EP2616662A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil

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Publication number
EP2616662A1
EP2616662A1 EP11735659.2A EP11735659A EP2616662A1 EP 2616662 A1 EP2616662 A1 EP 2616662A1 EP 11735659 A EP11735659 A EP 11735659A EP 2616662 A1 EP2616662 A1 EP 2616662A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
fuel injection
injection valve
magnetic
magnetic circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11735659.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Juergen Graner
Martin Maier
Takuya Mizobe
Bernd Rieg
Volker Sohm
Juergen Lander
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2616662A1 publication Critical patent/EP2616662A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M63/0012—Valves
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    • F02M2200/90—Selection of particular materials
    • F02M2200/9053—Metals
    • F02M2200/9061—Special treatments for modifying the properties of metals used for fuel injection apparatus, e.g. modifying mechanical or electromagnetic properties

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve according to the preamble of the main claim.
  • a fuel injection valve which comprises an electromagnetic actuator with a magnetic coil, with an inner pole and with an outer magnetic circuit component and a movable valve closing body which cooperates with a valve seat body associated valve seat comprises.
  • the injection valve is from a
  • plastic encapsulation Surround plastic encapsulation, wherein the plastic encapsulation extends above all in the axial direction serving as the inner pole connecting piece and the magnetic coil surrounding. At least in the area surrounding the magnetic coil magnetic field lines conductive ferromagnetic fillers are introduced in the plastic sheathing. The fillers surround the solenoid coil in the circumferential direction. The fillers are fine-grained parts of metals with soft magnetic properties. The magnetically embedded in the plastic small
  • Metal particles have a more or less globular shape and are magnetically isolated by themselves and thus have no metallic contact with each other, so that there is no effective magnetic field education.
  • the positive aspect of a very high electrical resistance which arises in this case is also counteracted by an extremely high magnetic resistance which builds up reflected in a significant loss of power and thus determined in the overall balance negative functional properties.
  • Fuel injection valve which is characterized by a relatively compact design.
  • the magnetic circuit is formed in this valve by a magnetic coil, a fixed inner pole, a movable armature and an outer magnetic circuit component in the form of a magnet pot.
  • a magnetic coil for a slim and compact design of the valve several thin-walled valve sleeves are used, which serve both as a connection piece as well as a valve seat carrier and guide section for the armature. The within the
  • Magnetic circuit extending thin-walled non-magnetic sleeve forms an air gap over which the magnetic field lines from the outer magnetic circuit component to the armature and inner pole pass.
  • JP 2002-48031 A a fuel injection valve is already known, which is also characterized by a thin-walled sleeve solution, wherein the deep-drawn valve sleeve extends over the entire length of the valve and in the magnetic circuit region has a magnetic separation point in which interrupted the otherwise martensitic structure is.
  • Non-magnetic intermediate section is thus at the level of the working air gap between the armature and the inner pole and in relation to
  • Magnet coil arranged that the most effective magnetic circuit is created.
  • Such a magnetic separation is also used to increase the DFR (dynamic flow rijne) over the known valves with conventional electromagnetic circuits.
  • DFR dynamic flow rlinde
  • constructions are in turn associated with considerable additional costs in the production.
  • non-magnetic sleeve section to a different geometric design to valves without magnetic separation.
  • the fuel injection valve according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage of a particularly compact
  • the valve has an extremely small outside diameter, as it is known to experts in the field of intake manifold injection valves for
  • Valve sleeve length due to the modular valve be installed very compatible.
  • the seated on the outer magnetic circuit component and sealing against the wall of the receiving bore on the suction pipe sealing ring is easily displaced.
  • the new geometry of the fuel injection valve has above all been set under the boundary conditions with respect to the quantities q min , F F and F max .
  • the quantities q min , F F and F max are very small outside dimensions of the fuel injection valve.
  • the outer diameter D A of the anchor is set to 4.0 mm ⁇ D A ⁇ 5.9 mm.
  • the wall thickness t is a thin-walled
  • Valve sleeve at least in the range of a working air gap, ie in the lower
  • FIG. 1 shows an electromagnetically actuated valve in the form of a
  • Figure 2 shows a first embodiment of a valve according to the invention
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a valve according to the invention. Description of the embodiments
  • FIG. 1 is exemplified an electromagnetically operable valve in the form of a fuel injection valve for fuel injection systems of mixture-compression, spark-ignited internal combustion engines according to the prior art for a better understanding of the invention.
  • the valve has a surrounded by a magnetic coil 1, serving as an inner pole and partially as a fuel flow largely tubular core 2.
