EP2739844A1 - Kraftstoffeinspritzventil - Google Patents

Kraftstoffeinspritzventil

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EP2739844A1
EP2739844A1 EP12727637.6A EP12727637A EP2739844A1 EP 2739844 A1 EP2739844 A1 EP 2739844A1 EP 12727637 A EP12727637 A EP 12727637A EP 2739844 A1 EP2739844 A1 EP 2739844A1
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EP
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region
fuel injection
magnetic
injection valve
valve according
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EP12727637.6A
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Johannes Schmid
Juergen Graner
Tilla Haubold
Friedrich Moser
Matthias Schumacher
Andreas Burghardt
Jochen Rager
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0206—Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H01F41/0246—Manufacturing of magnetic circuits by moulding or by pressing powder

Definitions

  • the present invention relates to a fuel injection valve for injecting fuel.
  • High-pressure injection valves of the prior art generally have a powerful magnetic circuit, which enables the realization of short switching times and a reproducible opening and closing behavior.
  • the fuel injection valve according to the invention with the features of claim 1 has the advantage over that in this case a magnetic separation between the valve sleeve and the inner pole is provided, which is a considerable
  • Fuel injector a coil, an inner pole, a valve sleeve and a
  • Magnetic separating element comprises.
  • valve sleeve and the valve sleeve
  • Magnetic separation element integrally formed as a powder injection-molded component, wherein the valve sleeve forms a magnetic region and the magnetic separation element forms a non-magnetic region, which are materially interconnected.
  • the valve sleeve thus the use of a fuel-resistant, high pressure resistant ferrite material with the lowest possible carbon content and preferably a chromium content of 13% to 17% is possible.
  • a non-magnetic Austen it material can be used for the magnetic separation element, which contributes to a significant reduction of the magnetic losses.
  • the inner pole has a passage opening in the axial direction. This allows a passage of fuel through the inner pole
  • the fuel injection valve have a compact design.
  • the inner pole is formed as a powder injection-molded component and made of a material with high magnetic saturation induction, in particular FeCo with a cobalt content of 17% to 50%.
  • a material with a cobalt content of 48% to 50% can be used, since this material also has the advantage of good fuel resistance.
  • the inner pole is designed as a powder injection-molded component and comprises a first region having a first magnetic saturation induction and a second region having a second region magnetic saturation induction, which is smaller than the first magnetic saturation induction.
  • the first and second regions are connected to one another by material bonding.
  • the first region with the higher magnetic saturation induction which is preferably made of a FeSi material with a silicon content of 1% to 7% or of a FeCo material with a cobalt content of 17% to 50%, here represents the high dynamics safe with short switching times of the fuel injection valve.
  • the use of fuel-resistant, high-pressure-resistant ferrite with a low carbon content and 13% to 17% chromium content is thus possible.
  • valve sleeve, the magnetic separation element and the inner pole are integrally formed as a powder injection-molded component and materially connected to each other.
  • valve sleeve and the inner pole are made of a same material, in particular of X2Cr13MoSi.
  • the second region of the inner pole is made of a fuel-resistant magnetic material, which envelops the inner pole as a fuel-resistant layer and ensures the resistance to the aggressive fuels.
  • the magnetic separation element adjoining the first region of high magnetic saturation induction achieves a reliable magnetic separation with respect to the valve sleeve adjoining thereto, whereby the magnetic losses due to this one-piece component are significantly minimized.
  • the second region forms a jacket region of
  • the end face region in the axial direction has a thickness of 0.5 mm.
  • the end face region forms a stop for a magnet armature.
  • the first region of the inner pole preferably has a circumferential flange region projecting in the radial direction.
  • an upper lid for the fuel injection valve can be integrated in the one-piece powder injection-molded component, which leads to a further reduction in the number of components.
  • the magnetic separation element is a circumferential ring.
  • a fuel-resistant material is provided on an inner jacket portion of the annular magnetic separation element.
  • all corrosion-resistant layers of the entire powder injection-molded component are made of the same material, so that its manufacture is substantially simplified.
  • the magnetic separation element is designed as a magnetic throttle, which has a first and second magnetic connection region, a throttle region and a first and second transition region.
  • the first and second transition regions are arranged in the axial direction between the first and second connection regions, and the throttle region is arranged between the first and second transition regions.
  • the preferably magnetic ferrite material is filled in the throttle region and in the first and second transition regions with non-magnetic austenitic material.
  • Fuel injection valve can be achieved.
  • the first and second transition regions are tapered.
  • the throttle behavior can be adjusted individually depending on the application.
  • the throttle region preferably has an inner and / or outer cylinder region of a magnetic, electrically conductive material.
  • the cylinder region is formed here as a thin ferritic layer.
  • the throttle area has an additional range of non-magnetic Austen it material or ceramic material to increase the strength.
  • a preferred layer thickness of the cylinder region in this case is a maximum of 0.5 mm, in particular 0.2 mm to 0.3 mm, particularly preferably 0.25 mm.
  • the throttle region is made of an electrically non-conductive material.
