DE102005058302A1

DE102005058302A1 - Verformungsoptimierte Ankerführung für Magnetventile

Info

Publication number: DE102005058302A1
Application number: DE102005058302A
Authority: DE
Inventors: Andreas Rettich; Stefan Haug; Markus Rueckle; Stephan Amelang
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2007-06-14
Also published as: CN101321945A; US20080290196A1; EP1960657A1; WO2007065752A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor (1) mit einem Magnetventil (17) zur Betätigung einer ein- oder mehrteilig ausgeführten Ankerbaugruppe (10). Über diese wird ein Schließelement (8) zur Druckentlastung eines Steuerraums (4) betätigt. Die Ankerbaugruppe (10) ist in einer Ankerführung (13) geführt, welche mittels einer Ventilspannschraube (21) im Injektorkörper (2) befestigt ist. Die Ankerführung (13) weist in ihrem Fixierbereich (28) im Injektorkörper (2) mindestens eine umlaufende Ausnehmung (33) auf.

Description

Stand der Technik
DE 196 50 865 A1 beschreibt ein Magnetventil zur Steuerung des Kraftstoffdrucks in einem Steuerraum eines Einspritzventils, beispielsweise eines Common-Rail-Einspritzsystems. Über den Kraftstoffdruck im Steuerraum wird eine Hubbewegung eines Ventilkolbens gesteuert, mit dem eine Einspritzöffnung des Einspritzventils geöffnet oder geschlossen wird. Das Magnetventil umfasst einen Elektromagneten, einen beweglichen Anker und ein mit dem Anker bewegtes und von einer Ventilschließfeder in Schließrichtung beaufschlagtes Ventilglied, das mit dem Ventilsitz des Magnetventils zusammenwirkt und so den Kraftstoffabfluss aus dem Steuerraum steuert.

Bei bekannten Magnetventilen wirkt sich nachteilig das im Betrieb vorkommende Schwingen des Ankers und/oder Prellen des Ventilglieds aus. Durch ein Nachschwingen der auf den Ventilsitz auftreffenden Ankerplatte nimmt diese eine undefinierte Lage ein. So kommt es bei nachfolgenden Einspritzungen bei gleicher Ansteuerung zu unterschiedlichen Öffnungszeiten des Magnetventils und somit zu einer Streuung des Einspritzbeginns und der Einspritzmenge. Gemäß DE 196 50 865 A1 und DE 197 08 104 A1 ist der Anker des Magnetventils als zweiteilige Ankerbaugruppe ausgebildet, um so die bewegte Masse der Einheit Anker und Ventilglied und damit die das Prellen verursachende kinetische Energie zu verringern. Der zweiteilige Anker umfasst einen Ankerbolzen und eine auf dem Ankerbolzen gegen die Kraft einer Rückstellfeder in Schließrichtung des Ventilglieds unter Einwirkung ihrer trägen Masse verschiebbar aufgenommene Ankerplatte, welche mittels einer Sicherungsscheibe und eine diese umgebende Sicherungshülse am Ankerbolzen gesichert ist. Die Sicherungshülse und die Sicherungsscheibe sind vom Magnetkern umschlossen, wodurch sich ein erhöhter Platzbedarf ergibt und was zu einem höheren Durchmesser im Magnetkern führt. Aufgrund des höheren Durchmessers im Magnetkern wiederum ergibt sich eine Begrenzung des magnetischen Flusses.

Als problematisch hat sich die exakte Einstellung der maximalen Weglänge erwiesen, die der Ankerplatte an dem Ankerbolzen als Gleitweg zur Verfügung steht. Die als Hub bezeichnete maximale Weglänge, welche sich aus Ankerhub und Überhub zusammensetzt, wird im Allgemeinen mit einer Standardscheibe gemessen. Danach wird eine klassierte Einstellscheibe eingelegt, um den Sollhub einzustellen. Die Magnetgruppe wird dann mit dem Injektorkörper verschraubt und anschließend wird der Hub in dem verschraubten bzw. verspannten Zustand vermessen. Für die Anwendung sind für den Hub allenfalls Toleranzen im Mikrometerbereich tolerierbar, um ein reproduziertes Injektorverhalten zu gewährleisten. Damit die engen Toleranzgrenzen auch tatsächlich eingehalten werden, ist häufig eine Demontage der vollständigen Magnetgruppe notwendig. Gegebenenfalls muss der Vorgang mehrmals wiederholt werden, bis akzeptable Toleranzeinhaltungen erzielt werden, was in der Fertigung jedoch zu hohen Kosten führt.

