DE102007050819A1

DE102007050819A1 - Elektromagnetisch betätigbares Ventil

Info

Publication number: DE102007050819A1
Application number: DE102007050819A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Reiter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2009-04-30
Also published as: EP2205853A1; JP2011501036A; JP5114571B2; US20100301247A1; EP2205853B1; BRPI0818382A2; CN101835970A; WO2009053211A1; CN101835970B; US8646749B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Ventil, insbesondere ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen. Das Ventil umfasst ein elektromagnetisches Betätigungselement mit einer Magnetspule (1), einem festen Kern (2), einem Ventilmantel (5) und einem bewegbaren Anker (17) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (19), der mit einer an einem Ventilsitzkörper (15) vorgesehenen Ventilsitzfläche (16) zusammenwirkt. Außerdem weist das Ventil eine Rückstellfeder (25) zum Rücksetzen des Ventilschließkörpers (19) bis zur Anlage an der Ventilsitzfläche (16) auf. Die Rückstellfeder (25) und eine innere Längsbohrung (23) des Ankers (17) sind derart zueinander gepaart, dass die Führung des Ankers (17) während seiner Axialbewegung ausschließlich entlang der Rückstellfeder (25) erfolgt. Das Ventil eignet sich als Brennstoffeinspritzventil besonders für den Einsatz in Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigbaren Ventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
In den 1 und 2 ist ein bekanntes elektromagnetisch betätigbares Ventil in der Form eines Brennstoffeinspritzventils aus dem Stand der Technik dargestellt, das eine übliche konstruktive Ausführung eines umlaufenden Führungsbundes am Außenumfang eines bewegbaren Ankers besitzt. Während seiner Axialbewegung gleitet der Anker mit seinem Führungsbund in der inneren Öffnung einer Ventilhülse entlang ihrer inneren Wandung, der insofern innerhalb der Ventilhülse geführt wird, wodurch ein Verkippen oder Verkanten des Ankers vermieden wird.
Weitere Varianten der Führung eines bewegbaren Ankers eines elektromagnetisch betriebenen Brennstoffeinspritzventils sind ebenfalls bekannt. So ist der DE 4137 994 A1 zu entnehmen, dass eine wenigstens teilweise umlaufende Führungsnase in einem Düsenträger einprägbar ist, wobei auch diese Führungsnase für eine Führung des Ankers an dessen Außenumfang sorgt. Bekannt ist es zudem, mehrere über den Umfang verteilte Führungsnasen im Bereich einer magnetischen Drosselstelle eines langgestreckten Ventilkörpers auszuprägen, die den Anker während seiner Axialbewegung führen ( DE 195 03 820 A1 ). Aus der DE 100 51 016 A1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem am Außenumfang des Ankers Führungsbundsegmente ausgeformt sind, die sich im Bereich des stärksten radialen Magnetflusses befinden.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigbare Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil einer kompakten Bauweise. Das Ventil ist besonders kostengünstig herstellbar, da die Ankerführung besonders einfach und kostengünstig realisiert ist. Erfindungsgemäß sind eine Rückstellfeder und eine innere Längsbohrung des Ankers derart zueinander gepaart sind, dass die Führung des Ankers während seiner Axialbewegung ausschließlich entlang der Rückstellfeder erfolgt. Die Rückstellfeder übernimmt neben ihrer eigentlichen Rückstellfunktion der Ventilnadel auch die Führungsfunktion des Ankers, wodurch auf einfache Art und Weise eine Funktionsintegration realisiert ist. Die der Führung dienende Kontaktfläche ist gegenüber den Lösungen des Standes der Technik vorteilhafterweise reduziert. Eine Funktionsverbesserung ist insofern gegeben, dass wegen des führungsfreien Außenumfangs des Ankers nachteilige Radialkräfte vermieden werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen elektromagnetisch betätigbaren Ventils möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, die Längsbohrung des Ankers und optional die Strömungsbohrung des Innenpols mittels Reiben auf ihr exaktes Innenmaß zu bringen.
Von Vorteil ist es, Abflachungen am Umfang der Rückstellfeder vorzusehen, an denen entlang die Führung des Ankers erfolgt und die partiell oder über die gesamte Länge der Rückstellfeder ausgeformt sind.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 ein elektromagnetisch betätigbares Ventil in Form eines Brennstoffeinspritzventils nach dem Stand der Technik,
2 eine Teilansicht II der 1 des bekannten Brennstoffeinspritzventils nach dem Stand der Technik, die den erfindungsrelevanten Bereich kennzeichnet,
3 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Ventils und
4 einen Ausschnitt IV in 3 als Teilansicht einer erfindungsgemäß gestalteten Rückstellfeder.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der 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.
2 zeigt eine Teilansicht II der 1 des bekannten Brennstoffeinspritzventils nach dem Stand der Technik, die den erfindungsrelevanten Bereich kennzeichnet. Dabei wird insbesondere der Führungsbereich des Ankers 17 deutlich. Am äußeren Umfang besitzt der bewegliche Anker 17 in bekannter Weise einen umlaufenden Führungsbund 60 oder mehrere über den Umfang verteilte noppen- bzw. nasenartige Führungsbünde 60, um ihn in der Ventilhülse 6 sicher und verkantungsfrei zu führen. In umgekehrter Weise können der Führungsbund 60 oder die Führungsbünde 60 auch an der Ventilhülse 6 angeformt sein, wobei dann der Außenumfang des Ankers 17 mit konstantem Durchmesser zylindrisch ausgeführt ist. Die Rückstellfeder 25 weist entsprechend eindeutliches Spiel zur Wandung der Strömungsbohrung 28 im Kern 2 bzw. zur Wandung der Längsbohrung 23 im Anker 17 auf.
3 zeigt eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Ventils, bei dem die Führung des Ankers 17 von seinem Außenumfang nach innen in die Längsbohrung 23 verlegt ist. Erfindungsgemäß wird der Anker 17 während seiner axialen Längsbewegung an der Rückstellfeder 25 geführt. Die Rückstellfeder 25 ist dazu sehr exakt in die Strömungsbohrung 28 des Kerns 2 und die Längsbohrung 23 des Ankers 17 eingepasst, so dass die Rückstellfeder 25 neben ihrer eigentlichen Rückstellfunktion der Ventilnadel 14 auch die Führungsfunktion des Ankers 17 übernimmt, wodurch auf einfache Art und Weise eine Funktionsintegration realisiert ist. Die Längsbohrung 23 des Ankers 17 stellt die eigentliche Führungsbohrung, da sie sich entlang der Rückstellfeder 25 bewegt. Sowohl die Strömungsbohrung 28 des Kerns 2 als auch die Längsbohrung 23 des Ankers 17 können kostengünstig und genau auf ihr exaktes Maß mittels Reiben gebracht werden. Beide Bohrungen 23, 28 besitzen in idealer Weise den exakt gleichen Innendurchmesser. Die Rückstellfeder 25 besteht herstellungsbedingt aus einem harten verschleißfesten Draht, der üblicherweise einen kreisförmigen Querschnitt hat, wie in 3 gezeigt.
Allerdings ist es ebenso denkbar, die mit der Führungsfunktion betraute Rückstellfeder 25 an ihrem äußeren Führungsumfang zu modifizieren. 4 zeigt einen Ausschnitt IV in 3 als Teilansicht einer erfindungsgemäß gestalteten Rückstellfeder 25, die einen abgeflachten Außenumfang besitzt. Die äußeren Abflachungen 61 können z. B. nur an den Federwindungen im Bereich der Längsbohrung 23 des Ankers 17 ausgeformt sein, aber auch über die gesamte Länge der Rückstellfeder 25 verlaufen. Das Anbringen der Abflachungen 61 erfolgt beispielsweise mittels Schleifen, insbesondere Centerless-Schleifen, das mit einer hohen Genauigkeit sehr kostengünstig durchführbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4137994 A1 [0003]
- DE 19503820 A1 [0003]
- DE 10051016 A1 [0003]