  • z As a ceramic material, an eddy current loss can be reduced and the dynamics of the fuel injection valve further increased and its switching times are further reduced.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a part of a
  • FIG. 2 shows an enlarged partial sectional view of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a sectional view of the valve sleeve and an inner pole according to a second embodiment of the fuel injection valve of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a sectional view of the valve sleeve and an inner pole according to a third embodiment of the fuel injection valve of FIG. 1;
  • FIG. 5 is a sectional view of the valve sleeve and an inner pole according to a fourth embodiment of the fuel injection valve of Figure 1,
  • FIG. 6 is a sectional view of the valve sleeve and an inner pole according to a fifth exemplary embodiment of the fuel injection valve of FIG. 1
  • FIG. 7 is a sectional view of the valve sleeve and an inner pole according to a sixth embodiment of the fuel injection valve of FIG. 1, FIG.
  • Figure 8 is a sectional view of a magnetic throttle of
  • Figure 9 is a sectional view of another magnetic throttle of the fuel injection valve according to the invention.
  • Figure 10 is a sectional view of another magnetic throttle of the fuel injection valve according to the invention.
  • Figure 1 and Figure 2 show sectional views of a portion of a
  • Fuel injection valve 1 according to a first embodiment of the
  • a coil 2 an inner pole 3, a valve sleeve 4, a
  • Magnetic separation element 40 and a magnet armature 5 comprises.
  • Magnetic separation element 40 is annularly cylindrical in this case and secured by means of a welded joint 30 at the inner pole 3.
  • Weld 30 may alternatively be provided a solder joint.
  • the inner pole 3 has a central, in an axial direction X-X extending through opening 6.
  • valve sleeve 4 and the magnetic separation element 40 of the first embodiment are formed integrally as a powder injection-molded component 41 and cohesively
  • valve sleeve 4 forms a magnetic region and the magnetic separation element 40 forms a non-magnetic region.
  • the valve sleeve 4 is preferably made of a fuel-resistant
  • Magnetic separation element 40 is preferably a non-magnetic Austen it material, such. As austenite 1.4944, Inconel IN 718, Udimet 630 or PH 15-7, used, which causes a significant reduction in magnetic losses.
  • austenite 1.4944, Inconel IN 718, Udimet 630 or PH 15-7 used, which causes a significant reduction in magnetic losses.
  • a one-piece and inexpensive to produce valve sleeve 4 including the magnetic separation element 40 is provided as a powder injection molded component 41 with reduced magnetic losses and a permanent corrosion resistance against the passed through the passage opening 6 and located on the inner circumference of the valve sleeve 4 fuel.
  • the first embodiment described above is the
  • Pole 3 of the second embodiment of Figure 3 as a powder injection molded component 42 is formed.
  • the inner pole 3 comprises a first region 31 with a first magnetic saturation induction and a second region 32 with a second magnetic saturation induction, which is smaller than the first magnetic saturation induction.
  • the first and second regions 31, 32 are connected to one another in a fluid-like manner.
  • the first region 31 is preferably made of a FeSi material with a silicon content of 1% to 7% or of a FeCo material with a cobalt content of 17% to 50% to achieve a good magnetic efficiency, which provides high dynamics with short
  • the second region 32 is made of fuel-resistant, high-pressure-resistant ferrite material with low
  • the second region 32 forms a cladding region 35 of the through-hole 6 and an end-face region 36, thereby protecting the first region 31 made of non-fuel-resistant material from contact with fuel.
  • the face portion 36 also acts as a wear-resistant stop for the armature 5.
  • the material of the second region 32 is much cheaper than the material used for the first region 31, resulting in a significant reduction of
  • Embodiments are in the third shown in Figure 4
  • valve sleeve 4 the magnetic separation element 40 and the magnetic separation element 40
  • Pole 3 integrally formed as a powder injection molded component 43 and
  • valve sleeve 4 and the inner pole 3 formed entirely from the second region 32 are in this case made of the same material, especially made of X2Cr13MoSi, which has good fuel resistance.
  • the inner pole 3 may also be made of a material having high magnetic saturation induction, such as a FeCo material with a cobalt content of 48% to 50%, which also has fuel resistance and the advantage of high magnetic saturation
  • the magnetic separation element 40 and the inner pole 3 integrally formed as a powder injection-molded component 44 and connected to one another in a material-locking manner.
  • the inner pole 3 is in this case similar to the second embodiment of a first and second region 31, built around 32, so that reference may be made to the above description.
  • valve sleeve 4 the magnetic separation element 40 and the inner pole 3 are integrally formed as a powder injection-molded component 45 and materially connected to each other.
  • the first embodiment described above the first embodiment
  • Region 31 of the inner pole 3 in this case a protruding, circumferential
  • Flange portion 33 which is integrated in the one-piece powder injection-molded component 45 as the upper lid of the fuel injection valve 1. Furthermore, a recess 37 is provided in an end section 38 of the second region 32, thereby avoiding unnecessary material accumulation and preventing the injection molding
  • Valve sleeve 4 the magnetic separation element 40 and the inner pole 3 in one piece as
  • Powder injection-molded component 46 formed and materially connected to each other.
