DE102011006824A1

DE102011006824A1 - Ventil zum Zumessen eines Mediums

Info

Publication number: DE102011006824A1
Application number: DE102011006824A
Authority: DE
Inventors: Volker Scheef; Michael Fischer; Michael Mayer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2012-10-11
Also published as: CN103459823B; CN103459823A; KR20140016922A; JP5893721B2; WO2012136415A1; JP2014510234A

Abstract

Es wird ein Ventil zum Zumessen eines Mediums, insbesondere ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff bei Brennkraftmaschinen, angegeben, das ein Ventilgehäuse (11), einen Ventilein- und -auslass (12, 13), einen am Ventilgehäuse (11) angeordneten elektrischen Anschlussstecker (14) für die Ventilsteuerung sowie einen nahe dem Ventileinlass (12) und einen nahe dem Ventilauslass (13) jeweils angeordneten Dichtungsring (15, 16) für den Ventileinbau aufweist. Zwecks Reduzierung der vom Ventil im Betrieb erzeugten Geräusche ist das Ventilgehäuse (11) mit einer zwischen den beiden Dichtungsringen (15, 16) angeordneten Zusatzmasse (31) versehen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum Zumessen eines Mediums, insbesondere von einem Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff bei Brennkraftmaschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein bekanntes Kraft- oder Brennstoffeinspritzventil ( DE 10 2005 061 424 A1 , 1) weist ein Ventilgehäuse, einen Ventileinlass und einen als Abspritzöffnung ausgebildeten Ventilauslass, einen im Ventilgehäuse verlaufenden, Ventilein- und -auslass verbindenden Strömungspfad für den Kraft- oder Brennstoff, sowie einen am Ventilgehäuse abstehenden elektrischen Anschlussstecker zum Ansteuern des Ventils auf. Der Strömungspfad wird von einem metallischen, hohlzylindrischen Einlassrohr und einem metallischen, hülsenförmigen Ventilsitzträger gebildet, der endseitig mit einem Ventilsitzkörper abgeschlossen ist. Im Ventilsitzkörper ist die Abspritzöffnung und ein die Abspritzöffnung umgebender Ventilsitz ausgebildet. Der Ventilsitz wirkt zum Öffnen und Schließen der Abspritzöffnung mit dem Schließkopf eines hohlzylindrischen Ventilglieds zusammen, das gegen die Kraft einer Ventilschließfeder von einem Elektromagneten betätigbar ist. Der Elektromagnet weist einen von einer Verdickung der Rohrwand des Einlassrohrs gebildeten Magnetkern, eine außen auf dem Einlassrohr sitzende Magnetspule und einen im Ventilsitzträger geführten, mit dem Ventilglied fest verbundenen Magnetanker auf. Das Ventilgehäuse ist als eine das Steckergehäuse des Anschlusssteckers einbeziehende Kunststoffumspritzung ausgeführt, die das Einlassrohr, den Elektromagneten und teilweise den Ventilsitzträger umschließt. Zum Abdichten des in einem Verbrennungszylinder oder einem Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine eingebauten Ventils trägt ein aus dem Ventilgehäuse einlassseitig herausragender Rohrabschnitt des Einlassrohrs und ein aus dem Ventilgehäuse auslassseitig herausragender Hülsenabschnitt des Ventisitzträgers jeweils einen Dichtungsring.
Bei einem solchen Einspritzventil entstehen durch schnelles Öffnen und Schließen der Abspritzöffnung, bei dem das Ventilglied mit Schließkopf und Magnetanker mit hoher Dynamik auf die Endanschläge auftrifft, kurzzeitig hohe Kontaktkräfte, die auf das Ventilgehäuse übertragen werden. Das Ventil wird dadurch zu Schwingungen angeregt, die entweder direkt vom Ventil als Schall abgestrahlt werden oder indirekt zur Schallabstrahlung führen, indem sie auf angrenzende Bauteile, wie Ansaugsystem und Brennstoffzuführung, übertragen werden und diese zur Schallabstrahlung anregen.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil zum Zumessen eines Fluids mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die dem Ventil außerhalb des Strömungspfads verliehene Zusatzmasse einerseits durch Energiedissipation und andererseits durch gegenphasige Schwingungen die Hauptursache der Ventilgeräusche, nämlich Axial- und Biegeschwingungen des Ventils und Schwingungen des Anschlusssteckers, reduziert und damit die Schallabstrahlung des Ventils dämpft. Die daher auch als Dämpfungsmasse bezeichnete Zusatzmasse erhöht axial die Gesamtmasse des Ventils und vergrößert somit die Trägheit des Ventils, was eine Amplitudenreduktion der Axialschwingung des Ventils in den Dichtungsringen, also eine Reduktion der axialen Auf- und Abbewegung des Ventils, zur Folge hat. Zudem wird die Axialschwingung durch die vergrößerte Gesamtmasse des Ventils zu niedrigeren Frequenzen verschoben, wodurch die Geräuschentstehung reduziert wird; denn die Schallabstrahleffizienz des Einspritzventils nimmt mit steigender Frequenz zu bzw. mit kleiner werdenden Frequenz ab. Die Positionierung der Zusatz- oder Dämpfungsmasse mittig zwischen den nach Ventileinbau festliegenden Dichtungsringen verschiebt die Biegeschwingungen des Ventils zu niedrigeren Frequenzen.
Durch die in den weiten Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Zusatz- oder Dämpfungsmasse von einem vorzugsweise aus Stahl bestehenden Massezylinder mit C-förmigem Querschnitt gebildet, der am Ventil mit zum seitlich vom Ventilgehäuse abstehenden Anschlussstecker weisender, axial längsdurchgehender Zylinderwandöffnung ausgerichtet ist. Diese Positionierung der Zusatz- oder Dämpfungsmasse gegenüber dem Anschlussstecker bewirkt ein Ausbalancieren der durch den Anschlussstecker exzentrischen Massenverteilung des Ventils. Der Schwerpunkt des Ventils wird durch die Zusatz- oder Dämpfungsmasse zur Achse hin verschoben, und diese wirkt als Schwingungstilger für den Anschlussstecker.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Massezylinder außen auf das Ventilgehäuse aufgesetzt und am Ventilgehäuse durch Kleben oder Schrauben oder Klemmen oder Clipsen befestigt. Durch diese konstruktive Maßnahme kann das Ventil ohne konstruktive und fertigungstechnische Umstellung geräuschmindernd ausgeführt werden. