EP1607620A1 - Kraftstoffinjektor mit Spannhülse als Anschlag für Ventilnadel - Google Patents

Kraftstoffinjektor mit Spannhülse als Anschlag für Ventilnadel Download PDF

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EP1607620A1
EP1607620A1 EP05103071A EP05103071A EP1607620A1 EP 1607620 A1 EP1607620 A1 EP 1607620A1 EP 05103071 A EP05103071 A EP 05103071A EP 05103071 A EP05103071 A EP 05103071A EP 1607620 A1 EP1607620 A1 EP 1607620A1
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clamping sleeve
fuel injector
magnet pot
valve needle
pot
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S251/00—Valves and valve actuation
    • Y10S251/903—Needle valves

Definitions

  • the stroke limitation for example, by the use of a stop washer on which the valve needle abuts realized.
  • the stop disc lies on the magnet pot on, so that a direct impact of the valve needle on the magnet pot avoided becomes.
  • the required for the operation of the fuel injector stroke and the residual air gap are adjusted by grinding in protrusions or steps on the valve needle.
  • valve needle abuts against a sleeve pressed into the magnet pot.
  • the stroke and the residual air gap are adjusted by shims whose thickness is equal to the stroke or the residual air gap is adjusted.
  • a hold-down with a sleeve-shaped stop offers another way to realize the stroke limitation.
  • a sleeve-shaped stop is known from DE 102 49 161 B3. This is the hub adjusted by a shim between the valve body and the hold-down and the residual air gap by grinding the sleeve formed as a stop on the appropriate Length.
  • the magnet pot is described as described in Bosch Research Info, 3/2001, made of a metal / polymer composite. These are fine iron particles wrapped in plastic, pressed and sintered into a workpiece. This material is however very brittle and therefore sensitive to impact. For this reason, it must be avoided that the valve needle strikes the magnet pot.
  • valve needle By striking the valve needle to the magnet pot parts can break, causing the magnetic properties of the magnet pot can change. Also can the erupted particles cause higher wear and thereby to Failure of the fuel injector lead.
  • trained fuel injector which has a control valve with an electromagnetic operable valve needle is driven, wherein a coil in a magnetizable from Material made magnetic pot is added, in the magnet pot one Clamping sleeve received with a running between the end faces gap-shaped opening.
  • the clamping sleeve is biased and into a bore, preferably centered in the magnet pot is inserted. Due to the bias creates a spring force in the clamping sleeve, through which the clamping sleeve against the wall of the bore is pressed and holds in the magnetic pot.
  • the spring force is calculated so that the clamping sleeve not due to the shaking stress occurring during operation and the own mass dissolves.
  • the required extrusion forces of the clamping sleeve from the magnet pot are preferably in the range of 100 to 500 N. As Auspresskraft while the power is too understand that is required to release the clamping sleeve from the magnet pot.
  • the clamping sleeve is made of a non-magnetizable Material made.
  • a sleeve of magnetizable material has the disadvantage that, too after completion of the power supply of the coil, the magnetization is maintained and so the Valve needle is first held by the clamping sleeve in the open position and only closes with a delay.
  • the material from which the clamping sleeve is made preferably not deformable by the impact of the valve needle. A plastic deformation
  • the clamping sleeve would cause the needle stroke with the operating time of the fuel injector increases. An enlargement of the needle stroke can, for example to an increase in the injected fuel quantity and thus to a higher Fuel consumption lead.
  • a suitable material for the production of the clamping sleeve is for Example carbon steel.
  • the outer diameter is the clamping sleeve preferably greater than or equal to the diameter of the stop surface the valve needle.
  • the width of the extending between the end faces slit-shaped opening is at most 25% of the sleeve circumference, a kinking the valve needle when striking avoided and thus achieved a precise opening.
  • a annular stop surface and thus a uniform striking of the valve needle can be achieved in that received in the magnet pot at least two clamping sleeves are, whose extending between the end faces gap-shaped openings at different Radial positions are arranged.
  • the length of the clamping sleeve corresponds to Height of the magnet pot, so that the front sides of clamping sleeve and magnet pot a smooth Form surface. This is achieved in that first the at least one clamping sleeve in the magnetic pot is pressed and then the front sides of the magnet pot with the be pressed flat in this press-fitted clamping sleeve.
  • the residual air gap required for this is that the armature of the valve needle does not stick to the magnet pot is thereby achieved that the stop surface of the valve needle to the height of the residual air gap from the Anchor of the valve needle protrudes.
  • Figure 1 shows an inventively designed control valve of a fuel injector.
  • a control valve 1 comprises a valve body 2 with a centrally located therein Hole in which a valve needle 3 is guided.
  • a stop plate 4 On the one injector, not shown here facing side joins the valve body 2 a stop plate 4 at.
  • the first valve chamber 5 is formed by an end face 6 of the stop plate 4 limited.
  • a bore 10 closes in the Stop plate 4 on.
  • the bore 10 opens a second valve chamber 8. By a Flat seat 7 on the valve needle 3, the bore 10 can be opened in the stop plate 4 or be closed.
  • a guide pin 9 is formed on the stop plate 4.
  • valve needle On the side facing away from the stop plate 4, the valve needle expands into a valve pin head 11.