  • the sixth shown in FIG. 1 In contrast to the fourth and fifth embodiments described above, in the sixth shown in FIG. 1
  • Magnetic separation element 40 the fuel-resistant material provided, which is used for the valve sleeve 4 and the second portion 32 of the inner pole 3.
  • a completely closed fuel-resistant protective layer is formed ⁇ the entire inner circumferential surface of the through hole 6 of the powder injection-molded component 46 is reached.
  • Throttle is formed and integrated in the one-piece powder injection molded component. Identical or functionally identical components are designated in the embodiments with the same reference numerals.
  • the magnetic separation elements 40 described in FIGS. 8 to 10 can be used in all of the previously described embodiments.
  • Magnetic separation element 40 in this case as a magnetic throttle with a first and second magnetic connection region 401, 402, a throttle region 405 and a first and second transition region 403, 404 formed.
  • the first and second junction regions 403, 404 are disposed in the axial direction X-X between the first and second terminal regions 401, 402, and the choke region 405 is disposed between the first and second junction regions 403, 404.
  • Transition regions 403, 404 in the direction of the respective connection region 401 or 402 and to an outer circumferential surface 407 of the magnetic separation element 40 is formed to taper.
  • the throttle region 405 has an inner cylinder region 406, which is formed as a thin ferritic layer. To increase the strength of the throttle area 405 and parts of
  • Transition areas 403, 404 filled with non-magnetic Austen it material or ceramic are filled with non-magnetic Austen it material or ceramic.
  • a preferred layer thickness of the cylinder region 406 in this case is a maximum of 0.5 mm, in particular 0.2 mm to 0.3 mm, particularly preferably 0.25 mm.
  • the magnetic separation element 40 shown in FIG. 9 has a throttle region 405 which is formed inversely in the radial direction and tapers in the respective transition regions 403 or 404 to form an inner circumferential surface 408 of the magnetic separation element 40.
  • Magnetic separator 40 of the second embodiment an outer Cylinder area 409 of magnetic, electrically conductive material. To ensure adequate fuel resistance over in the
  • a non-magnetic, preferably additionally eddy current-free ceramic material may be used in the throttling region 405 and in parts of the transitional regions 403, 404 for filling.
  • Transition regions 403, 404 in the axial direction X-X is not tapered.
  • a required for the particular application throttle effect can be selectively adjusted by different shapes or proportions of magnetic and non-magnetic material and / or their distribution in the axial direction X-X of the magnetic separation element 40.
  • one-piece powder injection-molded components for the fuel injection valve according to the invention can be manufactured particularly economically in a single manufacturing process, which is not achievable with conventional manufacturing processes.
  • a significantly improved cost efficiency thereby in particular a significant reduction of the magnetic losses is achieved, whereby the at
  • an increase in the magnetic force in the range of 25% to 35% can be achieved.

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Abstract

Kraftstoffeinspritzventil zur Einspritzung von Kraftstoff, umfassend eine Spule (2), einen Innenpol (3), eine Ventilhülse (4), und ein Magnettrennelement (40) wobei die Ventilhülse (4) und das Magnettrennelement (40) als Pulver-Spritzguss-Bauteil (41) einstückig ausgebildet sind und die Ventilhülse (4) einen magnetischen Bereich und das Magnettrennelement (40) einen nichtmagnetischen Bereich bilden, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

Description

_
Beschreibung
Titel
Kraftstoffeinspritzventil Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil zur Einspritzung von Kraftstoff.
Hochdruckeinspritzventile des Standes der Technik weisen in der Regel einen leistungsfähigen Magnetkreis auf, der die Realisierung von kurzen Schaltzeiten sowie eines reproduzierbaren Öffnungs- und Schließverhaltens ermöglicht.
