DE4420176A1

DE4420176A1 - Ventilnadel für ein elektromagnetisch betätigbares Ventil

Info

Publication number: DE4420176A1
Application number: DE4420176A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dipl Ing Reiter; Martin Dipl Ing Dr Maier; Manfred Dipl Ing Dreyer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-06-09
Filing date: 1994-06-09
Publication date: 1995-12-14
Also published as: KR960704153A; KR100378456B1; ES2138204T3; CZ37296A3; JPH09501480A; EP0717816A1; DE59506783D1; CN1129472A; CN1064741C; BR9506256A; WO1995033923A1; CZ286185B6; EP0717816B1; US5820031A; RU2138722C1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Ventilnadel für ein elektromagnetisch betätigbares Ventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der DE-OS 40 08 675 ist bereits eine Ventilnadel für ein elektromagnetisch betätigbares Ventil bekannt, die aus einem Anker, einem Ventilschließglied und einem den Anker mit dem z. B. kugelförmigen Ventilschließglied verbindenden hülsenförmigen Verbindungsrohr besteht. Die einzelnen Abschnitte stellen getrennt voneinander gefertigte Einzelteile dar, die erst mittels Fügeverfahren, z. B. durch Laserschweißen, miteinander verbunden werden. Der Anker umgreift dabei das Verbindungsrohr vollständig radial und zumindest teilweise axial, da das Verbindungsrohr in einer durchgehenden Längsöffnung des Ankers befestigt ist. Das Verbindungsrohr weist selbst auch eine durchgehende innere Längsöffnung auf, in der Brennstoff in Richtung zum Ventilschließglied strömen kann, der dann nahe des Ventilschließglieds durch in der Wandung des Verbindungsrohrs eingebrachte, radial verlaufende Queröffnungen austritt. Der Brennstofffluß erfolgt also zuerst im Inneren der Ventilnadel und verläßt die Ventilnadel erst zum Ventilsitz hin.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Ventilnadel mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise herstellbar ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Verbindungsrohr gerade keine Hülsenform mehr besitzt, sondern als Verbindungsteil zwischen Anker und Ventilschließglied aus einem einfachen und kostengünstigen Profilhalbzeug herstellbar ist. Damit entfallen alle Fertigungsprozesse für Längsschlitze oder Queröffnungen im Verbindungsteil. Die verwendbaren Profilhalbzeuge besitzen einen solchen Querschnitt, daß nach der Verbindung von Anker und Verbindungsteil automatisch in der Längsöffnung des Ankers Strömungskanäle gebildet werden. Von Vorteil sind die relativ großen Querschnitte dieser Strömungskanäle, so daß der Brennstoff ungehindert in axialer Richtung die Strömungskanäle durchströmen kann und nachfolgend an der äußeren Kontur des Verbindungsteils bis zum Ventilschließglied entlang fließt. Einen besonderen Vorteil stellt die Verwendung von kostengünstigem Stangenmaterial für das Verbindungsteil dar, das nur noch auf eine exakte Länge für den Einsatz an der Ventilnadel gebracht werden muß.

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

Besonders vorteilhaft sind Profilhalbzeuge zur Verwendung als Verbindungsteil der Ventilnadel, die einen kreuzförmigen oder Y-förmigen Querschnitt aufweisen. Mit den vier bzw. drei Profilarmen bildet das in der Längsöffnung des Ankers eingesetzte Verbindungsteil entsprechend auch vier bzw. drei Strömungskanäle, da zwischen jeweils zwei Profilarmen in Umfangsrichtung ein Strömungskanal entsteht.

Außerdem kann es von Vorteil sein, Profilhalbzeuge mit einem kreisabschnittsförmigen Querschnitt für das Verbindungsteil zu verwenden, besonders dann, wenn asymmetrische Strahlverläufe des abzuspritzenden Mediums erwünscht sind.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Brennstoffeinspritzventil mit einer erfindungsgemäßen Ventilnadel, Fig. 2 eine Seitenansicht einer Ventilnadel gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Ventilnadel gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 4 eine Seitenansicht einer Ventilnadel gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Ventilnadel gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Ventilnadel gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Ventilnadel gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, Fig. 8 eine Draufsicht auf eine Ventilnadel gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, Fig. 9 eine Draufsicht auf eine Ventilnadel gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel und Fig. 10 eine Draufsicht auf eine Ventilnadel gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in der Fig. 1 beispielsweise dargestellte elektromagnetisch betätigbare Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen hat einen von einer Magnetspule 1 umgebenen, als Brennstoffeinlaßstutzen dienenden rohrförmigen Kern 2. Die Magnetspule 1 mit einem Spulenkörper 3 ist z. B. mit einer Kunststoffumspritzung 5 versehen, wobei zugleich ein elektrischer Anschlußstecker 6 mitangespritzt ist.