  • a guide pin 12 connects.
  • the Guide pin 12 is formed by a preferably designed as a spiral spring closing element 13 enclosed.
  • the closing element 13 is supported with one side against an end face 14 of the valve needle head 11 and with the other side against an end face 16 of a Upper housing part 15 from.
  • the guide pin 12 prevents the Closing element 13 on the end face 14 of the valve needle head 11 can slip. Also the guide pin 12 prevents buckling of the closing element 13 during a lifting movement the valve needle 3 from the flat seat. 7
  • valve body 2 and the upper housing part 15 are connected by a clamping nut 17 with each other connected.
  • the opening and closing operation of the valve needle 3 is electromagnetically controlled.
  • a magnet pot 18, which has a ring-shaped Has groove in which a coil 19 is received.
  • the coil 19 is connected via an electrical Terminal 20 is powered.
  • This magnetic field is the Magnetic pot 18 magnetized material.
  • This causes a magnetic from Material manufactured anchor 21, which surrounds the valve needle head 11, through the magnet pot 18 is attracted. In this way, the valve needle 3 moves in the direction of Magnet pot 18 and thus releases the flat seat 7.
  • This is designed as a spiral spring Closing element 13 compressed.
  • the closing element 13 is within a bore 22 arranged in the magnetic pot 18, so that the magnet pot 18, the closing element 13th encloses.
  • the material of the magnetic pot 18 is preferably a sintered metal or contains fine Plastic coated iron particles that were pressed into a magnet pot 18. hereby prevents eddy currents in the magnet pot, which delay the switching process. This material is extremely brittle and therefore impact-sensitive. Therefore it could by striking the valve needle 3 for breaking individual particles from the magnet pot 18 come. This changes the magnetic properties. moreover The broken particles can cause higher wear and thus to Failure of the control valve 1 lead.
  • a clamping sleeve 23 is received in the bore 22 in the magnet pot 18.
  • the clamping sleeve 23 has a gap-shaped opening extending between the end faces 24 on.
  • the gap-shaped opening 24 serves to ensure that the clamping sleeve 23 with a defined Spring force is pressed into the bore 22 in the magnet pot 18.
  • the slit-shaped Opening 24 allows the clamping sleeve 23 with a biasing force in the bore 22 is used. For this reason, when mounting the clamping sleeve 23 no Pressing forces are exerted on the magnet pot 18, as in a closed sleeve the case would be. Due to the high required pressing forces with closed sleeves they can blow up the magnet pot 18. This is achieved by the use of the invention Clamping sleeve 23 with the gap-shaped opening 24 avoided.
  • the clamping sleeve 23 is supported with an end face against the adjusting ring 25. To this Way are the impact forces when you hit the valve needle 3 during the opening process acting on the clamping sleeve 23, transmitted to the adjusting ring 25.
  • the clamping sleeve 23 is preferably made of a non-magnetizable material. Also, the material of the clamping sleeve 23 the impact forces acting on the clamping sleeve 23 when the valve needle 3 is hit, transferred to the adjustment ring 25 and may not be damaged by these impact forces. For this reason, a carbon steel is preferably used as the material for the clamping sleeve 23 elected. Other suitable materials for the clamping sleeve are, for example, stainless Steels.
  • Reference numeral 26 denotes a second electrical connection in the control valve 1. Via the second electrical connection 26, for example, another valve in Fuel injector to be powered. The power supply of the fuel injector via contact 27.
  • FIG. 2 shows the detail Z from FIG. 1.
  • FIG. 2 shows that the stop diameter 28 of the end face 14 of the valve needle head 11 is smaller than the outer diameter 29 of the clamping sleeve 23. In this way it is ensured that the valve needle 3 abuts exclusively against the clamping sleeve 23 and not against the magnetic pot 18, since a striking against the magnet pot 18 to a Damage could cause the same.
  • the setting of the residual air gap 31 takes place in accordance with the invention Fuel injector such that the valve needle head 11 by the height of the residual air gap 31st protrudes from the armature 21.
  • FIG. 3 shows a plan view of a magnet pot with a clamping sleeve accommodated therein.
  • the plan view of the magnet pot 18 can be seen that in these at least one Bore 32 is received, which opens into an annular groove 33 for receiving the coil 19.
  • two holes 32 in the magnet pot 18 recorded.
  • the bores 32 serve to receive the electrical connection 20, with which the coil 19, through which the magnetic field is generated, is supplied to and Receiving the second electrical connection 26, for example, for power supply a second valve is used in the fuel injector.
  • the bore 22 is received.
  • the clamping sleeve 23 is arranged, which with a spring force against the wall of the bore 22 is pressed.
  • the gap-shaped opening 24, extending between the end faces of the clamping sleeve 23 extends, trained.
  • the spring force is applied by the clamping sleeve 23 is compressed, whereby the width of the slit-shaped opening 24 is reduced and the diameter of the clamping sleeve 23 is reduced.
  • the pretensioned clamping sleeve 23 is inserted into the bore 22.
  • the bias of the Tensioning sleeve 23 is taken so that it opens into its original shape. This opening is interrupted by the wall of the bore 22, so that the clamping sleeve 23 with a residual spring force against the wall of the bore 22 is pressed.