Obwohl ein Innenpol zur Erreichung einer hohen Dynamik eine hohe
Sättigungsinduktion aufweist, kommt es bei aktuellen Hochdruckeinspritzventilen über deren Ventilhülse beim Aufbau und Abbau des Magnetfelds zu
magnetischen Verlusten. Das führt zu einer deutlichen Verschlechterung der
Schaltzeit bzw. Dynamik des Kraftstoffeinspritzventils. Ferner ist die Fertigung des Magnetankers sehr kostenintensiv und aufwendig. Außerdem ist die
Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien, wie z. B. Ethanol oder Harnstoff, die in den Kraftstoffen zunehmend enthalten sind, unzureichend, um eine
befriedigende Dauerhaltbarkeit der Einspritzventile auch in Ländern mit starken Schwankungen bei der Kraftstoffqualität zu gewährleisten. Zudem ist die
Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, insbesondere hinsichtlich der Verwendung von gesundheitsgefährdenden Materialien, zukünftig sicherzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass hierbei eine magnetische Trennung zwischen der Ventilhülse und dem Innenpol vorgesehen ist, die eine erhebliche
Reduzierung der magnetischen Verluste und somit eine deutlich verkürzte Schaltzeit des Ventils ermöglicht. Ferner wird durch die Verwendung geeigneter Materialien eine verbesserte Robustheit bzw. Verschleißfestigkeit gegenüber aggressiven Medien wie Ethanol usw. erreicht. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das
Kraftstoffeinspritzventil eine Spule, einen Innenpol, eine Ventilhülse und ein
Magnettrennelement umfasst. Hierbei sind die Ventilhülse und das
Magnettrennelement als Pulver-Spritzguss-Bauteil einstückig ausgebildet, wobei die Ventilhülse einen magnetischen Bereich bildet und das Magnettrennelement einen nichtmagnetischen Bereich bildet, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Für die Ventilhülse ist somit die Verwendung eines kraftstoffbeständigen, hochdruckfesten Ferritmaterials mit einem möglichst geringen Kohlenstoffanteil und vorzugsweise einem Chromgehalt von 13 % bis 17 % möglich. Zudem kann für das Magnettrennelement ein nichtmagnetischer Austen it-Werkstoff verwendet werden, der zu einer deutlichen Reduzierung der magnetischen Verluste beiträgt. Ferner wird dadurch die Fertigung eines einstückigen Bauteils als stoffschlüssiges Pulverspitzguss-Bauteil auf einfache Weise in einem einzigen Prozessschritt zeit- und kostenoptimiert als Massenteil ermöglicht.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise ist eine Schweißverbindung oder Lötverbindung zwischen dem
Pulver-Spritzguss-Bauteil und dem Innenpol vorgesehen. Somit wird eine
betriebssichere Befestigung gewährleistet, die bei der Fertigung zeit- und
kosteneffizient hergestellt werden kann.
Weiterhin bevorzugt weist der Innenpol eine Durchgangsöffnung in Axialrichtung auf. Hierdurch kann eine Durchleitung von Kraftstoff durch den Innenpol
ermöglicht werden und das Kraftstoffeinspritzventil einen kompakten Aufbau aufweisen.
Vorzugsweise ist der Innenpol als Pulver-Spritzguss-Bauteil ausgebildet und aus einem Material mit hoher magnetischer Sättigungsinduktion, insbesondere FeCo mit einem Cobalt-Anteil von 17 % bis 50 %, hergestellt. Besonders bevorzugt kann auch ein Material mit einem Cobalt-Anteil von 48% bis 50% eingesetzt werden, da dieses Material auch den Vorteil einer guten Kraftstoffbeständigkeit aufweist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Innenpol als Pulver- Spritzguss-Bauteil ausgebildet und umfasst einen ersten Bereich mit einer ersten magnetischen Sättigungsinduktion und einen zweiten Bereich mit einer zweiten magnetischen Sättigungsinduktion, welche kleiner als die erste magnetische Sättigungsinduktion ist. Die ersten und zweiten Bereiche sind stoffschlüssig miteinander verbunden. Der erste Bereich mit der höheren magnetischen Sättigungsinduktion, der vorzugsweise aus einem FeSi-Werkstoff mit einem Siliziumanteil von 1 % bis 7 % oder aus einem FeCo-Werkstoff mit einem Cobalt- Anteil von 17 % bis 50 % hergestellt ist, stellt hierbei die hohe Dynamik mit kurzen Schaltzeiten des Kraftstoffeinspritzventils sicher. Für den zweiten Bereich ist somit auch die Verwendung von kraftstoffbeständigem, hochdruckfestem Ferrit mit niedrigem Kohlenstoffanteil und 13 % bis 17 % Chromgehalt möglich. Somit ist neben einer deutlichen Kostenreduzierung auch eine ausreichende Robustheit gegenüber dem damit in Kontakt kommenden Kraftstoff realisierbar.
Vorzugsweise sind die Ventilhülse, das Magnettrennelement und der Innenpol einstückig als Pulver-Spritzguss-Bauteil ausgebildet und stoffschlüssig miteinander verbunden.
Weiterhin bevorzugt sind die Ventilhülse und der Innenpol aus einem gleichen Material, insbesondere aus X2Cr13MoSi, hergestellt. Dadurch wird neben einer dauerhaften Kraftstoffbeständigkeit des Pulver-Spritzguss-Bauteils auch eine Reduzierung der verschiedenen Materialien erreicht und die Fertigung des Kraftstoffeinspritzventils wesentlich vereinfacht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der zweite Bereich des Innenpols aus einem kraftstoffbeständigen Magnetmaterial hergestellt, der den Innenpol als kraftstoffbeständige Schicht umhüllt und die Beständigkeit gegenüber den aggressiven Kraftstoffen gewährleistet. Zudem wird durch das an den ersten Bereich mit hoher magnetischer Sättigungsinduktion angrenzende Magnettrennelement eine zuverlässige magnetische Trennung gegenüber der daran angrenzenden Ventilhülse erreicht, wodurch die magnetischen Verluste durch dieses einstückige Bauteil deutlich minimiert werden.