  • the magnetic coil 1 is of an outer, sleeve-shaped and stepped running, z. B. ferromagnetic valve jacket 5, which is an outer pole serving as outer magnetic circuit component, completely surrounded in the circumferential direction.
  • the magnetic coil 1, the core 2 and the valve shell 5 together form an electrically excitable actuator. While embedded in a bobbin 3 magnetic coil 1 with a winding 4 surrounds a valve sleeve 6 from the outside, the core 2 in an inner, concentric with a valve longitudinal axis 10 extending opening 11 of
  • Valve sleeve 6 introduced.
  • the valve sleeve 6 is elongated and thin-walled.
  • the opening 11 is used u.a. as a guide opening for a valve needle 14 which is axially movable along the valve longitudinal axis 10.
  • the valve sleeve 6 extends in the axial direction, e.g. over approximately half of the total axial extent of the fuel injection valve.
  • valve seat body 15 which is attached to the valve sleeve 6, e.g. is fastened by means of a weld 8.
  • the valve seat body 15 has a fixed
  • Valve seat surface 16 as a valve seat on.
  • the valve needle 14 is formed for example by a tubular armature 17, a likewise tubular needle portion 18 and a spherical valve closing body 19, wherein the
  • Valve closure body 19 e.g. by means of a weld fixed to the
  • Needle portion 18 is connected. At the downstream end of the
  • Valve seat body 15 is a e.g. cup-shaped spray orifice plate 21 is arranged, the bent and circumferentially encircling retaining edge 20 is directed against the flow direction upwards.
  • Valve seat body 15 and spray disk 21 is z. B. realized by a circumferential tight weld.
  • the needle portion 18 of the valve needle 14 one or more transverse openings 22 are provided, so that the fuel flowing through the armature 17 in an inner longitudinal bore 23 to the outside and on the valve closing body 19, for. on flats 24 along to
  • Valve seat surface 16 can flow.
  • the armature 17 is aligned with the valve closing body 19 facing away from the end of the core 2.
  • the core 2 for example, also serving as an inner pole cover part, which closes the magnetic circuit may be provided.
  • the spherical valve closing body 19 cooperates with the valve seat surface 16 of the valve seat body 15, which tapers in the direction of the flow in the direction of flow and which is formed in the axial direction downstream of a guide opening in the valve seat body 15.
  • the spray disk 21 has at least one, for example four by eroding, laser drilling or punching
  • the insertion depth of the core 2 in the injection valve is crucial for the stroke of the valve needle 14.
  • the one end position of the valve needle 14 is fixed at non-energized magnetic coil 1 by the system of the valve closing body 19 on the valve seat surface 16 of the valve seat body 15, while the other End position of the valve needle 14 results in energized solenoid coil 1 by the system of the armature 17 at the downstream end of the core.
  • the stroke is adjusted by an axial displacement of the core 2, which is subsequently connected according to the desired position fixed to the valve sleeve 6.
  • an adjustment in the form of an adjusting sleeve 29 is inserted.
  • the adjusting sleeve 29 is used to adjust the spring preload applied to the adjusting sleeve 29 return spring 25, which in turn is supported with its opposite side to the valve needle 14 in the region of the armature 17, wherein an adjustment of the dynamic Abspritzmenge with the adjusting sleeve 29.
  • a fuel filter 32 is disposed above the adjusting sleeve 29 in the valve sleeve 6.
  • the inlet end of the valve is made of a metal
  • Fuel inlet 41 formed by a stabilizing this, protective and surrounding plastic extrusion coating 42 is surrounded.
  • a concentric to the valve longitudinal axis 10 extending flow bore 43 of a pipe 44 of the fuel inlet nozzle 41 serves as a fuel inlet.
  • the plastic extrusion coating 42 is sprayed, for example, in such a way that the
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an inventive
  • valve sleeve 6 is designed to extend over the entire valve length.
  • the outer magnetic circuit component 5 is cup-shaped and can also be referred to as magnet pot.
  • the magnetic circuit component 5 has a jacket section 60 and a bottom section 61. At the upstream end of the
  • Sheath portion 60 of the outer magnetic circuit member 5 is e.g. a
  • Labyrinth seal 46 is provided, with which the seal against the magnetic circuit component 5 surrounding Kunststoffumspritzung 42 is achieved.
  • the bottom portion 61 of the magnetic circuit component 5 is characterized for example by a fold 62, so that a double position of the folded
  • Magnetic circuit component 5 is present below the magnetic coil 1. With a support ring 64 which is applied to the valve sleeve 6, on the one hand, the folded bottom portion 61 of the magnetic circuit component 5 is held in a defined position. On the other hand, the lower end of an annular groove 65 is defined with the support ring 64, in which a sealing ring 66 is inserted. The upper end of the annular groove 65 is defined by a lower edge of the plastic extrusion coating 42.