  • the remaining spring force is so great that a shaking stress and the mass of the clamping sleeve 23 does not lead to a release of the clamping sleeve 23. In this way, the clamping sleeve 23rd fixed due to the spring force in the bore 22 of the magnet pot 18 (press fit).
  • FIG. 4 shows a magnetic pot with a clamping sleeve received therein before the final one Surface treatment.
  • the annular groove 33 for receiving the coil 19.
  • Die Ring groove 33 is connected to the bores 32, so that the coil 9 in the annular groove 33 via the bore 32 can be supplied with power.
  • Figure 4 can be seen that the clamping sleeve 23 to form a projection 35 protrudes from the magnet pot 13. This shows the step in the assembly, though the clamping sleeve 23 is already inserted in the magnet pot 18, but the end face 34 of the Magnet pot 18 is not yet ground flat.
  • FIG. 5 shows the magnet pot 18 with inserted clamping sleeve 23 and surface ground End face 34 of the magnet pot 18 and end face 36 of the clamping sleeve 23.
  • FIGS. 6.1, 6.2 and 6.3 show various embodiments of the invention between the End-side extending gap-shaped openings shown.
  • Figure 6.1 shows a in axial direction between the end faces extending gap-shaped opening 24 in the Clamping sleeve 23.
  • Figure 6.2 is a spiral around the clamping sleeve 23 running around gap-shaped opening 24 shown.
  • the part of the gap-shaped opening 24, which is on the plane of the drawing protruding side of the clamping sleeve 23 is located, with dashed lines darg Med.
  • the gap-shaped opening 24 can also in the Form a spiral around the clamping sleeve 23 several times.
  • gap-shaped opening 24 is darg Robinson in Figure 6.3.
  • the gap-shaped opening 24 extends arcuately on the clamping sleeve 23rd
  • the width of the gap-shaped opening 24 is maximum in a preferred embodiment 25% of the circumference of the clamping sleeve 23.
  • FIG. 1 Another possibility, a tilting of the valve needle 3 when hitting the clamping sleeve 23 is shown in FIG.
  • a second clamping sleeve 38 braced.
  • the assembly of the second clamping sleeve 38 is analogous to the assembly the clamping sleeve 23.
  • the gap-shaped Opening 39 of the second clamping sleeve 38 to the gap-shaped opening 24 of the clamping sleeve 23rd added. This ensures that the end face 14 of the valve needle head 11th strikes over the entire circumference of the clamping sleeves 23, 38.
  • clamping sleeves 23, 38 are used.
  • the gap-shaped openings 24, 39 of the clamping sleeves 23, 38 offset when using more than two clamping sleeves so that the gap-shaped opening of each clamping sleeve at a different position, on the circumference located.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor für Verbrennungskraftmaschinen mit einem Steuerventil (1) mit einer elektromagnetischen betätigbaren Ventilnadel (3), wobei eine Spule (19) in einem aus magnetisierbaren Material gefertigten Magnettopf (18) aufgenommen ist. In dem Magnettopf (18) ist mindestens eine Spannhülse (23) mit einer zwischen den Stirnseiten der Spannhülse (23) verlaufenden spaltförmigen Öffnung (24) aufgenommen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Kraftstoffinjektors. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Zur Kraftstoffversorgung von Verbrennungskraftmaschinen werden heute vielfach Kraftstoffeinspritzventile eingesetzt. Zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten und um den Kraftstoffverbrauch zu senken ist es erforderlich, dass die Kraftstoffmenge, die in die einzelnen Zylinder eingespritzt wird, genau bemessen wird. Hierzu sind extrem kurze Öffnungs- und Schließzeiten des Einspritzventiles erforderlich. Weiterhin muss die Ventilnadel bei jedem Öffnen den gleichen Hub aufweisen, um zu gewährleisten, dass jeweils die gleiche Kraftstoffmenge in den Zylinder eingespritzt wird. Dies wird durch eine Hubbegrenzung realisiert.
Stand der Technik
Bei den am Markt erhältlichen Kraftstoffinjektoren erfolgt die Begrenzung des Hubes der Ventilnadel auf unterschiedliche Arten.
So wird die Hubbegrenzung zum Beispiel durch die Verwendung einer Anschlagscheibe, an welche die Ventilnadel anschlägt, realisiert. Dabei liegt die Anschlagscheibe auf dem Magnettopf auf, so dass ein direktes Anschlagen der Ventilnadel auf den Magnettopf vermieden wird. Der für den Betrieb des Kraftstoffinjektors erforderliche Hub und der Restluftspalt werden durch Einschleifen von Vorsprüngen oder Stufen an der Ventilnadel eingestellt.
Eine weitere Möglichkeit, die Hubbegrenzung zu realisieren, besteht darin, dass die Ventilnadel an eine in den Magnettopf eingepresste Hülse anschlägt. Bei dieser Variante werden der Hub und der Restluftspalt durch Einstellscheiben eingestellt, deren Dicke an den Hub bzw. den Restluftspalt angepasst ist.