Vorzugsweise bildet der zweite Bereich einen Mantelbereich der
Durchgangsöffnung und einen Stirnseitenbereich des Innenpols, wobei insbesondere der Stirnseitenbereich in Axialrichtung eine Dicke von 0,5 mm aufweist. Weiterhin bevorzugt bildet der Stirnseitenbereich einen Anschlag für einen Magnetanker. Dadurch wird in einem Restluftspalt zwischen Innenpol und Magnetanker ein kraftstoffresistenter Stirnseitenbereich erreicht, der gleichzeitig einen verschleißfesten Ankeranschlag ermöglicht. ,
Vorzugsweise weist der erste Bereich des Innenpols einen in radialer Richtung vorstehenden, umlaufenden Flanschbereich auf. Somit kann zusätzlich ein oberer Deckel für das Kraftstoffeinspritzventil im einstückigen Pulver-Spritzguss- Bauteil integriert werden, was zu einer weiteren Reduzierung der Bauteilanzahl führt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Magnettrennelement ein umlaufender Ring. Weiterhin bevorzugt ist an einem inneren Mantelbereich des ringförmigen Magnettrennelements ein kraftstoffbeständiges Material vorgesehen. Vorzugsweise sind alle korrosionsbeständigen Schichten des gesamten Pulver-Spritzguss-Bauteils aus dem gleichen Werkstoff hergestellt, so dass dessen Fertigung wesentlich vereinfacht wird.
Weiterhin bevorzugt ist das Magnettrennelement als magnetische Drossel ausgebildet, welche einen ersten und zweiten magnetischen Anschlussbereich, einen Drosselbereich und einen ersten und zweiten Übergangsbereich aufweist. Der erste und zweite Übergangsbereich ist in Axialrichtung zwischen dem ersten und zweiten Anschlussbereich angeordnet und der Drosselbereich ist zwischen dem ersten und zweiten Übergangsbereich angeordnet. Hierbei wird der vorzugsweise magnetische Ferrit-Werkstoff im Drosselbereich und in den ersten und zweiten Übergangsbereichen mit nichtmagnetischem Austen it-Werkstoff aufgefüllt. Dadurch kann neben einer Minimierung des magnetischen
Verlustflusses auch eine weitere Reduzierung der Schaltzeiten des
Kraftstoffeinspritzventils erreicht werden.
Vorzugsweise sind der erste und zweite Übergangsbereich sich verjüngend ausgebildet. Dadurch kann das Drosselverhalten je nach Anwendungsfall individuell angepasst werden.
Weiterhin bevorzugt weist der Drosselbereich einen inneren und/oder äußeren Zylinderbereich aus einem magnetischen, elektrisch leitfähigen Material auf. Der Zylinderbereich ist hierbei als dünne ferritische Schicht ausgebildet. Der Drosselbereich weist zur Festigkeitssteigerung einen zusätzlichen Bereich aus nichtmagnetischem Austen it-Werkstoff oder Keramik-Werkstoff auf. Eine bevorzugte Schichtdicke des Zylinderbereichs beträgt hierbei maximal 0,5 mm, insbesondere 0,2 mm bis 0,3 mm, besonders bevorzugt 0,25 mm. Zudem kann die Drosselwirkung durch eine Variation der Dicke des magnetischen
Zylinderbereichs individuell angepasst werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Drosselbereich aus einem elektrisch nichtleitfahigen Material hergestellt. Durch die Verwendung z. B. eines Keramik-Werkstoffs kann ein Wirbelstromverlust reduziert werden und die Dynamik des Kraftstoffeinspritzventils weiter erhöht sowie dessen Schaltzeiten weiter reduziert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils eines
Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 eine vergrößerte Teil-Schnittdarstellung von Figur 1 ,
Figur 3 eine Schnittdarstellung der Ventilhülse und eines Innenpols gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils von Figur 1 ,
Figur 4 eine Schnittdarstellung der Ventilhülse und eines Innenpols gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils von Figur 1 ,
Figur 5 eine Schnittdarstellung der Ventilhülse und eines Innenpols gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils von Figur 1 ,
Figur 6 eine Schnittdarstellung der Ventilhülse und eines Innenpols gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils von Figur 1 , Figur 7 eine Schnittdarstellung der Ventilhülse und eines Innenpols gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils von Figur 1 ,
Figur 8 eine Schnittdarstellung einer magnetischen Drossel des
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils,
Figur 9 eine Schnittdarstellung einer weiteren magnetischen Drossel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils, und
Figur 10 eine Schnittdarstellung einer weiteren magnetischen Drossel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils.
Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 7 bevorzugte Ausführungsbeispiele eines Kraftstoffeinspritzventils 1 im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind in den Ausführungsbeispielen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1 und Figur 2 zeigen Schnittansichten eines Teilbereichs eines
Kraftstoffeinspritzventils 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung, das eine Spule 2, einen Innenpol 3, eine Ventilhülse 4, ein
Magnettrennelement 40 sowie einen Magnetanker 5 umfasst. Das
Magnettrennelement 40 ist hierbei ringförmig zylindrisch ausgebildet und mittels einer Schweißverbindung 30 am Innenpol 3 befestigt. Anstelle der
Schweißverbindung 30 kann alternativ auch eine Lötverbindung vorgesehen werden. Der Innenpol 3 weist eine mittige, in einer Axialrichtung X-X verlaufende Durchgangsöffnung 6 auf.