  • the outer diameter D M of the outer magnetic circuit component 5 in the peripheral region of the magnetic coil first only between 10.5 mm and 13.5 mm.
  • the magnetic circuit member 5 since the skirt portion 60 is cylindrical, the magnetic circuit member 5 does not have a larger outer diameter than an outer diameter in the aforementioned range at any point.
  • the sealing ring 66 On the outer circumference of the outer magnetic circuit component 5, the sealing ring 66 is applied directly in the area of the jacket section 60, so that the fuel injection valve can even be introduced into receiving bores on the intake manifold with an inner diameter of eg 14 mm, even with its sealing ring 66 pushed radially outward on the magnetic circuit.
  • the sealing ring 66 may be provided in the peripheral region of the outer magnetic circuit component 5 at its largest outer diameter.
  • the internal components such as the core 2 serving as inner pole 2 and the armature 17, must be dimensioned correspondingly above all very small.
  • the inner diameter of the two components core 2 and armature 17 define the internal flow area, wherein it has been found that with an inner diameter of 2 mm, the setting of the dynamic injection quantity is still possible with an internal return spring 25, without the tolerance of the inner diameter of the return spring 25 affects the static flow rate.
  • different sizes and parameters play an essential role. So it is optimal to minimize the minimum discharge q min as possible.
  • the spring force F F > 3 N must be maintained in order to guarantee the current and future required tightness of ⁇ 1.0 mm 3 / min.
  • the maximum magnetic force F max is for the design of a
  • Fuel injector with electromagnetic drive also a significant size. If F max is too small, for example ⁇ 10 N, this may cause a so-called “closed stuck.” This means that the maximum magnetic force Fmax is too small to overcome the hydraulic adhesive force between the valve closing body 19 and the valve seat surface 16 In that case, that would
  • Fuel injector despite energization can not open.
  • the new geometry of the fuel injector has therefore above all been determined under the boundary conditions with respect to the quantities q min , F F and F max .
  • the outer diameter D A of the armature 17 is a significant size.
  • the optimum outer diameter of the armature 17 is 4.0 mm ⁇ D A ⁇ 5.9 mm. From this, the dimensioning of the outer magnetic circuit component 5 can be derived, wherein an outer diameter D M of the magnetic circuit component 5 of 10.5 to 13.5 mm, the full functionality of the magnetic circuit even with respect to known injectors significantly increased DFR (dynamic flow ranks) guaranteed.
  • D M of the magnetic circuit component 5 of 10.5 to 13.5 mm
  • the optimized dimensioning provides a wall thickness t for the valve sleeve 6 at least in the region of the working air gap, ie in the lower core region and in the upper anchor region, of 0.2 ⁇ t ⁇ 0.6 mm , In this version is in the range of
  • Flux density of 0.01 T ⁇ B ⁇ 0.15 T provided as a magnetic throttle.
  • Embodiment of the valve sleeve 6 allows a stroke adjustment via a displacement of the core 2 within the valve sleeve. 6
  • valve sleeve 6 is now equipped in the region of the working air gap with a zone with a magnetic flux density of B ⁇ 0.01 T as a magnetic separation.
  • the outer magnetic circuit component 5 has been dispensed with a bottom portion, so that the component 5 has a tubular shape. This is possible because the valve sleeve 6 has a radially outwardly standing flange-like collar 68, on whose outer circumference the
  • Magnetic circuit component 5 is applied and attached thereto e.g. by means of a circulating
  • the support ring 64 is designed as a flat disc-shaped flange.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen. Das Ventil umfasst ein elektromagnetisches Betätigungselement mit einer Magnetspule (1), einem festen Kern (2), einem äußeren Magnetkreisbauteil (5) und einem bewegbaren Anker (17) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (19), der mit einer an einem Ventilsitzkörper (15) vorgesehenen Ventilsitzfläche (16) zusammenwirkt. Das Ventil zeichnet sich durch seine extrem geringen Außenabmaße aus. Durch eine optimierte Dimensionierung des elektromagnetischen Kreises beträgt der Außendurchmesser des äußeren Magnetkreisbauteils (5) im Umfangsbereich der Magnetspule (1) 10,5 < DM < 13,5 mm. Die Flexibilität im Einbau von Brennstoffeinspritzventilen mit verschiedenen Ventillängen, die sehr einfach aufgrund der besonderen modularen Bauweise ermöglicht sind, wird auf diese Weise erheblich erhöht. Das Ventil eignet sich als Brennstoffeinspritzventil besonders für den Einsatz in Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen.