Die Verwendung eines Niederhalters mit einem hülsenförmigen Anschlag, der vom Magnettopf umgeben ist, bietet eine weitere Möglichkeit, die Hubbegrenzung zu realisieren. Ein solcher hülsenförmiger Anschlag ist aus DE 102 49 161 B3 bekannt. Hierbei wird der Hub durch eine Einstellscheibe zwischen dem Ventilgehäuse und dem Niederhalter eingestellt und der Restluftspalt durch Schleifen der als Anschlag ausgebildeten Hülse auf die passende Länge.
Zur Vermeidung von Wirbelströmen im Magnettopf, die den Schaltvorgang des Kraftstoffinjektors verzögern, wird der Magnettopf, wie in Bosch Research Info, 3/2001 beschrieben, aus einem Metall/Polymer-Verbundwerkstoff hergestellt. Hierzu werden feine Eisenpartikel mit Kunststoff umhüllt, gepresst und zu einem Werkstück gesintert. Dieses Material ist jedoch sehr spröde und daher schlagempfindlich. Aus diesem Grund muss vermieden werden, dass die Ventilnadel an den Magnettopf anschlägt.
Durch das Anschlagen der Ventilnadel an den Magnettopf können Teile ausbrechen, wodurch sich die magnetischen Eigenschaften des Magnettopfes verändern können. Auch können die ausgebrochenen Partikel einen höheren Verschleiß verursachen und dadurch zum Ausfall des Kraftstoffinjektors führen.
Darstellung der Erfindung
Um ein Anschlagen der Ventilnadel an den Magnettopf zu verhindern, wird bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektor, der über ein Steuerventil mit einer elektromagnetisch betätigbaren Ventilnadel angesteuert wird, wobei eine Spule in einem aus magnetisierbaren Material gefertigten Magnettopf aufgenommen ist, in dem Magnettopf eine Spannhülse mit einer zwischen den Stirnseiten verlaufenden spaltförmigen Öffnung aufgenommen.
Zur Montage wird die Spannhülse vorgespannt und in eine Bohrung, die sich vorzugsweise zentriert im Magnettopf befindet, eingesetzt. Aufgrund der Vorspannung entsteht eine Federkraft in der Spannhülse, durch welche die Spannhülse gegen die Wandung der Bohrung gepresst wird und so im Magnettopf hält. Die Federkraft ist dabei so bemessen, dass sich die Spannhülse nicht aufgrund der im Betrieb auftretenden Schüttelbeanspruchung und der eigenen Masse löst. Die erforderlichen Auspresskräfte der Spannhülse aus dem Magnettopf liegen vorzugsweise im Bereich von 100 bis 500 N. Als Auspresskraft ist dabei die Kraft zu verstehen, die erforderlich ist, um die Spannhülse aus dem Magnettopf zu lösen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spannhülse aus einem nicht magnetisierbaren Material gefertigt. Eine Hülse aus magnetisierbarem Material hat den Nachteil, dass auch nach Beendigung der Stromzufuhr der Spule die Magnetisierung erhalten bleibt und so die Ventilnadel durch die Spannhülse zunächst in der offenen Position gehalten wird und erst mit Verzögerung schließt. Weiterhin ist das Material, aus dem die Spannhülse gefertigt ist, vorzugsweise nicht durch das Aufschlagen der Ventilnadel verformbar. Eine plastische Verformung der Spannhülse würde dazu führen, dass sich der Nadelhub mit der Betriebsdauer des Kraftstoffinjektors vergrößert. Eine Vergrößerung des Nadelhubes kann zum Beispiel zu einer Vergrößerung der eingespritzten Kraftstoffmenge und damit zu einem höheren Kraftstoffverbrauch führen. Ein geeignetes Material zur Fertigung der Spannhülse ist zum Beispiel Kohlenstoffstahl.
Damit die Ventilnadel beim Öffnen nicht an den Magnettopf anschlägt, ist der Außendurchmesser der Spannhülse vorzugsweise größer oder gleich dem Durchmesser der Anschlagfläche der Ventilnadel. Dadurch, dass die Breite der zwischen den Stirnseiten verlaufenden spaltförmigen Öffnung höchstens 25 % des Hülsenumfanges beträgt, wird ein Abknicken der Ventilnadel beim Anschlagen vermieden und damit ein präzises Öffnen erreicht. Eine ringförmige Anschlagfläche und damit ein gleichmäßiges Anschlagen der Ventilnadel kann dadurch erreicht werden, dass in dem Magnettopf mindestens zwei Spannhülsen aufgenommen sind, deren sich zwischen den Stirnseiten erstreckende spaltförmige Öffnungen an unterschiedlichen radialen Positionen angeordnet sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entspricht die Länge der Spannhülse der Höhe des Magnettopfes, so dass die Stirnseiten von Spannhülse und Magnettopf eine glatte Fläche bilden. Dies wird dadurch erreicht, dass zunächst die mindestens eine Spannhülse in den Magnettopf eingepresst wird und anschließend die Stirnseiten des Magnettopfes mit der darin eingepressten Spannhülse plangeschliffen werden. Der Restluftspalt, der dazu erforderlich ist, dass der Anker der Ventilnadel nicht am Magnettopf anklebt, wird dadurch erreicht, dass die Anschlagfläche der Ventilnadel um die Höhe des Restluftspaltes aus dem Anker der Ventilnadel herausragt.