Wie in der Schnittdarstellung von Figur 2 veranschaulicht, sind die Ventilhülse 4 und das Magnettrennelement 40 des ersten Ausführungsbeispiels hierbei als Pulver-Spritzguss-Bauteil 41 einstückig ausgebildet und stoffschlüssig
miteinander verbunden. Hierbei bildet die Ventilhülse 4 einen magnetischen Bereich und das Magnettrennelement 40 bildet einen nichtmagnetischen Bereich. Die Ventilhülse 4 ist vorzugsweise aus einem kraftstoffbeständigen,
hochdruckfesten Ferrit-Material mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und mindestens 13% und maximal 17% Chromgehalt, wie z. B. X2Cr13MoSi, hergestellt. Für das Magnettrennelement 40 wird hierbei vorzugsweise ein nichtmagnetischer Austen it-Werkstoff, wie z. B. Austenit 1.4944, Inconel IN 718, Udimet 630 oder PH 15-7, verwendet, der eine deutliche Reduzierung der magnetischen Verluste bewirkt. Somit wird eine einstückig und kostengünstig herstellbare Ventilhülse 4 einschließlich des Magnettrennelements 40 als Pulver-Spritzguss-Bauteil 41 mit reduzierten magnetischen Verlusten sowie einer dauerhaften Korrosionsfestigkeit gegenüber dem durch die Durchgangsöffnung 6 hindurchgeleiteten und am Innenumfang der Ventilhülse 4 befindlichen Kraftstoff bereitgestellt. Im Gegensatz zum zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist der
Innenpol 3 des zweiten Ausführungsbeispiels von Figur 3 als Pulver-Spritzguss- Bauteil 42 ausgebildet. Hierbei umfasst der Innenpol 3 einen ersten Bereich 31 mit einer ersten magnetischen Sättigungsinduktion und einen zweiten Bereich 32 mit einer zweiten magnetischen Sättigungsinduktion, welche kleiner als die erste magnetische Sättigungsinduktion ist. Die ersten und zweiten Bereiche 31 , 32 sind stoffflüssig miteinander verbunden. Der erste Bereich 31 ist zur Erreichung einer guten Magneteffizienz vorzugsweise aus einem FeSi-Werkstoff mit einem Siliziumanteil von 1 % bis 7 % oder aus einem FeCo-Werkstoff mit einem Cobalt- Anteil von 17 % bis 50 % hergestellt, der ein hohe Dynamik mit kurzen
Schaltzeiten des Kraftstoffeinspritzventils gewährleistet. Der zweite Bereich 32 ist aus kraftstoffbeständigem, hochdruckfestem Ferritmaterial mit niedrigen
Kohlenstoffanteil und 13 % bis 17 % Chromgehalt hergestellt, das eine dauerhafte Robustheit gegenüber dem damit in Kontakt kommenden Kraftstoff aufweist. Ferner bildet der zweite Bereich 32 einen Mantelbereich 35 der Durchgangsöffnung 6 und einen Stirnseitenbereich 36 und schützt dadurch den aus nicht kraftstoffbeständigem Material hergestellten ersten Bereich 31 vor einem Kontakt mit Kraftstoff. Der Stirnseitenbereich 36 fungiert außerdem als verschleißresistenter Anschlag für den Magnetanker 5. Ferner ist das Material des zweiten Bereichs 32 wesentlich kostengünstiger als das für den ersten Bereich 31 verwendete Material, woraus eine deutliche Reduzierung der
Bauteilkosten resultiert.
Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen ersten und zweiten
Ausführungsbeispielen sind bei dem in Figur 4 dargestellten dritten
Ausführungsbeispiel die Ventilhülse 4, das Magnettrennelement 40 und der
Innenpol 3 einstückig als Pulver-Spitzguss-Bauteil 43 ausgebildet und
stoffschlüssig miteinander verbunden. Die Ventilhülse 4 und der vollständig aus dem zweiten Bereich 32 gebildete Innenpol 3 sind hierbei aus gleichem Material, insbesondere aus X2Cr13MoSi, hergestellt, das eine gute Kraftstoffbeständigkeit aufweist. Alternativ kann der Innenpol 3 auch aus einem Material mit hoher magnetischer Sättigungsinduktion, wie zum Beispiel einem FeCo-Werkstoff mit einem Cobalt-Anteil von 48 % bis 50 % hergestellt werden, das auch eine Kraftstoffbeständigkeit und den Vorteil der hohen magnetischen
Sättigungsinduktion aufweist. Für das Magnettrennelement 40 wird der gleiche Austen it-Werkstoff wie bei den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen verwendet. Bei dem in Figur 5 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel sind die Ventilhülse
4, das Magnettrennelement 40 und der Innenpol 3 einstückig als Pulver- Spritzguss-Bauteil 44 ausgebildet und stoffschlüssig miteinander verbunden. Der Innenpol 3 ist hierbei gleichartig wie beim zweiten Ausführungsbeispiel aus einem ersten und zweiten Bereich 31 , um 32 aufgebaut, so dass auf dessen obige Beschreibung verwiesen werden kann.
