EP1105641A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil

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EP1105641A1
EP1105641A1 EP00940207A EP00940207A EP1105641A1 EP 1105641 A1 EP1105641 A1 EP 1105641A1 EP 00940207 A EP00940207 A EP 00940207A EP 00940207 A EP00940207 A EP 00940207A EP 1105641 A1 EP1105641 A1 EP 1105641A1
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EP
European Patent Office
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valve
fuel injection
guide
hole
injection valve
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EP00940207A
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Hubert Stier
Dieter Maier
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/10—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type
    • F02M61/12—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type characterised by the provision of guiding or centring means for valve bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
  • a thin filter element is additionally formed as a further component on the upstream end face of the guide element.
  • a middle circular filter zone countless circular filter openings are provided.
  • the filter element completely covers the guide element with its through holes.
  • the functional integration is achieved, which is achieved in a particularly cost-effective manner by a simplified manufacturability and a reduced number of manufacturing processes.
  • the functional integration is achieved in that only one opening is provided in a component designed as a guide disk for axially guiding a valve needle, which serves both as a guide opening and as a flow opening.
  • the inner through hole in the guide disk is advantageously produced by punching. In this way, an opening is introduced in one process step, with which both the guiding of the valve needle and the passage of the fuel is realized. Further Openings are not required in the guide disc, so that no further manufacturing processes are necessary.
  • FIG. 1 shows a partially illustrated fuel injector with a guide disk according to the invention
  • FIG. 2 shows a guide disk in a plan view.
  • FIG. 1 shows a valve in the form of an injection valve for
  • the injection valve has a tubular valve seat support 1, in which a longitudinal opening 3 is formed concentrically with a valve longitudinal axis 2.
  • an axially movable valve needle 5 is arranged, which has a z.
  • B. has cylindrical valve closing body 7.
  • the injection valve is actuated in a known manner, for example electromagnetically.
  • a schematically indicated electromagnetic circuit with a magnet coil 10, an armature 11 and a core 12 is used for the axial movement of the valve needle 5 and thus for opening against the spring force of a return spring (not shown) or closing the injection valve.
  • the armature 11 is connected to the valve closing body 7 opposite end of the valve needle 5 by z. B. a weld seam connected by a laser and aligned with the core 12.
  • the injection valve can also be actuated piezoelectrically or magnetostrictively.
  • a valve seat body 16 is tightly mounted on the downstream end of the valve seat carrier 1 facing away from the core 12 in the longitudinal opening 3 which is concentric to the longitudinal axis 2 of the valve by welding.
  • the valve seat body 16 having a fixed valve seat 18 is provided with a z.
  • the cylindrical, the valve seat 18 facing a contour of a spherical portion valve closing body 7 cooperates with the frustoconical tapered valve seat 18 of the valve seat body 16.
  • the perforated disk 21 has at least one, for example four, injection openings 36 formed by erosion, stamping or etching. A retaining edge of the perforated disk 21 is conically bent outwards so that it bears against the inner wall of the valve seat carrier 1 determined by the longitudinal opening 3, a radial one Pressure is present.
  • the perforated disk 21 is tightly connected to the wall of the valve seat support 1, for example by welding.
  • the insertion depth of the valve seat body 16 determines the size of the stroke of the valve needle 5.
  • the one end position of the valve needle 5 when the solenoid 10 is not energized is determined by the valve closing body 7 resting on the valve seat 18, while the other end position of the valve needle 5 is established when the solenoid 1 is excited results from the installation of the anchor 11 at the lower core end.
  • the guide disk 33 is used for the radial guidance of the valve needle 5 during its axial movement in the longitudinal opening 3 to avoid excessive wear on the valve seat 18 and asymmetrical flow conditions between the valve seat 18 and the spray openings 36.
  • the guide disk 33 also fulfills one
  • the guide disk 33 has a thickness of approximately 80 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • the guide disk 33 is usually produced by means of
  • stamping, etching or electroforming (LIGA, MIGA technology).
  • Figure 2 shows a guide plate 33 as a single component in a plan view.
  • a central through hole 43 is provided, which from a circular shape is shaped differently.
  • the guide disk 33 has a plurality of spaced-apart guide regions 44, which prescribe a slightly larger diameter than the outer diameter of the valve closing body 7 of the valve needle 5.
  • Flow regions 45 which extend the opening width of the through hole 43, are provided circumferentially distributed between the guide areas 44 restricting the opening width of the through hole 43. Seen over the circumference of the through hole 43, guide regions 44 and are alternately located on its boundary edge
  • FIG. 2 shows a guide disk 33, each with five guide areas 44 and flow areas 45.
  • the guide disk 33 is fastened e.g. with four welding points that are offset by 90 ° and can be achieved with a laser.