Zeichnung
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1
ein erfindungsgemäß ausgebildetes Steuerventil eines Kraftstoffinjektors,
Figur 2
Einzelheit Z aus Figur 1,
Figur 3
eine Draufsicht auf einen Magnettopf mit darin aufgenommener Spannhülse,
Figur 4
einen Schnitt durch einen Magnettopf mit darin aufgenommener Spannhülse vor dem Planschleifen der Stirnseiten,
Figur 5
einen Schnitt durch einen Magnettopf mit darin aufgenommener Spannhülse mit plangeschliffenen Stirnseiten,
Figuren 6.1, 6.2 und 6.3
verschiedene Ausführungen der zwischen den Stirnseiten verlaufenden spaltförmigen Öffnung der Spannhülse,
Figur 7
Draufsicht auf einen Magnettopf mit zwei darin aufgenommenen Spannhülsen.
Ausführungsvarianten
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäß ausgebildetes Steuerventil eines Kraftstoffinjektors.
Ein Steuerventil 1 umfasst einen Ventilkörper 2 mit einer darin zentral aufgenommenen Bohrung, in der eine Ventilnadel 3 geführt ist. Auf der einem hier nicht dargestellten Einspritzventil zugewandten Seite schließt sich an den Ventilkörper 2 eine Anschlagplatte 4 an. Auf der der Anschlagplatte 4 zugewandten Seite öffnet sich die Bohrung im Ventilkörper 2 in einen ersten Ventilraum 5. Der erste Ventilraum 5 wird durch eine Stirnfläche 6 der Anschlagplatte 4 begrenzt. An den ersten Ventilraum 5 schließt sich eine Bohrung 10 in der Anschlagplatte 4 an. Die Bohrung 10 öffnet sich einen zweiten Ventilraum 8. Durch einen Flachsitz 7 an der Ventilnadel 3 kann die Bohrung 10 in der Anschlagplatte 4 geöffnet oder verschlossen werden.
Um das in Figur 1 nicht dargestellte Einspritzventil in der richtigen Position an das Steuerventil 1 zu montieren, ist an der Anschlagplatte 4 ein Führungszapfen 9 ausgebildet. Zur Montage wird der Führungszapfen 9 in eine korrespondierende Bohrung am Einspritzventil eingeführt. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass zum Beispiel die Bohrungen für durch mehrere Bauteile hindurchgehende Kanäle fluchtend im fertig montierten Kraftstoffinjektor ausgebildet sind.
Auf der der Anschlagplatte 4 abgewandten Seite erweitert sich die Ventilnadel in einen Ventilnadelkopf 11. An den Ventilnadelkopf 11 schließt sich ein Führungszapfen 12 an. Der Führungszapfen 12 wird durch ein vorzugsweise als Spiralfeder ausgebildetes Schließelement 13 umschlossen. Das Schließelement 13 stützt sich mit einer Seite gegen eine Stirnfläche 14 des Ventilnadelkopfes 11 und mit der anderen Seite gegen eine Stirnfläche 16 eines oberen Gehäuseteiles 15 ab. Durch den Führungszapfen 12 wird verhindert, dass das Schließelement 13 auf der Stirnfläche 14 des Ventilnadelkopfes 11 verrutschen kann. Auch verhindert der Führungszapfen 12 ein Knicken des Schließelementes 13 bei einer Hubbewegung der Ventilnadel 3 aus dem Flachsitz 7.
Der Ventilkörper 2 und das obere Gehäuseteil 15 sind durch eine Spannmutter 17 miteinander verbunden.
Der Öffnungs- bzw. Schließvorgang der Ventilnadel 3 wird elektromagnetisch gesteuert. Hierzu befindet sich im Ventilkörper 2 ein Magnettopf 18, der eine ringförmig ausgebildete Nut aufweist, in der eine Spule 19 aufgenommen ist. Die Spule 19 wird über einen elektrischen Anschluss 20 mit Strom versorgt. Sobald auf die Spule 19 eine Spannung aufgegeben wird, bildet sich um die Spule 19 ein Magnetfeld aus. Durch dieses Magnetfeld wird das Material des Magnettopfes 18 magnetisiert. Dies führt dazu, dass ein aus magnetischem Material gefertigter Anker 21, der den Ventilnadelkopf 11 umschließt, durch den Magnettopf 18 angezogen wird. Auf diese Weise bewegt sich die Ventilnadel 3 in Richtung des Magnettopfes 18 und gibt so den Flachsitz 7 frei. Hierbei wird das als Spiralfeder ausgebildete Schließelement 13 zusammengepresst. Das Schließelement 13 ist innerhalb einer Bohrung 22 im Magnettopf 18 angeordnet, so dass der Magnettopf 18 das Schließelement 13 umschließt.