Description

Beschreibung Titel
Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der DE 38 25 134 AI ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das ein elektromagnetisches Betätigungselement mit einer Magnetspule, mit einem Innenpol und mit einem äußeren Magnetkreisbauteil und einen bewegbaren Ventilschließkörper, der mit einem einem Ventilsitzkörper zugeordneten Ventilsitz zusammenwirkt, umfasst. Das Einspritzventil ist von einer
Kunststoffumspritzung umgeben, wobei sich die Kunststoffumspritzung vor allen Dingen in axialer Richtung den als Innenpol dienenden Anschlussstutzen und die Magnetspule umgebend erstreckt. Mindestens in dem die Magnetspule umgebenden Bereich sind in der Kunststoffummantelung Magnetfeldlinien leitende ferromagnetische Füllstoffe eingebracht. Die Füllstoffe umgeben insofern die Magnetspule in Umfangsrichtung. Bei den Füllstoffen handelt es sich um feinkörnig zerkleinerte Teile von Metallen mit weichmagnetischen Eigenschaften. Die magnetisch im Kunststoff eingebetteten kleinen
Metallpartikel haben eine mehr oder weniger globulare Form und sind für sich magnetisch isoliert und haben somit keinen metallischen Kontakt untereinander, so dass es zu keiner wirksamen Magnetfeldausbildung kommt. Dem positiven Aspekt eines dabei entstehenden sehr hohen elektrischen Widerstands steht dabei aber auch ein extrem hoher magnetischer Widerstand entgegen, der sich in einem deutlichen Kraftverlust niederschlägt und somit die in der Gesamtbilanz negativen Funktionseigenschaften bestimmt.
Bekannt ist des weiteren aus der DE 103 32 348 AI ein
Brennstoffeinspritzventil, das sich durch einen relativ kompakten Aufbau auszeichnet. Der Magnetkreis wird bei diesem Ventil durch eine Magnetspule, einen festen Innenpol, einen bewegbaren Magnetanker sowie ein äußeres Magnetkreisbauteil in Form eines Magnettopfes gebildet. Für einen schlanken und kompakten Aufbau des Ventils sind mehrere dünnwandige Ventilhülsen verwendet, die sowohl als Anschlussstutzen als auch als Ventilsitzträger und Führungsabschnitt für den Magnetanker dienen. Die innerhalb des
Magnetkreises verlaufende dünnwandige nichtmagnetische Hülse bildet einen Luftspalt, über den die Magnetfeldlinien vom äußeren Magnetkreisbauteil zum Magnetanker und Innenpol übergehen. Ein Brennstoffeinspritzventil
vergleichbarer Bauart ist in der Figur 1 nochmals dargestellt und nachfolgend zum besseren Verständnis der Erfindung näher erläutert.
Außerdem ist aus der JP 2002-48031 A bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das sich ebenfalls durch eine dünnwandige Hülsenlösung auszeichnet, wobei sich die tiefgezogene Ventilhülse über die gesamte Länge des Ventils erstreckt und im Magnetkreisbereich eine magnetische Trennstelle aufweist, in der das ansonsten martensitische Gefüge unterbrochen ist. Dieser
nichtmagnetische Zwischenabschnitt ist dermaßen auf Höhe des Bereichs des Arbeitsluftspalts zwischen Magnetanker und Innenpol und in Bezug zur
Magnetspule angeordnet, dass ein möglichst effektiver Magnetkreis geschaffen ist. Eine solche magnetische Trennung wird auch dazu verwendet, um den DFR (dynamic flow ränge) gegenüber den bekannten Ventilen mit herkömmlichen Elektromagnetkreisen zu erhöhen. Solche Konstruktionen sind dann aber wiederum mit erheblichen Mehrkosten in der Herstellung verbunden. Zudem führt das Einbringen einer solchen magnetischen Trennung mit einem
nichtmagnetischen Hülsenabschnitt zu einer anderen geometrischen Auslegung gegenüber Ventilen ohne magnetische Trennung. Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil einer besonders kompakten
Bauweise. Das Ventil besitzt einen extrem kleinen Außendurchmesser, wie er für die Fachwelt auf dem Gebiet der Saugrohreinspritzventile für
Brennkraftmaschinen bisher als unmöglich herstellbar bei höchster Funktionalität erschien. Aufgrund dieser sehr kleinen Dimensionierung ist es möglich, den Einbau des Brennstoffeinspritzventils viel flexibler als bisher denkbar zu gestalten. So können die erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventile in verschiedenste Aufnahmebohrungen der unterschiedlichen Fahrzeughersteller mit zahlreichen„Extended Tip"- Varianten, also in der Länge variierenden
Einspritzventilvarianten, ohne Änderungen der Ventilnadellänge oder der
Ventilhülsenlänge aufgrund des modular aufgebauten Ventils sehr kompatibel eingebaut werden. Der auf dem äußeren Magnetkreisbauteil sitzende und gegen die Wandung der Aufnahmebohrung am Saugrohr abdichtende Dichtring ist dabei leicht verschiebbar.