Zur Vermeidung einer Demontage der vollständigen Magnetgruppe zur exakten Einstellung des Hubs ist in DE 102 32 718 A1 eine Vormontage einer Ankerbaugruppe beschrieben. Hierbei umfasst die Ankerbaugruppe einen Ankerbolzen, eine Ankerplatte und eine als Passschraube ausgebildete Ventilspannschraube mit Ankerbolzenführungsabschnitt. Eine außerhalb des Injektorkörpers stattfindende Vormontage erlaubt eine gemeinsame Einstellung der Toleranz von Ankerhub und Überhub mittels eines konisch oder zylindrisch beschaffenen Passstifts, der die Ankerplatte mit dem Ankerbolzen verbindet. Als nachteilig erweist sich, dass sich die Anzahl der zu montierenden Elemente erhöht. Zur Einstellung eines vorgegebenen Hubs müssen enge Toleranzen, für die zu verbindenden Elemente Passstift, Ankerbolzen und Ankerplatte sowie den Aufnahmeöffnungen des Passstifts eingehalten werden.

Simulationsversuche und Messungen haben gezeigt, dass es beim Verschrauben der Ventilspannschraube und damit bei der Fixierung der Ankerführung im Injektorgehäuse eines Kraftstoffinjektors zu einer Verformung der Ankerführung kommt. Durch diese Verformung kann es beim Betrieb zum Durchdrücken des Schmierfilms kommen, so dass sich die Reibung insbesondere zwischen dem Ankerbolzen und der Ankerführung erheblich erhöht. Diese Reibung wiederum führt zu einem stark streuenden Schließverhalten des Ankerbolzens, dadurch auch zu unterschiedlichen Ventilöffnungszeiten.

Offenbarung der Erfindung

Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verformung einer Ankerführung bei deren Fixierung innerhalb des Injektorkörpers eines Kraftstoffinjektors zu reduzieren.

Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, in das die Ankerführung darstellende Bauteil eine Ausnehmung einzubringen, in welche die elastische Verformung dieses Bauteils im Injektorkörper bei der Fixierung durch z.B. eine Ventilspannschraube verlagert wird. Aufgrund der Verlagerung der elastischen Verformung des die Ankerführung darstellenden Bauteils wird dessen radiale Einschnürung reduziert, welche die Bewegung des Ankerbolzens einer ein- oder mehrteilig ausgebildeten Ankerbaugruppe in dem die Ankerführung darstellenden Bauteil behindert. Eine radiale Einschnürung des die Ankerführung darstellenden Bauteils erhöht die Reibung zwischen dem Ankerbolzen einer ein- oder mehrteilig ausgebildeten Ankerbaugruppe derart, dass die Hubbewegung des Ankerbolzens in unzulässiger Weise behindert wird.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich eine Reduzierung der Radialeinschnürung des die Ankerführung darstellenden Bauteils erreichen, so dass auch der sich zwischen dem Ankerbolzen und der Innenseite des die Ankerführung darstellenden Bauteils ausbildende Schmierfilm erhalten bleibt und ein Materialkontakt zwischen dem Material des Ankerbolzens und dem Material des die Ankerführung darstellenden Bauteils vermieden werden kann.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.

Es zeigt:

1 ein Magnetventil für einen Kraftstoffinjektor mit einer mehrteilig ausgebildeten Ankerbaugruppe,

2 in vergrößerter überzeichneter Darstellung die Verformung des die Ankerführung darstellenden Bauteils durch eine Ventilspannschraube und

3 in vergrößerter Darstellung die Ankerführung.

Ausführungsbeispiel

1 zeigt einen Schnitt durch ein Magnetventil eines Kraftstoffinjektors mit einer Ankerbaugruppe, die mehrteilig ausgebildet ist und einen Ankerbolzen sowie eine auf diesem aufgenommene Ankerplatte aufweist.

Der in 1 dargestellte Kraftstoffinjektor umfasst einen Injektorkörper 2, in welchem ein Einspritzventilglied 3 beweglich geführt ist. Das Einspritzventilglied 3 wird an einer Stirnseite über den in einem Steuerraum 4 herrschenden Druck beaufschlagt. Die Befüllung des Steuerraums 4 erfolgt über eine Zulaufdrossel 5. Zur Druckentlastung des Steuerraums 4 dient ein Schließelement 8, welches einen Entlastungskanal 6 mit darin aufgenommener Ablaufdrossel 7 verschließt. Das in 1 kugelförmig ausgebildete Schließelement 8 ist in einem Schließelementführungskörper 9 aufgenommen. Der Schließelementführungskörper 9 ist an einem Ankerbolzen 11 eines mehrteilig ausgebildeten Ankers 10 aufgenommen. An der Unterseite des Ankerbolzens 11 befindet sich ein scheibenförmig konfigurierter Anschlag 12. Der Ankerbolzen 11 ist von einer Ankerführung 13 umschlossen. Am Ankerbolzen 11 ist darüber hinaus eine Ankerplatte 15 aufgenommen. Die Ankerplatte 15 ist von einer Ankerfeder 18 umschlossen, welche die Ankerplatte 15 an ihrer Unterseite beaufschlagt und auch die Ankerführung 13 umschließt. Im oberen Teil des Kraftstoffinjektors 1 befindet sich ein Magnetventil 17, welches einen Elektromagneten 16 aufweist. Der Magnetkern des Elektromagneten 16 weist eine in einem ersten Durchmesser ausgeführte Bohrung C auf, in welche das obere Ende des Ankerbolzens 11 hineinragt. Am oberen Ende des Ankerbolzens 11 befindet sich eine Sicherungsscheibe B, die von einer Sicherungshülse A umschlossen ist. Aufgrund der gewählten Anordnung ist das Maß C, d.h. der Durchmesser der im Magnetkern ausgebildeten Bohrung so zu wählen, dass die Sicherungshülse A und die Sicherungsscheibe B in dieser unterzubringen sind.