Bei dem in Figur 6 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel sind die Ventilhülse 4, das Magnettrennelement 40 und der Innenpol 3 einstückig als Pulver- Spritzguss-Bauteil 45 ausgebildet und stoffschlüssig miteinander verbunden. Im Gegensatz zum zuvor beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel weist der erste
Bereich 31 des Innenpols 3 hierbei einen vorstehenden, umlaufenden
Flanschbereich 33 auf, der im einstückigen Pulver-Spritzguss-Bauteil 45 als oberer Deckel des Kraftstoffeinspritzventils 1 integriert ist. Ferner ist in einem Endabschnitt 38 des zweiten Bereichs 32 eine Ausnehmung 37 vorgesehen, wodurch eine unnötige Materialanhäufung vermieden und der Spritzguss-
Vorgang deutlich vereinfacht wird. Neben einem geringeren Bauteilgewicht werden hierdurch auch geringere Stückkosten erreicht.
Bei dem in Figur 7 dargestellten sechsten Ausführungsbeispiel sind die
Ventilhülse 4, das Magnettrennelement 40 und der Innenpol 3 einstückig als
Pulver-Spritzguss-Bauteil 46 ausgebildet und stoffschlüssig miteinander verbunden. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen vierten und fünften Ausführungsbeispielen ist bei dem in Figur 7 dargestellten sechsten
Ausführungsbeispiel auch an einem inneren Mantelbereich 47 des
Magnettrennelements 40 das kraftstoffbeständige Material vorgesehen, das für die Ventilhülse 4 und den zweiten Bereich 32 des Innenpols 3 eingesetzt wird. Somit wird eine vollständig geschlossene kraftstoffbeständige Schutzschicht auf Λ der gesamten Innenmantelfläche der Durchgangsöffnung 6 des Pulver- Spritzguss-Bauteils 46 erreicht.
Nachfolgend werden mit Bezug auf die Figuren 8 bis 10 alternative Bauformen für das Magnettrennelement 40 detailliert beschrieben, welches als magnetische
Drossel ausgebildet ist und im einstückigen Pulver-Spritzguss-Bauteil integriert ist. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind in den Ausführungsbeispielen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die in den Figuren 8 bis 10 beschriebenen Magnettrennelemente 40 können bei allen vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet werden.
Wie aus Figur 8 ersichtlich, ist das zylindrisch ringförmig ausgebildete
Magnettrennelement 40 hierbei als magnetische Drossel mit einem ersten und zweiten magnetischen Anschlussbereich 401 , 402, einem Drosselbereich 405 und einem ersten und zweiten Übergangsbereich 403, 404 ausgebildet. Die ersten und zweiten Übergangsbereiche 403, 404 sind in Axialrichtung X-X zwischen dem ersten und zweiten Anschlussbereich 401 , 402 angeordnet und der Drosselbereich 405 ist zwischen dem ersten und zweiten Übergangsbereich 403, 404 angeordnet.
Wie aus Figur 8 weiter ersichtlich, sind die ersten und zweiten
Übergangsbereiche 403, 404 in Richtung zum jeweiligen Anschlussbereich 401 bzw. 402 und zu einer äußeren Mantelfläche 407 des Magnettrennelements 40 sich verjüngend ausgebildet. Zudem weist der Drosselbereich 405 einen inneren Zylinderbereich 406 auf, der als dünne ferritische Schicht ausgebildet ist. Zur Festigkeitssteigerung sind der Drosselbereich 405 und Teile der
Übergangsbereiche 403, 404 mit nichtmagnetischem Austen it-Werkstoff oder Keramik aufgefüllt. Eine bevorzugte Schichtdicke des Zylinderbereichs 406 beträgt hierbei maximal 0,5 mm, insbesondere 0,2 mm bis 0,3 mm, besonders bevorzugt 0,25 mm. Durch eine Schichtdickenvariation wird eine individuelle Anpassung bzw. Abstimmung der Drosselwirkung des Magnettrennelements 40 ermöglicht.
Im Vergleich zu Figur 8 weist das in Figur 9 dargestellte Magnettrennelement 40 einen in Radialrichtung invers ausgebildeten Drosselbereich 405 auf, der sich in den jeweiligen Übergangsbereichen 403 bzw. 404 zu einer inneren Mantelfläche 408 des Magnettrennelements 40 hin verjüngt. Dadurch weist das
Magnettrennelement 40 des zweiten Ausführungsbeispiels einen äußeren Zylinderbereich 409 aus magnetischem, elektrisch leitfähigem Material auf. Um eine ausreichende Kraftstoffbeständigkeit gegenüber dem in der
Durchgangsöffnung 6 hindurchgeleiteten Kraftstoff zu erreichen, kann hierbei anstelle des Austenit-Werkstoffs alternativ ein nichtmagnetischer, vorzugsweise zusätzlich auch wirbelstromfreier Keramik-Werkstoff im Drosselbereich 405 und in Teilen der Übergangsbereichen 403, 404 zum Auffüllen verwendet werden.