Mit einem unteren Kernende 10 des Kerns 2 ist konzentrisch zu einer Ventillängsachse 11 dicht ein rohrförmiges, metallenes Zwischenteil 12 beispielsweise durch Schweißen verbunden und übergreift das Kernende 10 teilweise axial. Das Zwischenteil 12 ist an seinem dem Kern 2 abgewandten Ende mit einem unteren Zylinderabschnitt 18 versehen, der einen rohrförmigen Düsenträger 19 übergreift und mit diesem beispielsweise durch Schweißen dicht verbunden ist. In das stromabwärts liegende Ende des Düsenträgers 19 ist in einer konzentrisch zu der Ventillängsachse 11 verlaufenden Durchgangsbohrung 20 ein zylinderförmiger Ventilsitzkörper 21 durch Schweißen dicht montiert. Der Ventilsitzkörper 21 weist der Magnetspule 1 zugewandt einen festen Ventilsitz 22 auf, stromabwärts dessen im Ventilsitzkörper 21 z. B. zwei Abspritzöffnungen 23 ausgebildet sind. Stromabwärts der Abspritzöffnungen 23 hat der Ventilsitzkörper 21 eine sich in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig erweiternde Aufbereitungsbohrung 24.

In eine konzentrisch zu der Ventillängsachse 11 verlaufende abgestufte Strömungsbohrung 25 des Kerns 2 ist zur Einstellung der Federkraft einer Rückstellfeder 26 eine rohrförmige Einstellbuchse 27 eingepreßt. Die Einpreßtiefe der Einstellbuchse 27 in die Strömungsbohrung 25 des Kerns 2 bestimmt die Federkraft der Rückstellfeder 26 und beeinflußt damit auch die dynamische, während des Öffnungs- und des Schließhubes des Ventils abgegebene Brennstoffmenge. Mit ihrem der Einstellbuchse 27 abgewandten Ende stützt sich die Rückstellfeder 26 an einer dem Kern 2 zugewandten Stirnfläche 30 eines konzentrisch zu der Ventillängsachse 11 angeordneten und erfindungsgemäß ausgebildeten Verbindungsteils 32 ab.

Das aus einem Profilhalbzeug hergestellte Verbindungsteil 32 ist Teil einer Ventilnadel 34, zu der weiterhin ein dem Kern 2 zugewandter und mit dem Kern 2 sowie der Magnetspule 1 zusammenwirkender hülsenförmiger Anker 36 und ein am stromabwärtigen Ende 38 des Verbindungsteils 32 angeordnetes, z. B. kugelförmiges Ventilschließglied 37 gehören. Das kugelförmige Ventilschließglied 37 ist dabei beispielsweise mittels durch Laserschweißen erzielte Schweißverbindungen 40 mit dem Verbindungsteil 32 fest verbunden. Um eine möglichst gute Verbindung und eine exakte Zentrierung des kugelförmigen Ventilschließgliedes 37 gegenüber dem Verbindungsteil 32 zu erzielen, hat das Verbindungsteil 32 an seinem stromabwärtigen Ende 38 der Stirnfläche 30 abgewandt eine stirnseitige, z. B. teilweise kalottenförmig ausgebildete Anlagefläche 41. Das Verbindungsteil 32 und das Ventilschließglied 37 haben einen geringeren Durchmesser als der Anker 36. Das beispielsweise kugelförmige Ventilschließglied 37 weist an seinem Umfang z. B. vier kreisförmige Abflachungen 50 auf, die das Strömen des Brennstoffs in Richtung des Ventilsitzes 22 des Ventilsitzkörpers 21 erleichtern. Der Anker 36 ist mit dem dem Ventilschließglied 37 abgewandten Ende des in ihn eingesteckten Verbindungsteils 32 durch mehrere kleine Schweißnähte 48 verbunden und auf den Kern 2 ausgerichtet.

Die Magnetspule 1 ist von wenigstens einem, beispielsweise als Bügel ausgebildeten, als ferromagnetisches Element dienenden Leitelement 51 wenigstens teilweise umgeben, das mit seinem einen Ende an dem Kern 2 und mit seinem anderen Ende an dem Düsenträger 19 anliegt und mit diesem, z. B. durch Schweißen oder Löten verbunden ist. Ein Teil des Ventils ist von einer Kunststoffummantelung 52 umschlossen, die sich vom Kern 2 ausgehend in axialer Richtung über die Magnetspule 1 mit Anschlußstecker 6 und das wenigstens eine Leitelement 51 erstreckt.