In vorteilhafter Weise wurde die neue Geometrie des Brennstoffeinspritzventils vor allen Dingen unter den Randbedingungen bezüglich der Größen qmin, FF und Fmax festgelegt. Um die äußerst geringen Außenabmessungen des
Magnetkreises bei voller Funktionalität realisieren zu können, wurde
erfindungsgemäß der Außendurchmesser DA des Ankers auf 4,0 mm < DA < 5,9 mm festgelegt. Außerdem beträgt die Wanddicke t einer dünnwandigen
Ventilhülse zumindest im Bereich eines Arbeitsluftspalts, also im unteren
Kernbereich und im oberen Ankerbereich, 0,2 < t < 0,6 mm. In vorteilhafter Weise ist bei einer solchen erfindungsgemäßen Dimensionierung im Bereich des Arbeitsluftspalts in der Ventilhülse eine Zone mit einer magnetischen Flussdichte B < 0,01 T als magnetische Trennung oder mit einer magnetischen Flussdichte 0,01 T < B < 0,15 T als magnetische Drossel vorgesehen. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen
Brennstoffeinspritzventils möglich. Besonders vorteilhaft ist es, dass mit der erfindungsgemäßen Dimensionierung des Brennstoffeinspritzventils einhergehend auch der DFR (dynamic flow ränge) gegenüber den bei bekannten Einspritzventilen üblichen DFR deutlich erhöht werden kann. Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein elektromagnetisch betätigbares Ventil in Form eines
Brennstoffeinspritzventils nach dem Stand der Technik,
Figur 2 eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Ventils und
Figur 3 eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen Ventils. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der Figur 1 ist beispielhaft ein elektromagnetisch betätigbares Ventil in der Form eines Brennstoffeinspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen gemäß dem Stand der Technik zum besseren Verständnis der Erfindung dargestellt.
Das Ventil besitzt einen von einer Magnetspule 1 umgebenen, als Innenpol und teilweise als Brennstoffdurchfluss dienenden weitgehend rohrförmigen Kern 2. Die Magnetspule 1 ist von einem äußeren, hülsenförmigen und gestuft ausgeführten, z. B. ferromagnetischen Ventilmantel 5, der ein als Außenpol dienendes 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 mit einer Wicklung 4 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 Ventilhülse 6 ist langgestreckt und dünnwandig ausgeführt. Die Öffnung 11 dient u.a. als Führungsöffnung für eine entlang der Ventillängsachse 10 axial bewegliche Ventilnadel 14. Die Ventilhülse 6 erstreckt sich in axialer Richtung z.B. über ca. die Hälfte der axialen Gesamterstreckung des Brennstoffeinspritzventils.
Neben dem Kern 2 und der Ventilnadel 14 ist in der Öffnung 11 des weiteren ein Ventilsitzkörper 15 angeordnet, der an der Ventilhülse 6 z.B. mittels einer Schweißnaht 8 befestigt ist. Der Ventilsitzkörper 15 weist eine feste
Ventilsitzfläche 16 als Ventilsitz auf. Die Ventilnadel 14 wird beispielsweise von einem rohrförmigen Anker 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 eine z.B. topfförmige Spritzlochscheibe 21 angeordnet, deren umgebogener und umfangsmäßig umlaufender Halterand 20 entgegen der Strömungsrichtung nach oben gerichtet ist. Die feste Verbindung von
Ventilsitzkörper 15 und Spritzlochscheibe 21 ist z. B. durch eine umlaufende dichte Schweißnaht realisiert. Im Nadelabschnitt 18 der Ventilnadel 14 sind eine oder mehrere Queröffnungen 22 vorgesehen, so dass den Anker 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 Anker 17. Der Anker 17 ist mit dem dem Ventilschließkörper 19 abgewandten Ende auf den Kern 2 ausgerichtet. Anstelle des Kerns 2 kann z.B. auch ein als Innenpol dienendes Deckelteil, das den Magnetkreis schließt, vorgesehen sein.
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 Ankers 17 am stromabwärtigen Kernende ergibt. Die Hubeinstellung erfolgt durch ein axiales Verschieben des Kerns 2, der entsprechend der gewünschten Position nachfolgend fest mit der Ventilhülse 6 verbunden wird.