  • the guide disc 33 is used for assembly with a pin that has a slightly larger diameter than the valve closing body 7
  • Valve seat 18 centered.
  • the guide disk 33 is pressed against the end face 32 of the valve seat body 16 and subsequently z. B. with a resistance weld or with a laser weld.
  • the guide disk 33 lies with its upper end face, which is opposite the valve seat body 16, for. B. on an optionally installable sleeve-shaped support element 48.
  • the guide disk 33 with its upper end face in its outer area at a step or on a paragraph of the valve seat support 1 similar to that known from US 5,642,862 to bring to the plant.
  • the valve seat body 16 can also be fixed in the valve seat carrier 1 instead of weld seams, for example by means of flanging.
  • valve seat body 16 and the guide disk 33 Possible methods for connecting the valve seat body 16 and the guide disk 33 are e.g. Laser welding, resistance welding, soldering or clamping.
  • the inner through hole 43 in the guide disc 33 is e.g. introduced by punching.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Führungsscheibe (33) stromaufwärts eines Ventilsitzes (18) vorgesehen ist, die mehrere Funktionen erfüllt. Neben der Führung einer axial beweglichen Ventilnadel (5) übernimmt die Führungsscheibe (33) auch eine Durchströmfunktion für den Brennstoff. Dazu ist in der Führungsscheibe (33) ein Durchgangsloch (43) vorgesehen, das über seinen äusseren Umfang alternierend Führungsbereiche (44) und Strömungsbereiche (45) aufweist, wobei die durch die Führungsbereiche (44) festgelegte Öffnungsweite des Durchgangslochs (43) kleiner ist als die durch die Strömungsbereiche (45) festgelegte Öffnungsweite. Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich besonders für den Einsatz in Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen.

Description

Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der WO 93/18299 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das einen Ventilsitzkörper aufweist, auf dem ein Führungselement aufliegt, das eine zentrale
Durchgangsöffnung besitzt, durch die sich axial eine Ventilnadel bewegen kann. Diese innere Durchgangsöffnung im Führungselement ist sehr exakt mit geringen Toleranzen gefertigt, da die axial bewegliche Ventilnadel in ihr geführt wird. Außerhalb dieser zentralen Durchgangsöffnung ist in dem Führungselement eine Vielzahl von Durchgangslöchern zum Strömungsdurchlaß eingebracht, die selbst kreisförmig ausgebildet und ansonsten gleichmäßig kreisringförmig im Führungselement angeordnet sind. Der BrennstoffStrömungsweg liegt also außerhalb der zentralen
Durchgangsoffnung .
An der stromaufwärtigen Stirnseite des Führungselements ist zusätzlich ein dünnes Filterelement als weiteres Bauteil ausgeformt. In einer mittleren kreisringförmigen Filterzone sind dabei unzählige kreisrunde Filteröffnungen vorgesehen. Das Filterelement überdeckt vollständig das Führungselement mit seinen Durchgangslöchern.
Ebenso ist es auch aus den Schriften DE 39 16 459 AI und US 5,642,862 bereits bekannt, an Einspritzventilen eine FührungsScheibe nahe des Ventilsitzes vorzusehen, die eine zentrale Führungsöffnung und außerhalb dieser FührungsÖffnung liegende Strömungsöffnungen besitzen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise eine
Funktionsintegration erreicht ist, die durch eine vereinfachte Herstellbarkeit und eine reduzierte Anzahl an Herstellungsprozessen besonders kostengünstig erzielt wird. Erfindungsgemäß wird die Funktionsintegration dadurch erreicht, daß in einem als FührungsScheibe ausgeführten Bauteil zur axialen Führung einer Ventilnadel nur eine Öffnung vorgesehen ist, die sowohl als Führungsöffnung als auch als Strömungsöffnung dient.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
In vorteilhafter Weise wird das innere Durchgangsloch in der FührungsScheibe mittels Stanzen hergestellt . Dabei wird also in einem Verfahrensschritt eine Öffnung eingebracht, mit der sowohl die Führung der Ventilnadel übernommen wird als auch der Durchtritt des Brennstoffs realisiert wird. Weitere Öffnungen werden nicht in der Führungsscheibe benötigt, so daß auch keine weiteren Fertigungsprozesse notwendig sind.
Da die FührungsScheibe zum Ventilsitz eine feste Position einnimmt, ist eine gezielte Anströmung der Lochscheibe möglich, die über die Betriebsdauer nicht veränderlich ist. Im Gegensatz zu Ventilnadeln, die Strömungsabschliffe am Umfang aufweisen, treten bei Verwendung der neuen Führungsscheibe keine Strahlwinkeltoleranzen oder Durchflusstoleranzen auf, die nachteiligerweise bei den bekannten Ventilnadeln durch das mögliche Verdrehen und der veränderlichen relativen Lage zu den Abspritzöffnungen im Betrieb auftreten können.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein teilweise dargestelltes Brennstoffeinspritzventil mit einer erfindungsgemäßen Führungsscheibe und Figur 2 eine Führungsscheibe in einer Draufsicht.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der Figur 1 ist als ein Ausführungsbeispiel ein Ventil in der Form eines Einspritzventils für
Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen teilweise dargestellt. Das Einspritzventil hat einen rohrförmigen Ventilsitzträger 1, in dem konzentrisch zu einer Ventillängsachse 2 eine Längsöffnung 3 ausgebildet ist. In der Längsöffnung 3 ist eine axial bewegbare Ventilnadel 5 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende 6 einen z. B. zylinderförmigen Ventilschließkörper 7 aufweist. Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise, beispielsweise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 5 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder bzw. Schließen des Einspritzventils dient ein schematisch angedeuteter elektromagnetischer Kreis mit einer Magnetspule 10, einem Anker 11 und einem Kern 12. Der Anker 11 ist mit dem dem Ventilschließkörper 7 abgewandten Ende der Ventilnadel 5 durch z. B. eine Schweißnaht mittels eines Lasers verbunden und auf den Kern 12 ausgerichtet.
Anstelle mittels eines elektromagnetischen Kreises kann das Einspritzventil auch piezoelektrisch oder magnetostriktiv betätigbar sein.
Ein Ventilsitzkörper 16 ist an dem stromabwärts liegenden, dem Kern 12 abgewandten Ende des Ventilsitzträgers 1 in der konzentrisch zur Ventillängsachse 2 verlaufenden Längsöffnung 3 durch Schweißen dicht montiert. An seiner dem Ventilschließkörper 7 abgewandten, unteren Stirnseite 17 ist der einen festen Ventilsitz 18 aufweisende Ventilsitzkörper 16 mit einer z. B. topfförmig ausgebildeten Lochscheibe 21 konzentrisch und fest verbunden.
Zur Führung der Ventilnadel 5 bzw. des Ventilschließkörpers 7 während der Axialbewegung der Ventilnadel 5 entlang der Ventillängsachse 2 dient eine erfindungsgemäße, z. B. an einer oberen, der Lochscheibe 21 abgewandten Stirnseite 32 des Ventilsitzkörpers 16 befestigte Führungsscheibe 33. Der zylinderförmige, dem Ventilsitz 18 zugewandt eine Kontur eines Kugelabschnitts aufweisende Ventilschließkörper 7 wirkt mit dem sich in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig verjüngenden Ventilsitz 18 des Ventilsitzkörpers 16 zusammen. Die Lochscheibe 21 besitzt wenigstens eine, beispielsweise vier durch Erodieren, Stanzen oder Ätzen ausgeformte Abspritzöffnungen 36. Ein Halterand der Lochscheibe 21 ist konisch nach außen gebogen, so daß dieser an die durch die Längsöffnung 3 bestimmten inneren Wandung des Ventilsitzträgers 1 anliegt, wobei eine radiale Pressung vorliegt. Die Lochscheibe 21 ist mit der Wandung des Ventilsitzträgers 1 beispielsweise durch Schweißen dicht verbunden.
Die Einschubtiefe des Ventilsitzkörpers 16 bestimmt die Größe des Hubs der Ventilnadel 5. Dabei ist die eine Endstellung der Ventilnadel 5 bei nicht erregter Magnetspule 10 durch die Anlage des Ventilschließkörpers 7 am Ventilsitz 18 festgelegt, während sich die andere Endstellung der Ventilnadel 5 bei erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankers 11 am unteren Kernende ergibt.
Die Führungsscheibe 33 dient der radialen Führung der Ventilnadel 5 während ihrer axialen Bewegung in der Längsöffnung 3 zur Vermeidung von zu hohem Verschleiß am Ventilsitz 18 und von asymmetrischen Strömungsverhältnissen zwischen dem Ventilsitz 18 und den Abspritzöffnungen 36. Außerdem erfüllt die Führungsscheibe 33 auch eine
Durchströmfunktion für den Brennstoff, damit dieser aus dem Ventilinnenraum stromaufwärts der Führungsscheibe 33 bis zum Ventilsitz 18 hin gelangen kann. Die Führungsscheibe 33 besitzt eine Dicke von ca. 80 μm bis 150 μm. Üblicherweise erfolgt die Herstellung der Führungsscheibe 33 mittels
Stanzen, Ätzen oder Galvanoformung (LIGA-, MIGA-Technik) .
Figur 2 zeigt eine Führungsscheibe 33 als Einzelbauteil in einer Draufsicht. In der kreisförmigen Führungsscheibe 33 ist ein zentrales Durchgangsloch 43 vorgesehen, das von einer kreisrunden Form abweichend ausgeformt ist. Die Führungsscheibe 33 besitzt über den Umfang des Durchgangslochs 43 gesehen mehrere beabstandete Führungsbereiche 44, die einen geringfügig größeren Durchmesser vorgeben als den Außendurchmesser des Ventilschließkörpers 7 der Ventilnadel 5. Diese Maßunterschiede führen zu einem minimalen Spiel von ca. 10 μm.
Zwischen den die Öffnungsweite des Durchgangslochs 43 einengenden Führungsbereichen 44 sind umfangsmäßig verteilt Strömungsbereiche 45 vorgesehen, die die Öffnungsweite des Durchgangs1ochs 43 erweitern. Über den Umfang des Durchgangslochs 43 gesehen liegen also an seinem Begrenzungsrand alternierend Führungsbereiche 44 und
Strömungsbereiche 45 vor. In vorteilhafter Weise sind drei bis sechs solcher Bereiche 44, 45 ausgeformt. In Figur 2 ist eine Führungsscheibe 33 mit jeweils fünf Führungsbereichen 44 und Strömungsbereichen 45 dargestellt.
Die Befestigung der Führungsscheibe 33 erfolgt z.B. mit vier um 90° voneinander versetzt liegenden, mittels eines Lasers erzielbaren Schweißpunkten. Die Führungsscheibe 33 wird bei der Montage mit einem Stift, der einen geringfügig größeren Durchmesser hat als der Ventilschließkörper 7, zum
Ventilsitz 18 zentriert. Im zentrierten Zustand wird die Führungsscheibe 33 gegen die Stirnseite 32 des Ventilsitzkörpers 16 gedrückt und nachfolgend z. B. mit einer Widerstandsschweißung oder mit einer Laserschweißung befestigt. Im eingebauten Zustand liegt die Führungsscheibe 33 mit ihrer oberen, dem Ventilsitzkörper 16 gegenüberliegenden Stirnfläche z. B. an einem optional einbaubaren hülsenförmigen Stützelement 48 an. Denkbar ist aber ebenso, die Führungsscheibe 33 mit ihrer oberen Stirnfläche in ihrem Außenbereich an einer Stufe oder an einem Absatz des Ventilsitzträgers 1, ähnlich wie aus der Schrift US 5,642,862 bekannt, zur Anlage zu bringen. Das Fixieren des Ventilsitzkörpers 16 im Ventilsitzträger 1 kann anstelle von Schweißnähten auch z.B. mittels Bördeln erfolgen.
Mögliche Verfahren zum Verbinden von Ventilsitzkörper 16 und Führungsscheibe 33 sind z.B. Laserschweißen, Widerstandsschweißen, Löten oder Klemmen. Das innere Durchgangsloch 43 in der Führungsscheibe 33 wird z.B. mittels Stanzen eingebracht.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer Ventillängsachse, mit einer entlang der Ventillängsachse bewegbaren Ventilnadel, mit einem zur Ventilnadel gehörenden Ventilschließkörper, der mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkt, mit einer stromaufwärts des Ventilsitzes angeordneten Führungsscheibe, die ein zentrales Durchgangsloch aufweist, durch das die Ventilnadel axial bewegbar ist und mit dem eine Führung der Ventilnadel während ihrer Axialbewegung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchgangsloch (43) der Führungsscheibe (33) über seinen Umfang alternierend
Führungsbereiche (44) und Strömungsbereiche (45) aufweist, wobei die durch die Führungsbereiche (44) festgelegte Öffnungsweite des Durchgangslochs (43) kleiner ist als die durch die Strömungsbereiche (45) festgelegte Öffnungsweite.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsscheibe (33) mittels Galvanoformung herstellbar ist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsscheibe (33) aus einem Blech herstellbar ist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (18) in einem Ventilsitzkörper (16) ausgebildet ist, der eine obere Stirnseite (32) besitzt, an der die Führungsscheibe (33) befestigt ist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Verbindung von Führungsscheibe (33) und Ventilsitzkörper (16) durch Schweißen, Löten oder Klemmen erzielt ist .
6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über den Umfang des Durchgangslochs (43) wenigstens jeweils drei sich abwechselnde Führungsbereiche (44) und Strömungsbereiche (45) ausgeformt sind.
7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchgangsloch (43) mittels Stanzen herstellbar ist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchgangsloch (43) die einzige Öffnung der gesamten Führungsscheibe (33) ist.
EP00940207A 1999-06-18 2000-05-18 Brennstoffeinspritzventil Expired - Lifetime EP1105641B1 (de)

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