Die Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer Ventilnadel 34 mit aufgeschnittenem Anker 36 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, während die Fig. 3 eine Draufsicht auf diese Ventilnadel 34 zeigt. Das aus einem kreuzförmigen Profilhalbzeug gefertigte Verbindungsteil 32 besitzt vier sich radial nach außen erstreckende, jeweils um 90° versetzte schmale Profilarme 54, die über einen mittleren Bereich 55 miteinander verbunden sind. Damit liegen jeweils zwei Profilarme 54 genau gegenüber und bilden im Querschnitt ein Kreuz. Die Profilarme 54 erstrecken sich in Längsrichtung über die gesamte Länge des Verbindungsteils 32. Die feste Verbindung von Anker 36 und Verbindungsteil 32 erfolgt durch die Kontur des Verbindungsteils 32 in Umfangsrichtung mit Schweißnähten 48 nur dort, wo die Profilarme 54 mit ihren abgerundeten Endflächen 56 den Anker 36 von innen berühren. Außerhalb der Profilarme 54 liegt in Umfangsrichtung keine Berührung von Verbindungsteil 32 und Anker 36 vor; vielmehr entstehen vier axial verlaufende Strömungskanäle 60, die von der inneren Wandung des Ankers 36 und jeweils zwei Profilarmen 54 begrenzt werden.

Die Strömungskanäle 60 besitzen durch die Form des Verbindungsteils 32 einen ungefähr dreieckförmigen Querschnitt und sind genau so lang, wie die Umgreifungslänge des Ankers 36 um das Verbindungsteil 32 ist. Der Brennstoff gelangt von der Strömungsbohrung 25 im Kern 2 kommend bis zum Anker 36 und tritt in dessen innere Längsöffnung ein bis zur Stirnfläche 30 des Verbindungsteils 32. Hier beginnen nun die vier Strömungskanäle 60, auf die der Brennstoff aufgeteilt und durch die er durchgeleitet wird. Am dem Ventilschließglied 37 zugewandten Ende des Ankers 36 tritt der Brennstoff wieder aus den Strömungskanälen 60 aus und strömt zumindest teilweise als Wandfilm des Verbindungsteils 32 bis zum Ventilschließglied 37. Ohne Längsschlitze oder Queröffnungen im Verbindungsteil 32 wird der Brennstofffluß bis zum Ventilsitz 22 also trotzdem vollständig gewährleistet. Die Schweißverbindungen 40 zwischen dem Verbindungsteil 32 und dem Ventilschließglied 37 erfolgen beispielsweise analog den Schweißnähten 48 nur im äußeren Randbereich der Profilarme 54.

In den Fig. 4 und 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilnadel 34 in einer Seitenansicht bzw. Draufsicht dargestellt. Dabei sind die gegenüber dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel gleichbleibenden bzw. gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Ventilnadel 34 zeichnet sich nun durch ein Verbindungsteil 32 mit Y-förmigen Querschnitt aus. Das Verbindungsteil 32 besitzt also nur drei sich radial nach außen erstreckende, beispielsweise jeweils um 120° versetzte schmale Profilarme 54, die über einen mittleren Bereich 55 miteinander verbun den sind. Die drei Profilarme 54 erstrecken sich ebenfalls in Längsrichtung über die gesamte Länge des Verbindungsteils 32. Auch die Schweißnähte 40 und 48 sind analog dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen. Die drei Profilarme 54 haben zwangsläufig zur Folge, daß im axialen Erstreckungsbereich des Ankers 36 auch drei Strömungskanäle 60 gebildet werden, die vom Brennstoff axial durchströmt werden.

Auch hier stellt also das Verbindungsteil 32 eine sehr kostengünstige Variante dar, da ein Profilhalbzeug verwendet werden kann, durch das bereits Strömungskanäle 60 entstehen, ohne daß in verschiedenen Bearbeitungsschritten zusätzliche Brennstoffaustrittsöffnungen vorgesehen werden müssen. Einen besonderen Vorteil stellt die Verwendung von Stangenmaterial für das Verbindungsteil 32 dar, das nur noch auf eine exakte Länge für den Einsatz an der Ventilnadel 34 gebracht werden muß.

Weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Ventilnadeln 34 sind in den Fig. 6 bis 10 als Draufsichten dargestellt. Bei dem dritten, in der Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Ventilnadel 34 mit einem plattenförmigen Verbindungsteil 32, das zwei flache sowie zwei abgerundete Umfangsflächen (Endflächen 56) besitzt. Die zwei abgerundeten Endflächen 56 dienen der besseren Befestigung des Verbindungsteils 32 im eine kreisförmige innere Wandung aufweisenden Anker 36. Die flachen Umfangsflächen erstrecken sich dagegen mit einem radialen Abstand von der inneren Wandung des Ankers 36, so daß zwischen den beiden flachen Umfangsflächen und der inneren Wandung des Ankers 36 zwei Strömungskanäle 60 für den Brennstoff gebildet sind.