Das Material des Magnettopfes 18 ist vorzugsweise ein Sintermetall oder enthält feine von Kunststoff umhüllte Eisenpartikel, die zu einem Magnettopf 18 gepresst wurden. Hierdurch wird vermieden, dass im Magnettopf Wirbelströme entstehen, die den Schaltvorgang verzögern. Dieses Material ist äußerst spröde und damit schlagempfindlich. Daher könnte es durch das Anschlagen der Ventilnadel 3 zum Ausbrechen einzelner Partikel aus dem Magnettopf 18 kommen. Hierdurch verändern sich die magnetischen Eigenschaften. Zudem können die ausgebrochenen Partikel einen höheren Verschleiß verursachen und damit zum Ausfall des Steuerventils 1 führen. Zum Abfangen der Stoßbelastung durch das Anschlagen der Ventilnadel 3 ist in der Bohrung 22 im Magnettopf 18 eine Spannhülse 23 aufgenommen. Die Spannhülse 23 weist eine zwischen den Stirnseiten verlaufende spaltförmige Öffnung 24 auf. Die spaltförmige Öffnung 24 dient dazu, dass die Spannhülse 23 mit einer definierten Federkraft in die Bohrung 22 im Magnettopf 18 eingepresst wird. Die spaltförmige Öffnung 24 ermöglicht es, dass die Spannhülse 23 mit einer Vorspannkraft in die Bohrung 22 eingesetzt wird. Aus diesem Grund müssen bei der Montage der Spannhülse 23 keine Presskräfte auf den Magnettopf 18 ausgeübt werden, wie dies bei einer geschlossenen Hülse der Fall wäre. Aufgrund der hohen erforderlichen Presskräfte bei geschlossenen Hülsen können diese den Magnettopf 18 sprengen. Dies wird durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Spannhülse 23 mit der spaltförmigen Öffnung 24 vermieden.
Zwischen dem oberen Gehäuseteil 15 und dem Magnettopf 18 befindet sich ein Einstellring 25, über dessen Dicke der Hub der Ventilnadel 3 eingestellt wird.
Die Spannhülse 23 stützt sich mit einer Stirnseite gegen den Einstellring 25 ab. Auf diese Weise werden die Anschlagkräfte, die beim Anschlagen der Ventilnadel 3 beim Öffnungsvorgang auf die Spannhülse 23 einwirken, an den Einstellring 25 übertragen.
Um zu vermeiden, dass die Spannhülse 23 durch die Spule 19 magnetisiert wird und damit den Schaltvorgang der Ventilnadel 3 beeinflussen kann, ist die Spannhülse 23 vorzugsweise aus einem nicht magnetisierbaren Material gefertigt. Auch muss das Material der Spannhülse 23 die Stoßkräfte, die beim Anschlagen der Ventilnadel 3 auf die Spannhülse 23 wirken, an den Einstellring 25 übertragen und darf durch diese Stoßkräfte nicht beschädigt werden. Aus diesem Grund wird vorzugsweise ein Kohlenstoffstahl als Material für die Spannhülse 23 gewählt. Weitere geeignete Materialien für die Spannhülse sind zum Beispiel rostfreie Stähle.
Mit Bezugszeichen 26 ist ein zweiter elektrischer Anschluss im Steuerventil 1 gekennzeichnet. Über den zweiten elektrischen Anschluss 26 kann zum Beispiel ein weiteres Ventil im Kraftstoffinjektor mit Strom versorgt werden. Die Stromversorgung des Kraftstoffinjektors erfolgt über Kontakt 27.
Figur 2 zeigt die Einzelheit Z aus Figur 1.
Figur 2 lässt sich entnehmen, dass der Anschlagdurchmesser 28 der Stirnfläche 14 des Ventilnadelkopfes 11 kleiner ist als der Außendurchmesser 29 der Spannhülse 23. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Ventilnadel 3 ausschließlich gegen die Spannhülse 23 anschlägt und nicht gegen den Magnettopf 18, da ein Anschlagen gegen den Magnettopf 18 zu einer Beschädigung desselben führen könnte.
Beim Öffnen der Ventilnadel 3 wird der Hub durch das Anschlagen der Stirnfläche 14 des Ventilnadelkopfes 11 an die Spannhülse 23 begrenzt. Beim Schließen wird der Hub der Ventilnadel 3 dadurch begrenzt, dass die Ventilnadel 3 in den in Figur 2 nicht dargestellten Flachsitz 7 gestellt wird. Der Hub der Ventilnadel 3 ist durch Bezugszeichen 30 dargestellt.
Um zu vermeiden, dass der Anker 21 mit dem Magnettopf 18 bei geöffnetem Ventil verklebt, ist ein Restluftspalt 31 vorgesehen. Das Kleben des Ankers 21 an dem Magnettopf 18 resultiert daraus, dass aufgrund der geringen Bauteilgröße des Kraftstoffinjektors sämtliche Flächen eine nur sehr geringe Rauhigkeit aufweisen. Ein dünner Kraftstofffilm zwischen zwei Flächen wirkt aus diesem Grund adhäsiv.
Die Einstellung des Restluftspaltes 31 erfolgt bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektor derart, dass der Ventilnadelkopf 11 um die Höhe des Restluftspaltes 31 aus dem Anker 21 herausragt.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Magnettopf mit darin aufgenommener Spannhülse.