Claims

Elektromagnetisch betätigbares Ventil, insbesondere 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 mit einer Rückstellfeder (25) zum Rücksetzen des Ventilschließkörpers (19) bis zur Anlage an der Ventilsitzfläche (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (25) und eine innere Längsbohrung (23) des Ankers (17) derart zueinander gepaart sind, dass die Führung des Ankers (17) während seiner Axialbewegung ausschließlich entlang der Rückstellfeder (25) erfolgt.
Elektromagnetisch betätigbares Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (25) neben der als Führungsöffnung dienenden Längsbohrung (23) des Ankers (17) auch in einer inneren Strömungsbohrung (28) des Innenpols (2) verläuft.
Elektromagnetisch betätigbares Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsbohrung (28) des Innenpols (2) und die Längsbohrung (23) des Ankers (17) den gleichen Innendurchmesser aufweisen.
Elektromagnetisch betätigbares Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsbohrung (28) des Innenpols (2) und/oder die Längsbohrung (23) des Ankers (17) mittels Reiben auf ihr exaktes Maß gebracht sind.
Elektromagnetisch betätigbares Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (25) aus einem verschleißfesten Draht mit kreisförmigem Querschnitt gebildet ist.
Elektromagnetisch betätigbares Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (25) einen abgeflachten Außenumfang besitzt.
Elektromagnetisch betätigbares Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachungen (61) am Umfang der Rückstellfeder (25) partiell oder über die gesamte Länge. der Rückstellfeder (25) ausgeformt sind.
Elektromagnetisch betätigbares Ventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachungen (61) mittels Schleifen, insbesondere Centerless-Schleifen angebracht sind.
Elektromagnetisch betätigbares Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfang des Ankers (17) führungsbundfrei ist.