Bei dem in Figur 10 dargestellten Magnettrennelement 40 sind die
Übergangsbereiche 403, 404 in Axialrichtung X-X sich nicht verjüngend ausgebildet. Somit kann eine für den jeweiligen Anwendungsfall erforderliche Drosselwirkung durch unterschiedliche Formgebungen bzw. Anteile von magnetischem und nichtmagnetischem Werkstoff und/oder deren Verteilung in Axialrichtung X-X des Magnettrennelements 40 gezielt angepasst werden.
Wie bei allen Ausführungsbeispielen gezeigt, können somit einstückige Pulver- Spritzguss-Bauteile für das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil besonders wirtschaftlich in einem einzigen Fertigungsprozess gefertigt werden, was mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht erreichbar ist. Neben einer dadurch deutlich verbesserten Kosteneffizienz wird hierbei insbesondere eine deutliche Reduzierung der magnetischen Verluste erreicht, wodurch das bei
Hochdruckeinspritzventilen gewünschte und erforderliche Dynamikverhalten wesentlich verbessert sowie deren Schaltzeit merklich verkürzt werden. Durch eine geeignete Kombination des in den obigen Ausführungsbeispielen beschriebenen konstruktiven Aufbaus sowie der eingesetzten Werkstoffe ist eine Erhöhung der Magnetkraft im Bereich von 25 % bis 35 % erreichbar.

Claims

Ansprüche
1 . Kraftstoffeinspritzventil zur Einspritzung von Kraftstoff, umfassend
- eine Spule (2),
- einen Innenpol (3),
- eine Ventilhülse (4), und
- ein Magnettrennelement (40)
wobei die Ventilhülse (4) und das Magnettrennelement (40) als Pulver- Spritzguss-Bauteil (41 ) einstückig ausgebildet sind und die Ventilhülse (4) einen magnetischen Bereich und das Magnettrennelement (40) einen
nichtmagnetischen Bereich bilden, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 , wobei eine Schweißverbindung (30) oder Lötverbindung zwischen dem Pulver-Spritzguss-Bauteil und dem
Innenpol (3) vorgesehen ist.
3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der Innenpol (3) eine Durchgangsöffnung (6) in Axialrichtung (X-X) aufweist.
4. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Innenpol (3) als Pulver-Spritzguss-Bauteil
ausgebildet ist und aus einem Material mit hoher magnetischer
Sättigungsinduktion, insbesondere FeCo mit einem Cobalt-Anteil von 17 % bis 50 % hergestellt ist.
5. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenpol (3) als Pulver-Spritzguss-Bauteil ausgebildet ist und einen ersten Bereich (31 ) mit einer ersten magnetischen
Sättigungsinduktion und einen zweiten Bereich (32) mit einer zweiten
magnetischen Sättigungsinduktion umfasst, welche kleiner als die erste magnetische Sättigungsinduktion ist, wobei der erste und zweite Bereich stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
6. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse (4), das Magnettrennelement (40) und der Innenpol (3) einstückig als Pulver-Spritzguss-Bauteil (43) ausgebildet sind und stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse (4) und der Innenpol (3) aus einem gleichen Material,
insbesondere aus X2Cr13MoSi, hergestellt sind.
8. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (32) des Innenpols (3) aus einem kraftstoffbeständigen Magnetmaterial hergestellt ist.
9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (32) einen Mantelbereich (35) der Durchgangsöffnung (6) und einen Stirnseitenbereich (36) des Innenpols (3) bildet, und insbesondere der Stirnseitenbereich (36) in Axialrichtung (X-X) eine Dicke von 0,5mm aufweist.
10. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stirnseitenbereich (36) einen Anschlag für einen Magnetanker (5) bildet.
1 1 . Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass der erste Bereich (31 ) des Innenpols (3) einen in radialer Richtung vorstehenden, umlaufenden Flanschbereich (33) aufweist.
12. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnettrennelement (40) ein umlaufender Ring ist.
13. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an einem inneren Mantelbereich (46) des ringförmigen Magnettrennelements (40) ein kraftstoffbeständiges Material vorgesehen ist.
14. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, dass das Magnettrennelement (40) als magnetische Drossel ausgebildet ist, welche einen ersten und zweiten magnetischen Anschlussbereich (401 , 402), einen Drosselbereich (405) und einen ersten und zweiten Übergangsbereich (403, 404) aufweist, wobei der erste und zweite Übergangsbereich (403, 404) in Axialrichtung (X-X) zwischen dem ersten und zweiten Anschlussbereich (401 , 402) und der Drosselbereich (405) zwischen dem ersten und zweiten Übergangsbereich (403,404) angeordnet ist.
15. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Übergangsbereich (403, 404) sich verjüngend ausgebildet ist.
16. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselbereich (405) einen inneren und/oder äußeren
Zylinderbereich (406) aus einem magnetischen, elektrisch leitfähigen Material aufweist.
17. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, dass der Drosselbereich (405) aus einem elektrisch nichtleitfähigen Material hergestellt ist.
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