Die Ankerbaugruppe 10, welche den Ankerbolzen 11 und die an diesem geführte Ankerplatte 15 umfasst, wird mittels einer Ventilfeder 20 vorgespannt. Die Ankerführung 13 ist über die Ventilspannschraube 21 an einer Einstellscheibe 22 angestellt, die sich wiederum an einem Ventilstück 23 abstützt.

2 ist in überzeichneter Darstellung die Verformung des Ankerführung der Einstellscheibe sowie der Stirnseite des Ventilstücks zu entnehmen.

Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass beim Anziehen der Ventilspannschraube 21 mit einem vorgegebenen Drehmoment, diese einen scheibenförmig ausgebildeten Fixierbereich 28 am unteren Ende der Ankerführung 13 derart verformt, dass sich eine Verformung 25 einstellt. Aufgrund der Verformung 25 stellt sich zwischen der Mantelfläche des Ankerbolzens 11 und der Innenseite der Ankerführung 13 eine radiale Einschnürung 24 ein. Neben der Verformung der Ventilspannschraube 21 und der Verformung 25 des Fixierbereichs 28 der Ankerführung 13 nimmt auch die Einstellscheibe 22, auf der sich der Fixierbereich 28 der Ankerführung 13 abstützt, einen verformten Zustand 26 an.

Schließlich wird auch die obere Stirnseite des Ventilstücks 23 wie in 2 überzeichnet dargestellt, beim Aufbringen eines vordefinierten Anzugdrehmoments auf die Ventilspannschraube 21 wie in 2 dargestellt, verformt. Aus Symmetriegründen ist nur eine Hälfte der Ankerführung 13 dargestellt, ebenso wie in 2 nur eine Hälfte der Ventilspannschraube 21 sowie eine Hälfte des Ventilstücks 23 dargestellt sind.

3 zeigt eine Ankerführung in vergrößerter Darstellung.

Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass die Ankerführung 13 eine erste Stirnseite 30 aufweist, auf welcher sich die Ankerplatte 15 gemäß der Darstellung in 1 abstützt. Die Ankerführung 13 umfasst des Weiteren den in 2 in seinem verformten Zustand dargestellten Fixierbereich 28, welcher durch die Ventilspannschraube 21 an die Einstellscheibe 22, bei der es sich bevorzugt um einen klassierten Einstellring handelt, angestellt ist. Der Fixierbereich 28 der Ankerführung 13 gemäß 3 umfasste eine Oberseite 34 und eine Unterseite 35. In die Unterseite 35 ist eine umlaufende Ausnehmung 33 eingebracht, welche z.B. nutförmig ausgebildet sein kann und als Entlastung dient. An der Innenumfangsfläche der Ankerführung 23 befindet sich eine Führungsfläche 37 für den Ankerbolzen 11. Die Mantelfläche des Ankerbolzens 11 und die Innenumfangsfläche der Ankerführung 13, d.h. die Führungsfläche 37 für den Ankerbolzen 11 sind in einer hohen Oberflächengüte gefertigt. Zwischen dem in 3 nicht dargestellten Ankerbolzen 11 und der Führungsfläche 34 bildet sich ein Schmierfilm aus, welcher die Reibung zwischen dem Ankerbolzen 11 und der Führungsfläche 37 der Ankerführung 13 bei Betätigung des in 1 dargestellten Elektromagneten 16 herabsetzt.