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 Einstellhülse 29 eingeschoben. Die Einstellhülse 29 dient zur Einstellung der Federvorspannung der an der Einstellhülse 29 anliegenden Rückstellfeder 25, die sich wiederum mit ihrer gegenüberliegenden Seite an der Ventilnadel 14 im Bereich des Ankers 17 abstützt, wobei auch eine Einstellung der dynamischen Abspritzmenge mit der Einstellhülse 29 erfolgt. Ein Brennstofffilter 32 ist oberhalb der Einstellhülse 29 in der Ventilhülse 6 angeordnet.
Das zulaufseitige Ende des Ventils wird von einem metallenen
Brennstoffeinlassstutzen 41 gebildet, der von einer diesen stabilisierenden, schützenden und umgebenden Kunststoffumspritzung 42 umgeben ist. Eine konzentrisch zur Ventillängsachse 10 verlaufende Strömungsbohrung 43 eines Rohres 44 des Brennstoffeinlassstutzens 41 dient als Brennstoffeinlass. Die Kunststoffumspritzung 42 wird z.B. in der Weise aufgespritzt, dass der
Kunststoff unmittelbar Teile der Ventilhülse 6 sowie des Ventilmantels 5 umgibt. Eine sichere Abdichtung wird dabei beispielsweise über eine Labyrinthdichtung 46 am Umfang des Ventilmantels 5 erzielt. Zur Kunststoffumspritzung 42 gehört auch ein mitangespritzter elektrischer Anschlussstecker 56. Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils. Aus den Figuren 1 und 2 bzw. 3 nicht unmittelbar ersichtlich aufgrund nicht gleichen Maßstabs zeichnen sich die
erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventile durch einen sehr schlanken Aufbau, einen sehr geringen Außendurchmesser und eine insgesamt extrem kleine geometrische Auslegung aus. Die erfindungsgemäße Dimensionierung soll im Folgenden näher erläutert werden. Im vorliegenden Beispiel ist die Ventilhülse 6 über die gesamte Ventillänge verlaufend ausgebildet. Das äußere Magnetkreisbauteil 5 ist becherförmig ausgeführt und kann auch als Magnettopf bezeichnet werden. Das Magnetkreisbauteil 5 weist dabei einen Mantelabschnitt 60 sowie einen Bodenabschnitt 61 auf. Am stromaufwärtigen Ende des
Mantelabschnitts 60 des äußeren Magnetkreisbauteils 5 ist z.B. eine
Labyrinthdichtung 46 vorgesehen, mit der die Abdichtung gegenüber der das Magnetkreisbauteil 5 umgebenden Kunststoffumspritzung 42 erzielt wird. Der Bodenabschnitt 61 des Magnetkreisbauteils 5 zeichnet sich beispielsweise durch eine Faltung 62 aus, so dass eine doppelte Lage des umgelegten
Magnetkreisbauteils 5 unterhalb der Magnetspule 1 vorliegt. Mit einem Stützring 64, der auf der Ventilhülse 6 aufgebracht ist, wird zum einen der gefaltete Bodenabschnitt 61 des Magnetkreisbauteils 5 in einer definierten Lage gehalten. Zum anderen wird mit dem Stützring 64 das untere Ende eine Ringnut 65 definiert, in die ein Dichtring 66 eingelegt ist. Das obere Ende der Ringnut 65 wird durch eine Unterkante der Kunststoffumspritzung 42 festgelegt. Durch eine geeignete Dimensionierung des Magnetkreises beträgt der Außendurchmesser DM des äußeren Magnetkreisbauteils 5 im Umfangsbereich der Magnetspule 1 nur zwischen 10,5 mm und 13,5 mm. Da in der vorliegenden Ausführung des Magnetkreisbauteils 5 der Mantelabschnitt 60 zylindrisch verläuft, besitzt das Magnetkreisbauteil 5 an keiner Stelle einen größeren Außendurchmesser als einen Außendurchmesser im vorgenannten Bereich. Auf dem Außenumfang des äußeren Magnetkreisbauteils 5 ist im Bereich des Mantelabschnitts 60 unmittelbar der Dichtring 66 aufgebracht, so dass das Brennstoffeinspritzventil sogar mit seinem radial außen auf dem Magnetkreis aufgeschobenen Dichtring 66 noch in Aufnahmebohrungen am Saugrohr mit einem Innendurchmesser von z.B. 14 mm einbringbar ist. Der Dichtring 66 kann im Umfangsbereich des äußeren Magnetkreisbauteils 5 an dessen größtem Außendurchmesser vorgesehen sein.