Der Draufsicht auf den Magnettopf 18 lässt sich entnehmen, dass in diesen mindestens eine Bohrung 32 aufgenommen ist, die in eine Ringnut 33 zur Aufnahme der Spule 19 mündet. Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform sind zwei Bohrungen 32 im Magnettopf 18 aufgenommen. Die Bohrungen 32 dienen zur Aufnahme des elektrischen Anschlusses 20, mit dem die Spule 19, durch welche das Magnetfeld erzeugt wird, versorgt wird und zur Aufnahme des zweiten elektrischen Anschlusses 26, der zum Beispiel zur Stromversorgung eines zweiten Ventils im Kraftstoffinjektor eingesetzt wird. Zentriert in dem vorzugsweise mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildeten Magnettopf 18 ist die Bohrung 22 aufgenommen. In der Bohrung 22 ist die Spannhülse 23 angeordnet, welche mit einer Federkraft gegen die Wandung der Bohrung 22 gepresst wird. Zum Aufbringen der Federkraft ist in der Spannhülse 23 die spaltförmige Öffnung 24, die sich zwischen den Stirnseiten der Spannhülse 23 erstreckt, ausgebildet. Die Federkraft wird dadurch aufgebracht, dass die Spannhülse 23 zusammengepresst wird, wodurch sich die Breite der spaltförmigen Öffnung 24 verringert und der Durchmesser der Spannhülse 23 verkleinert. Die so vorgespannte Spannhülse 23 wird in die Bohrung 22 eingeführt. In der Bohrung 22 wird die Vorspannung von der Spannhülse 23 genommen, so dass diese in ihre ursprüngliche Form öffnet. Dieses Öffnen wird durch die Wandung der Bohrung 22 unterbrochen, so dass die Spannhülse 23 mit einer restlichen Federkraft gegen die Wandung der Bohrung 22 gepresst wird. Die restliche Federkraft ist dabei so groß, dass eine Schüttelbeanspruchung und die Masse der Spannhülse 23 nicht zu einem Lösen der Spannhülse 23 führen. Auf diese Weise ist die Spannhülse 23 aufgrund der Federkraft in der Bohrung 22 des Magnettopfes 18 fixiert (Presssitz).
Figur 4 zeigt einen Magnettopf mit darin aufgenommener Spannhülse vor der abschließenden Oberflächenbehandlung.
In dem Magnettopf 18 befindet sich die Ringnut 33 zur Aufnahme der Spule 19. Die Ringnut 33 ist mit den Bohrungen 32 verbunden, so dass die Spule 9 in der Ringnut 33 über die Bohrung 32 mit Strom versorgt werden kann.
Figur 4 lässt sich entnehmen, dass die Spannhülse 23 unter Ausbildung eines Vorsprunges 35 aus dem Magnettopf 13 herausragt. Dies zeigt den Schritt bei der Montage, wenn die Spannhülse 23 bereits in dem Magnettopf 18 eingesetzt ist, aber die Stirnfläche 34 des Magnettopfes 18 noch nicht plangeschliffen ist.
Figur 5 zeigt demgegenüber den Magnettopf 18 mit eingesetzter Spannhülse 23 und plangeschliffener Stirnfläche 34 des Magnettopfes 18 und Stirnseite 36 der Spannhülse 23. Der Vorteil des Montageverfahrens, bei dem zunächst die Spannhülse 23 in den Magnettopf 18 eingesetzt wird und anschließend der Magnettopf 18 mit darin eingesetzter Spannhülse 23 auf eine gemeinsame Höhe 37 gebracht wird, liegt darin, dass die Bauteile nicht gepaart werden müssen. Das heißt, es muss nicht darauf geachtet werden, dass die Höhe 37 des Magnettopfes 8 und die Länge der Spannhülse 23 exakt übereinstimmen. Dies führt dazu, dass die Spannhülse 23 während des Fertigungsprozesses nicht mehrfach in den Magnettopf 18 eingesetzt und zur Nachbearbeitung wieder aus diesem herausgenommen werden muss, da die Bearbeitung gemeinsam erfolgt. Hierdurch ist eine kostengünstige Montage möglich. Durch das gemeinsame Schleifen von Magnettopf 18 und Spannhülse 23 wird eine exakt plane Fläche 34, 36 erzielt.
In den Figuren 6.1, 6.2 und 6.3 sind verschiedene Ausführungsformen der zwischen den Stirnseiten verlaufenden spaltförmigen Öffnungen dargestellt. So zeigt Figur 6.1 eine sich in axiale Richtung zwischen den Stirnseiten erstreckende spaltförmige Öffnung 24 in der Spannhülse 23.
In Figur 6.2 ist eine spiralförmig um die Spannhülse 23 herumlaufende spaltförmige Öffnung 24 dargestellt. Dabei ist der Teil der spaltförmigen Öffnung 24, der sich auf der in die Zeichenebene hineinragenden Seite der Spannhülse 23 befmdet, mit gestrichelten Linien dargstellt. Neben der hier dargstellten Austührungsvariante mit einmal um die Spannhülse 23 umlaufender spaltförmiger Öffnung 24, kann die spaltförmige Öffnung 24 auch in der Form einer Spirale mehrfach um die Spannhülse 23 umlaufen.
Eine weitere Ausführungsform für die spaltförmige Öffnung 24 ist in Figur 6.3 dargstellt. Hier verläuft die spaltförmige Öffnung 24 bogenförmig auf der Spannhülse 23.
Neben den in den Figuren 6.1, 6.2 und 6.3 dargestellten Formen, in denen sich die spaltförmige Öffnung 24 zwischen den Stirnseiten der Spannhülse 23 erstrecken kann, ist auch jeder weitere dem Fachmann bekannte Verlauf möglich. Bei der Ausbildung der spaltförmigen Öffnung 24 ist lediglich darauf zu achten, dass sich diese zwischen den Stirnseiten der Spannhülse 23 erstreckt.
