und einen Bodenabschnitt 13, wobei der Mantelabschnitt 12 in
Umfangsrichtung und der Bodenabschnitt 13 in axialer
Richtung an ihrem stromabwärtigen Ende die Öffnung 11
begrenzen. Die Öffnung 11 dient auch als Führungsöffnung für
eine entlang der Ventillängsachse 10 axial bewegliche
Ventilnadel 14.
Neben dem Kern 2 und der Ventilnadel 14 ist in der Öffnung
11 des weiteren ein Ventilsitzkörper 15 angeordnet, der z. B.
auf dem Bodenabschnitt 13 der Ventilhülse 6 aufsitzt und
eine feste Ventilsitzfläche 16 als Ventilsitz aufweist. Die
Ventilnadel 14 wird beispielsweise von einem rohrförmigen
Ankerabschnitt 17, einem ebenfalls rohrförmigen
Nadelabschnitt 18 und einem kugelförmigen
Ventilschließkörper 19 gebildet, wobei der
Ventilschließkörper 19 z. B. mittels einer Schweißnaht fest
mit dem Nadelabschnitt 18 verbunden ist. An der
stromabwärtigen Stirnseite des Ventilsitzkörpers 15 ist
z. B. in einer kegelstumpfförmig verlaufenden Vertiefung 20
eine flache Spritzlochscheibe 21 angeordnet, wobei die feste
Verbindung von Ventilsitzkörper 15 und Spritzlochscheibe 21
z. B. durch eine umlaufende dichte Schweißnaht realisiert
ist. Im Nadelabschnitt 18 der Ventilnadel 14 sind eine oder
mehrere Queröffnungen 22 vorgesehen, so dass den
Ankerabschnitt 17 in einer inneren Längsbohrung 23
durchströmender Brennstoff nach außen treten und am
Ventilschließkörper 19 z. B. an Abflachungen 24 entlang bis
zur Ventilsitzfläche 16 strömen kann.
Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter
Weise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der
Ventilnadel 14 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft
einer an der Ventilnadel 14 angreifenden Rückstellfeder 25
bzw. Schließen des Einspritzventils dient der
elektromagnetische Kreis mit der Magnetspule 1, dem inneren
Kern 2, dem äußeren Ventilmantel 5 und dem Ankerabschnitt
17. Der Ankerabschnitt 17 ist mit dem dem
Ventilschließkörper 19 abgewandten Ende auf den Kern 2
ausgerichtet.
Der kugelförmige Ventilschließkörper 19 wirkt mit der sich
in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig verjüngenden
Ventilsitzfläche 16 des Ventilsitzkörpers 15 zusammen, die
in axialer Richtung stromabwärts einer Führungsöffnung im
Ventilsitzkörper 15 ausgebildet ist. Die Spritzlochscheibe
21 besitzt wenigstens eine, beispielsweise vier durch
Erodieren, Laserbohren oder Stanzen ausgeformte
Abspritzöffnungen 27.
Die Einschubtiefe des Kerns 2 im Einspritzventil ist unter
anderem entscheidend für den Hub der Ventilnadel 14. Dabei
ist die eine Endstellung der Ventilnadel 14 bei nicht
erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des
Ventilschließkörpers 19 an der Ventilsitzfläche 16 des
Ventilsitzkörpers 15 festgelegt, während sich die andere
Endstellung der Ventilnadel 14 bei erregter Magnetspule 1
durch die Anlage des Ankerabschnitts 17 am stromabwärtigen
Kernende ergibt. Die Hubeinstellung erfolgt durch ein
axiales Verschieben des Kerns 2 in der Ventilhülse 6, der
entsprechend der gewünschten Position fest mit der
Ventilhülse 6 verbunden wird. Der Kern 2 besitzt dazu ein
gegenüber dem Innendurchmesser der Ventilhülse 6 geringes
Übermaß. Die Fixierung des Kerns 2 und somit die Einstellung
des Ventilnadelhubs geschieht deshalb vorzugsweise
selbsthemmend. Alternativ kann der Kern 2 aber auch mit
einem Schweißpunkt oder einer umlaufenden Schweißnaht an der
Ventilhülse 6 befestigt werden.
In eine konzentrisch zu der Ventillängsachse 10 verlaufende
Strömungsbohrung 28 des Kerns 2, die der Zufuhr des
Brennstoffs in Richtung der Ventilsitzfläche 16 dient, ist
außer der Rückstellfeder 25 ein Einstellelement in der Form
einer Einstellfeder 29 eingeschoben. Die Einstellfeder 29
dient zur Einstellung der Federvorspannung der an der
Einstellfeder 29 anliegenden Rückstellfeder 25, die sich
wiederum mit ihrer gegenüberliegenden Seite an der
Ventilnadel 14 abstützt, wobei auch eine Einstellung der
dynamischen Abspritzmenge mit der Einstellfeder 29 erfolgt.
Das Einstellelement kann auch anstelle einer Einstellfeder
als Einstellbolzen, Einstellhülse usw. ausgeführt sein.
Das bis hierher beschriebene Einspritzventil zeichnet sich
durch seinen besonders kompakten Aufbau aus, so dass ein
sehr kleines, handliches Einspritzventil entsteht. Diese
Bauteile bilden eine vormontierte eigenständige Baugruppe,
die nachfolgend Funktionsteil 30 genannt wird. Das
Funktionsteil 30 umfasst also im wesentlichen den
elektromagnetischen Kreis 1, 2, 5 sowie ein Dichtventil
(Ventilschließkörper 19, Ventilsitzkörper 15) mit einem
nachfolgenden Strahlaufbereitungselement (Spritzlochscheibe
21).
Der zwischen dem Ventilmantel 5 und der Ventilhülse 6
gebildete und durch die Magnetspule 1 fast vollständig
ausgefüllte Spulenraum ist in dem Ventilsitzkörper 15
zugewandter Richtung durch einen gestuften Radialbereich 32
des Ventilmantels 5 begrenzt, während der Abschluss auf der
dem Ventilsitzkörper 15 abgewandten Seite durch ein
scheibenförmiges Abdeckelement 33 gewährleistet ist. In
einer Ausnehmung des Abdeckelements 33 wird dieses von dem
Spulenkörper 3 durchragt. In diesem Bereich stehen
beispielsweise zwei Kontaktstifte 34 aus dem Kunststoff des
Spulenkörpers 3 heraus. Über die elektrischen Kontaktstifte
34 erfolgt die elektrische Kontaktierung der Magnetspule 1
und damit deren Erregung.
Völlig unabhängig vom Funktionsteil 30 wird eine zweite
Baugruppe hergestellt, die im folgenden als Anschlussteil 40
bezeichnet wird. Das Anschlussteil 40 zeichnet sich vor
allen Dingen dadurch aus, dass es den elektrischen und den
hydraulischen Anschluss des Brennstoffeinspritzventils
umfasst. Das weitgehend als Kunststoffteil ausgeführte
Anschlussteil 40 besitzt deshalb einen als
Brennstoffeinlassstutzen dienenden rohrförmigen Grundkörper
42. In eine konzentrisch zur Ventillängsachse 10 verlaufende
Strömungsbohrung 43 eines inneren Rohres 44 im Grundkörper
42, die von dem zuströmseitigen Ende des
Brennstoffeinspritzventils aus in axialer Richtung vom
Brennstoff durchströmt wird, ist beispielsweise ein
Brennstofffilter 45 eingeschoben oder eingepresst.
Eine hydraulische Verbindung von Anschlussteil 40 und
Funktionsteil 30 wird beim vollständig montierten
Brennstoffeinspritzventil dadurch erreicht, dass die
Strömungsbohrungen 43 und 28 beider Baugruppen so zueinander
gebracht werden, dass ein ungehindertes Durchströmen des
Brennstoffs gewährleistet ist. Eine innere Öffnung 46 im
Abdeckelement 33 erlaubt es, die Ventilhülse 6 und somit
auch den Kern 2 so auszubilden, dass beide die Öffnung 46
durchragen und zumindest die Ventilhülse 6 in Richtung zum
Anschlussteil 40 deutlich über das Abdeckelement 33
hinaussteht. Bei der Montage des Anschlussteils 40 an dem
Funktionsteil 30 ragt ein unteres Ende 47 des Rohres 44 in
den überstehenden Teil der Ventilhülse 6 zur Erhöhung der
Verbindungsstabilität in die Öffnung 11 der Ventilhülse 6
hinein. Der Grundkörper 42 sitzt im montierten Zustand
beispielsweise auf dem Abdeckelement 33 und dem oberen Ende
des Ventilmantels 5 auf.
Außerdem sind im Anschlussteil 40 zwei elektrische
Kontaktelemente 55 vorgesehen, die während des
Kunststoffspritzgussprozesses des Grundkörpers 42 umspritzt
werden und nachfolgend im Kunststoff eingebettet vorliegen.
Zu dem Grundkörper 42 gehört auch ein mitangespritzter
elektrischer Anschlussstecker 56. Die elektrischen
Kontaktelemente 55 enden an ihrem einen Ende als
freiliegende Kontaktpins des elektrischen Anschlusssteckers
56, der mit einem entsprechenden nicht gezeigten
elektrischen Anschlusselement, wie z. B. einer
Kontaktleiste, zur vollständigen elektrischen Kontaktierung
des Einspritzventils verbunden werden kann. An ihrem dem
Anschlussstecker 56 gegenüberliegenden Ende bilden die
Kontaktelemente 55 eine elektrische Verbindung mit den
korrespondierenden Kontaktstiften 34.
In der Fig. 2 ist eine Ventilbaugruppe des gesamten
Brennstoffeinspritzventils dargestellt, wobei diese
Ventilbaugruppe im wesentlichen von der Ventilhülse 6 und
den festen sowie axial beweglichen Bauteilen innerhalb der
Ventilhülse 6 gebildet wird. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist,
taucht der Kern 2 vollständig in die Ventilhülse 6 ein, was
bedeutet, dass er über seine gesamte axiale
Erstreckungslänge in Umfangsrichtung von der Ventilhülse 6
umgeben ist. Die vollständig eine Dichtheit nach außen hin
garantierende Ventilhülse 6 ermöglicht es, einen Kern 2
einzusetzen, der mittels Rollen bzw. Biegen herstellbar ist.
Der Kern 2 ist erfindungsgemäß aus einem metallischen
Streifen mit einer gleichmäßigen Dicke gefertigt, der
entsprechend den erforderlichen Maßen in Form eines
Vierecks, insbesondere eines Rechtecks, aus einem Blech
ausgestanzt ist und anschließend etwa unter Zuhilfenahme
eines dornförmigen Werkzeugs in die gewünschte Form gerollt
bzw. gebogen ist, so dass er letztlich einen
kreisringförmigen Querschnitt aufweist. Dabei bilden die
beiden in Bewegungsrichtung des Kerns 2 verlaufenden
Streifenenden 61, 62 einen sich axial erstreckenden
Längsschlitz 63, da sie mit einem geringfügigen Abstand
einander gegenüberliegen, wie Fig. 3 als Draufsicht auf den
Kern 2 zeigt.
Ein derartig ausgeformter Kern 2 weist mehrere Vorteile
gegenüber den bekannten als Drehteile ausgebildeten Kernen
in Brennstoffeinspritzventilen auf. Bei dem Rollen bzw.
Biegen handelt es sich um ein vergleichsweise einfaches und
kostengünstiges Herstellungsverfahren mit relativ geringem
Materialaufwand. Durch den axial verlaufenden Längsschlitz
63 des Kerns 2 ergibt sich eine Reduzierung der
Wirbelströme, wodurch eine höhere Effizienz des
Magnetkreises erzielt wird.