Um einen möglichst kleinen Außendurchmesser des Magnetkreises realisieren zu können, müssen entsprechend vor allen Dingen auch die innen liegenden Komponenten, wie der als Innenpol dienende Kern 2 und der Anker 17, sehr klein dimensioniert werden. Bei der Neudimensionierung des Magnetkreises wurde daher als minimal notwendige Größe für die Innendurchmesser von Kern
2 und Anker 17 von 2 bis 2,5 mm festgelegt. Die Innendurchmesser der beiden Bauteile Kern 2 und Anker 17 legen den inneren Durchströmquerschnitt fest, wobei herausgefunden wurde, dass bei einem Innendurchmesser von 2 mm die Einstellung der dynamischen Einspritzmenge noch mit einer innen liegenden Rückstellfeder 25 möglich ist, ohne dass die Toleranz des Innendurchmessers der Rückstellfeder 25 die statische Durchflussmenge beeinflusst. Bei der Auslegung des Magnetkreises spielen verschiedene Größen und Parameter eine wesentliche Rolle. So ist es optimal, die minimale Abspritzmenge qmin möglichst immer weiter zu verkleinern. Dabei ist aber wiederum zu beachten, dass die Federkraft FF > 3 N zu halten ist, um die heute übliche und auch zukünftig geforderte Dichtheit von < 1,0 mm3/min zu garantieren. Eine Federkraft von FF >
3 N entspricht in der vorliegenden Auslegung bei einem Dichtdurchmesser von d = 2,8 mm der statischen magnetischen Kraft bei einer Spannung Umin von Fsm >
5,5 N. Die maximale magnetische Kraft Fmax ist für die Auslegung eines
Brennstoffeinspritzventils mit Elektromagnetantrieb ebenfalls eine wesentliche Größe. Ist Fmax zu klein, also z.B. < 10 N, kann dies einen so genannten„closed stuck" verursachen. Dies bedeutet, dass die maximale magnetische Kraft Fmax zu klein ist, um die hydraulische Klebekraft zwischen dem Ventilschließkörper 19 und der Ventilsitzfläche 16 zu überwinden. In diesem Falle würde das
Brennstoffeinspritzventil trotz Bestromung nicht öffnen können.
Die neue Geometrie des Brennstoffeinspritzventils wurde deshalb vor allen Dingen unter den Randbedingungen bezüglich der Größen qmin, FF und Fmax festgelegt. Erfindungsgemäß wurde bei der Optimierung der Geometrie des Magnetkreises herausgefunden, dass der Außendurchmesser DA des Ankers 17 eine wesentliche Größe darstellt. Der optimale Außendurchmesser des Ankers 17 beträgt dabei 4,0 mm < DA < 5,9 mm. Daraus lässt sich die Dimensionierung des äußeren Magnetkreisbauteils 5 herleiten, wobei ein Außendurchmesser DM des Magnetkreisbauteils 5 von 10,5 bis 13,5 mm die volle Funktionalität des Magnetkreises sogar bei gegenüber bekannten Einspritzventilen deutlich erhöhter DFR (dynamic flow ränge) garantiert. Bei der Ausführung gemäß Figur 2 mit einer durchgehenden dünnwandigen Ventilhülse 6 sieht die optimierte Dimensionierung eine Wanddicke t für die Ventilhülse 6 zumindest im Bereich des Arbeitsluftspalts, also im unteren Kernbereich und im oberen Ankerbereich, von 0,2 < t < 0,6 mm vor. In dieser Ausführung ist im Bereich des
Arbeitsluftspalts in der Ventilhülse 6 eine Zone mit einer magnetischen
Flussdichte von 0,01 T < B < 0,15 T als magnetische Drossel vorgesehen. Die Ausgestaltung des Brennstoffeinspritzventils mit der zuvor beschriebenen
Ausführung der Ventilhülse 6 erlaubt eine Hubeinstellung über ein Verschieben des Kerns 2 innerhalb der Ventilhülse 6.