Um zu vermeiden, dass die Ventilnadel 3 beim Anschlagen an die Spannhülse 23 verkantet, beträgt die Breite der spaltförmigen Öffnung 24 in einer bevorzugten Ausführungsform maximal 25 % des Umfanges der Spannhülse 23.
Eine weitere Möglichkeit, ein Verkanten der Ventilnadel 3 beim Anschlagen an die Spannhülse 23 zu vermeiden, ist in Figur 7 dargestellt.
Hier ist gegen die Spannhülse 23 in der Bohrung 22 im Magnettopf 18 eine zweite Spannhülse 38 verspannt. Die Montage der zweiten Spannhülse 38 erfolgt analog der Montage der Spannhülse 23. Um zu vermeiden, dass die Ventilnadel 3 beim Anschlagen verkantet und um eine gleichmäßige Anschlagfläche zur Verfügung zu stellen, ist die spaltförmige Öffnung 39 der zweiten Spannhülse 38 zur spaltförmigen Öffnung 24 der Spannhülse 23 versetzt. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Stirnfläche 14 des Ventilnadelkopfes 11 über den gesamten Umfang an die Spannhülsen 23, 38 anschlägt.
Es ist auch möglich, dass mehr als zwei Spannhülsen 23, 38 verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die spaltförmigen Öffnungen 24, 39 der Spannhülsen 23, 38 bei Verwendung von mehr als zwei Spannhülsen so gegeneinander versetzt, dass sich die spaltförmige Öffnung jeder Spannhülse an einer anderen Position, auf dem Umfang befindet.
Bezugszeichenliste
1
Steuerventil
2
Ventilkörper
3
Ventilnadel
4
Anschlagplatte
5
erster Ventilraum
6
Stirnfläche der Anschlagplatte 4
7
Flachsitz
8
zweiter Ventilraum
9
Führungsstift
10
Bohrung
11
Ventilnadelkopf
12
Führungszapfen
13
Schließelement
14
Stirnfläche des Ventilnadelkopfes 11
15
oberes Gehäuseteil
16
Stirnfläche des oberen Gehäuseteils 15
17
Spannmutter
18
Magnettopf
19
Spule
20
elektrischer Anschluss
21
Anker
22
Bohrung im Magnettopf 18
23
Spannhülse
24
spaltförmige Öffnung
25
Einstellring
26
zweiter elektrischer Anschluss
27
Kontakt
28
Anschlagdurchmesser
29
Außendurchmesser der Spannhülse 23
30
Hub
31
Restluftspalt
32
Bohrung
33
Ringnut
34
Stirnfläche des Magnettopfes 18
35
Vorsprung
36
Stirnseite der Spannhülse 23
37
Höhe des Magnettopfes 18
38
zweite Spannhülse
39
spaltförmige Öffnung der zweiten Spannhülse 38

Claims (11)

  1. Kraftstoffinjektor für Verbrennungskraftmaschinen mit einem Steuerventil (1) mit einer elektromagnetisch betätigbaren Ventilnadel (3), wobei eine Spule (19) in einem aus magnetisierbaren Material gefertigten Magnettopf (18) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Magnettopf (18) mindestens eine Spannhülse (23) mit einer zwischen den Stirnseiten verlaufenden spaltförmigen Öffnung (24) aufgenommen ist.
  2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (23) durch Federkraft gegen die Wandung einer Bohrung (22) im Magnettopf (18) verspannt ist.
  3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (23) aus einem nicht magnetisierbaren Material gefertigt ist.
  4. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (23) durch das Anschlagen der Ventilnadel (3) beim Öffnen des Ventils nicht verformt wird.
  5. Kraftstoffinjektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (23) ein Schließelement (13) umschließt.
  6. Kraftstoffinjektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der spaltförmigen Öffnung (24) maximal 25 % des Hülsenumfanges der Spannhülse (23) beträgt.
  7. Kraftstoffinjektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Spannhülse (23) der Höhe (37) des Magnettopfes (18) entspricht, so dass Stirnseiten (34, 36) von Spannhülse (23) und Magnettopf (18) eine glatte Fläche bilden.
  8. Kraftstoffinjektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (29) der Spannhülse (23) mindestens so groß ist wie der Anschlagdurchmesser (28) der Stirnfläche (14) des Ventilnadelkopfes (11).
  9. Kraftstoffinjektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Magnettopf (18) mindestens zwei Spannhülsen (23, 38) aufgenommen sind, deren spaltförmigen Öffnungen (24, 39) an unterschiedlichen radialen Positionen angeordnet sind.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffinjektors nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (23) zunächst in den Magnettopf (18) unter Federvorspannung eingepresst wird und anschließend der Magnettopf (18) mitsamt der Spannhülse (23) auf eine Höhe (37) geschliffen wird, um ebene Stirnflächen zu erhalten.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft, mit der die Spannhülse in den Magnettopf eingepresst ist, so bemessen ist, dass zum Lösen der Spannhülse eine Auspresskraft im Bereich von 100 bis 500 N erforderlich ist.
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