Außerdem wird die Montage des Kerns 2 in der Ventilhülse 6
sowie die Hubeinstellung mit Hilfe des Kerns 2 deutlich
vereinfacht. Der Kern 2 weist nach dem Rollen bzw. Biegen
einen Außendurchmesser auf, der geringfügig größer ist als
der Durchmesser der Öffnung 11 der Ventilhülse 6. Somit
steht der Kern 2 einerseits von vornherein unter einer
radialen Vorspannung, die den Kern 2 einfach in der
Ventilhülse 6 fixieren lässt. Andererseits ist der Kern 2
aufgrund seines Längsschlitzes 63 in geringer Weise radial
in seiner Größe veränderbar, so dass beim Einschieben des
Kerns 2 in die Ventilhülse 6 in vorteilhafter Weise eine
Gratbildung vermieden wird. Entsprechend einfach kann der
Kern 2 auch zur Hubeinstellung der Ventilnadel 14 in der
Ventilhülse 6 mit einem Einstellwerkzeug verschoben werden.
Wie in Fig. 2 angedeutet ist, ist es vorteilhaft, nahe
einer stromaufwärtigen Stirnfläche 64 des Kerns 2 einen
Absatz 65 in der Ventilhülse 6 vorzusehen. Stromaufwärts des
Absatzes 65 weist die Ventilhülse 6 einen größeren
Durchmesser auf als stromabwärts des Absatzes 65, also in
dem Bereich, in dem der Kern 2 in der Öffnung 11 eingebracht
ist. Beim axialen Verschieben des Kerns 2 zur Einstellung
des Hubes greift ein Einstellwerkzeug z. B. derart am Kern 2
und an der Ventilhülse 6 an, dass einerseits eine Kraft in
stromabwärtiger Richtung auf den Kern 2 und andererseits
eine Gegenkraft in stromaufwärtiger Richtung auf den Absatz
65 der Ventilhülse 6 aufgebracht werden, wodurch eine
kraftschlüssige Verbindung zwischen der Ventilhülse 6 und
dem Kern 2 erzielt wird. Pfeile mit dem Formelzeichen F
symbolisieren in Fig. 2 diese Kraftwirkung.
Claims (8)
1. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen
von Brennkraftmaschinen, mit einem elektromagnetischen
Betätigungselement, das wenigstens eine Magnetspule(1),
einen rohrförmigen Innenpol (2) und ein äußeres
Magnetkreisbauteil (5) umfasst, mit einer eine innere
Öffnung (11) aufweisenden Ventilhülse (6), mit einem
Ventilschließkörper (19), der mit einem einem
Ventilsitzkörper (15) zugeordneten Ventilsitz (16)
zusammenwirkt, wobei der Ventilsitzkörper (15) und der
Innenpol (2) fest sowie der Ventilschließkörper (19)
bewegbar in der inneren Öffnung (11) der Ventilhülse (6)
angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenpol
(2) mittels Rollen bzw. Biegen hergestellt ist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Innenpol (2) als ein kreisförmig
gerollter metallischer Streifen ausgebildet ist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die in Bewegungsrichtung des Innenpols
(2) verlaufenden Streifenenden (61, 62) des Innenpols (2)
einen Längsschlitz (63) bildend mit Abstand einander
gegenüberliegen.
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenpol (2)
über seine gesamte axiale Erstreckungslänge in
Umfangsrichtung von der Ventilhülse (6) umgeben ist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Innenpol (2) eine stromaufwärtige
Stirnfläche (64) hat und nahe der Stirnfläche (64) ein
Absatz (65) in der Ventilhülse (6) vorgesehen ist.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ventilhülse (6) stromaufwärts des
Absatzes (65) einen größeren Durchmesser aufweist als im
Bereich der Ventilhülse (6), in dem der Innenpol (2)
eingebracht ist.
7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (19) Teil einer
axial bewegbaren Ventilnadel (14) ist und die
Bewegungsstrecke der Ventilnadel (14) durch ein Verschieben
des Innenpols (2) einstellbar ist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Innenpol (2) kraftschlüssig mit der
Ventilhülse (6) verbunden ist.
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