Die zuvor angestellten Geometrie- und Dimensionierungsbetrachtungen gelten auch analog für ein Brennstoffeinspritzventil in einer anderen Ausführung, wie es in Figur 3 gezeigt ist. Dieses Brennstoffeinspritzventil gemäß Figur 3
unterscheidet sich im wesentlichen von dem gemäß Figur 2 im Bereich der Ventilhülse 6, des Kerns 2 und des äußeren Magnetkreisbauteils 5. Die Ventilhülse 6 ist hier kürzer ausgebildet und reicht vom abspritzseitigen Ende des Ventils nur bis in den Bereich der Magnetspule 1. Stromaufwärts der beweglichen Ventilnadel 14 mit dem Anker 17 ist die Ventilhülse 6 fest mit dem rohrförmigen Kern 2 verbunden. Dies bedeutet, dass eine Hubeinstellung über ein Verschieben des Kerns 2 innerhalb der Ventilhülse 6 hier nicht möglich ist. An seinem axial gegenüberliegenden Ende ist der Kern 2 wiederum an einem konzentrisch zur Ventillängsachse 10 verlaufenden Rohr 44 des
Brennstoffeinlassstutzens 41 befestigt. Bei dieser Ausführung liegt insofern keine über die gesamte Ventillänge durchgehende dünnwandige Ventilhülse 6 vor. Die Ventilhülse 6 ist nun im Bereich des Arbeitsluftspalts mit einer Zone mit einer magnetischen Flussdichte von B < 0,01 T als magnetische Trennung ausgestattet. Bei der Ausgestaltung des äußeren Magnetkreisbauteils 5 wurde auf einen Bodenabschnitt verzichtet, so dass das Bauteil 5 eine Rohrform besitzt. Dies ist möglich, da die Ventilhülse 6 einen radial nach außen stehenden flanschartigen Kragen 68 besitzt, an dessen Außenumfang das
Magnetkreisbauteil 5 anliegt und an ihm z.B. mittels einer umlaufenden
Schweißnaht befestigt ist. Der Stützring 64 ist als flacher scheibenförmiger Flansch ausgeführt.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von
Brennkraftmaschinen, mit einer Ventillängsachse (10), mit einem erregbaren Aktuator in Form eines elektromagnetischen Kreises mit einer Magnetspule (1), einem Innenpol (2), einem äußeren Magnetkreisbauteil (5) und einem
bewegbaren Anker (17) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (19), der mit einer an einem Ventilsitzkörper (15) vorgesehenen Ventilsitzfläche (16) zusammenwirkt, und einer dünnwandigen Ventilhülse (6), die sich zumindest im Bereich des elektromagnetischen Kreises erstreckt,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Wanddicke t der Ventilhülse (6) zumindest im Bereich eines
Arbeitsluftspalts, also im unteren Kernbereich und im oberen Ankerbereich, 0,2 < t < 0,6 mm beträgt,
der Außendurchmesser des äußeren Magnetkreisbauteils (5) im
Umfangsbereich der Magnetspule (1) 10,5 < DM < 13,5 mm beträgt,
der Außendurchmesser DA des Ankers (17) 4,0 mm < DA < 5,9 mm beträgt und im Bereich des Arbeitsluftspalts in der Ventilhülse (6) eine Zone mit einer magnetischen Flussdichte B < 0,01 T als magnetische Trennung oder mit einer magnetischen Flussdichte 0,01 T < B < 0,15 T als magnetische Drossel vorgesehen ist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die dünnwandige Ventilhülse (6) über die gesamte axiale Länge des Brennstoffeinspritzventils erstreckt und der Innenpol (2) zur Hubeinstellung innerhalb der Ventilhülse (6) verschiebbar ist und im Bereich des
Arbeitsluftspalts in der Ventilhülse (6) eine Zone mit einer magnetischen Flussdichte 0,01 T < B < 0,15 T als magnetische Drossel vorgesehen ist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die dünnwandige Ventilhülse (6) vom abspritzseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils bis in den Bereich der Magnetspule (1) erstreckt, wobei der Innenpol (2) an der Ventilhülse (6) unverschiebbar angeordnet ist und im Bereich des Arbeitsluftspalts in der Ventilhülse (6) eine Zone mit einer magnetischen Flussdichte B < 0,01 T als magnetische Trennung vorgesehen ist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass auf dem Außenumfang des äußeren Magnetkreisbauteils (5) unmittelbar ein Dichtring (66) aufgebracht ist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Dichtring (66) im Umfangsbereich des äußeren Magnetkreisbauteils (5) an dessen größtem Außendurchmesser vorgesehen ist.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Brennstoffeinspritzventil mit seinem radial außen auf dem Magnetkreis aufgeschobenen Dichtring (66) in Aufnahmebohrungen an einem Saugrohr mit einem Innendurchmesser von 14 mm einbringbar ist.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das äußere Magnetkreisbauteil (5) becherförmig ausgeführt ist und insofern einen Mantelabschnitt (60) und einen Bodenabschnitt (61) aufweist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Bodenabschnitt (61) durch eine Faltung (62) doppellagig ausgebildet ist.
9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Innenpol (2) an seinem stromabwärtigen Ende mit der Ventilhülse (6) verbunden ist.
10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventilhülse (6) einen radial nach außen stehenden flanschartigen Kragen (68) besitzt, an dessen Außenumfang das Magnetkreisbauteil (5) anliegt und an ihm befestigt ist.
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