Das in der Fig. 7 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel verdeutlicht eine weitere Variante der Ausbildung des Verbindungsteils 32 aus einem Profilhalbzeug. Hier besitzt nun das Verbindungsteil 32 einen kreisabschnittsförmigen Querschnitt, beispielsweise genau einen halbkreisförmigen Querschnitt. Die abgerundete Endfläche 56 berührt den Anker 36 an seiner inneren Wandung und ist mit diesem fest verbunden. Der gegenüber einem Vollkreis fehlende Teil des einen kreisabschnittsförmigen Querschnitt aufweisenden Verbindungsteils 32 stellt genau den Strömungskanal 60 im Inneren des Ankers 36 dar. Dieser einseitig ausgebildete Strömungskanal 60 ist besonders dann von Vorteil, wenn asymmetrische Strahlverläufe erzielt werden sollen. Das in der Fig. 8 gezeigte fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vierten Ausführungsbeispiel nur dahingehend, daß aus dem kreisabschnittsförmigen Verbindungsteil 32 ausgehend von dessen flacher Umfangsfläche ein weiterer Profilarm 54 bis zur inneren Wandung des Ankers 36 herausragt, der ebenfalls eine abgerundete Endfläche 56 aufweist und durch den zwei Strömungskanäle 60 gebildet werden.

Zwei Ausführungsbeispiele von Ventilnadeln 34 mit Verbindungsteilen 32, die als Profilhalbzeuge keine abgerundeten Endflächen 56 aufweisen, sind in den Fig. 9 und 10 dargestellt. Die einen dreieckförmigen bzw. viereckförmigen Querschnitt besitzenden Verbindungsteile 32 haben nur drei bzw. vier axiale Linienberührungen mit der inneren Wandung des Ankers 36, so daß nur sehr enge Bereiche zur Befestigung zwischen Anker 36 und Verbindungsteil 32 zur Verfügung stehen. Entsprechend der Anzahl der Ecken des Verbindungsteils 32 ergeben sich auch die Strömungskanäle 60 für den Brennstoff, also bei einem viereckigen Verbindungsteil 32 vier Strömungskanäle 60. Die Strömungskanäle 60 werden zum einen von der kreisförmigen inneren Wandung des Ankers 36 und zum anderen von den zwischen jeweils zwei Ecken verlaufenden flachen Umfangsflächen des Verbindungsteils 32 begrenzt. Mit diesen Verbindungsteilen 32 ist es möglich, entweder jeweils gleich große oder auch unterschiedlich große Strömungskanäle 60 zu schaffen.

Claims

1. Ventilnadel für ein elektromagnetisch betätigbares Ventil, insbesondere für ein Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, das einen Kern, eine Magnetspule und einen festen Ventilsitz hat, mit dem die aus einem Anker, einem Verbindungsteil und einem Ventilschließglied bestehende Ventilnadel zusammenwirkt, wobei das Verbindungsteil den Anker mit dem Ventilschließglied verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (32) aus einem Profilhalbzeug hergestellt ist, teilweise von dem Anker (36) radial umgeben ist, wenigstens einen sich radial erstreckenden Profilarm (54) aufweist und zwischen sich und dem Anker (36) wenigstens einen Strömungskanal (60) bildet.

2. Ventilnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (32) einen kreuzförmigen Querschnitt besitzt mit vier radial nach außen stehenden Profilarmen (54).

3. Ventilnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (32) einen Y-förmigen Querschnitt besitzt mit drei radial nach außen stehenden Profilarmen (54).

4. Ventilnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (32) einen kreisabschnittsförmigen Querschnitt besitzt mit wenigstens einem Profilarm (54).

5. Ventilnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (32) im Querschnitt die Form eines Polygons hat, wobei die Anzahl der Ecken gleich der Anzahl der gebildeten Strömungskanäle (60) ist.

6. Ventilnadel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch das einen kreuzförmigen Querschnitt aufweisende Verbindungsteil (32) vier Strömungskanäle (60) im Anker (36) gebildet sind.

7. Ventilnadel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch das einen Y-förmigen Querschnitt aufweisende Verbindungsteil (32) drei Strömungskanäle (60) im Anker (36) gebildet sind.

8. Ventilnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des wenigstens einen Strömungskanals (60) der Umgreifungslänge des Ankers (36) um das Verbindungsteil (32) entspricht.

9. Ventilnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilschließglied (37) kugelförmig ausgebildet ist und das dem Ventilschließglied (37) zugewandte Ende (38) des Verbindungsteils (32) eine kalottenförmige Anlagefläche (41) hat.