Wird die in 3 dargestellte Ankerführung 13 durch das Beaufschlagen der Ventilspannschraube 21 gemäß der Darstellung in 2 an die ebenfalls in 2 dargestellte Einstellscheibe 22 angestellt, so verformt sich der Fixierbereich 28 aufgrund der Spannkraft. Der scheibenförmig ausgebildete Fixierbereich 28 kann jedoch aufgrund der umlaufenden Ausnehmung 33, ausgebildet in der Unterseite 35 des Fixierbereichs 28, gestaucht werden, so dass die umlaufende Ausnehmung 33 die elastische Verformung des Fixierbereichs 28 bei Beaufschlagung durch das Drehmoment der Ventilspannschraube 21 nicht behindert, sondern das beim Spannen verdrängte Material aufnimmt. Während die Streckung der Oberseite 34 des Fixierbereichs 28 hinsichtlich einer radialen Einschnürung 24 der Ankerführung 13 unkritisch ist, wird durch die umlaufende Ausnehmung 33 an der Unterseite 35 des Fixierbereichs 28 ein Fließen des Materials der Ankerführung 13 begünstigt, so dass eine Materialverdrängung durch Stauchen an der Unterseite 35 des Fixierbereichs 28 erfolgen kann und das Stauchen während des Verspannen des Fixierbereichs 28 durch Anziehen der Ventilspannschraube 21 nicht zu der in 2 dargestellten radialen Einschnürung 24 führt. Somit kann der sich zwischen dem Ankerbolzen 11 und der Führungsfläche 37 der Ankerführung 13 ausbildende Schmierstofffilm erhalten bleiben, der bei Kraftstoffinjektoren z.B. durch den Kraftstoff dargestellt wird. Im Falle von selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen handelt es bei dem Schmierstoff demnach um Dieselöl.

Demnach wird eine beim Anziehen der Ventilspannschraube 21 auftretende Materialverdrängung an der Unterseite 35 des Fixierbereichs 28 durch die umlaufende Ausnehmung 33 abgefangen. Damit wird die dem Ankerbolzen 11 zuweisende Führungsfläche 37 an der Innenseite des die Ankerführung 13 darstellenden Bauteils nicht oder nur unwesentlich verformt. Als Werkstoff für das Material des Ankerbolzens 11 und der diesen umgebenden Ankerführung 13 wird vorwiegend 1000r6 verwendet. Die Ventilspannschraube 21, die mit einem definierten Anzugsmoment auf den Fixierbereich 28 der Ankerführung 13 wirkt, liegt auf der in 3 an der Oberseite 34 des im Fixierbereich 28 erhaben hervorstehenden Fläche auf.

Mit der in 3 dargestellten Ankerführung 13 lässt sich eine radiale Einschnürung von 0,0212 μm bei einer Ventilspannschraubenkraft von etwa 18 kN erreichen. Anstelle einer umlaufenden Ausnehmung 33 können auch mehrere konzentrisch zueinander verlaufende umlaufende Ausnehmungen 33 an der Unterseite 35 des Fixierbereichs 28 der Ankerführung 13 ausgeführt werden. Die in 3 dargestellte Ankerführung 13 weist eine an der Unterseite 35 des Fixierbereichs 28 ausgebildete als Entlastungsnut dienende Ausnehmung 33. Alternativ kann die umlaufende Ausnehmung 33 auch auf der Oberseite 34 des Fixierbereichs 28 eingebracht werden, was jedoch zeichnerisch nicht dargestellt ist.

Claims

Kraftstoffinjektor (1) mit einem Magnetventil (17), dem eine ein- oder mehrteilige Ankerbaugruppe (10) zugeordnet ist, über welche ein Schließelement (8) zur Druckentlastung eines Steuerraums (4) betätigt wird und die Ankerbaugruppe (10) in einer Ankerführung (13) geführt ist, welche mittels einer Ventilspannschraube (21) im Injektorkörper (2) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerführung (13) in ihrem Fixierbereich (28) im Injektorkörper (2) mindestens eine umlaufende Ausnehmung (33) aufweist.
Kraftstoffinjektor (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierbereich (28) scheibenförmig ausgeführt ist und entweder an seiner Oberseite (34) oder an seiner Unterseite (35) mindestens eine umlaufende Ausnehmung (33) umfasst.
Kraftstoffinjektor (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine umlaufende Ausnehmung (33) als Entlastungsnut ausgeführt ist.
Kraftstoffinjektor (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine umlaufende Ausnehmung (33) in Bezug auf einen Außendurchmesser da des Fixierbereichs (28) und einen Innendurchmesser d; der Ankerführung (13) in einem dazwischen liegenden Durchmesserbereich verläuft.
Kraftstoffinjektor (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine umlaufende Ausnehmung (33) auf einem Durchmesser
verläuft.
Kraftstoffinjektor (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerführung (13) eine Führungsfläche (37) aufweist, die im Bereich einer zweiten Stirnseite (31) in eine Fase (32) ausläuft.
Kraftstoffinjektor (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerführung (13) im durch die Ventilspannschraube (21) verspannten Zustand eine Radialeinschnürung (24) von weniger als 0,03 μm aufweist.
Kraftstoffinjektor (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialeinschnürung (24) 0,02 μm beträgt.
Kraftstoffinjektor (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierbereich (28) an seiner Oberseite (34) mit einer Auflagefläche versehen ist.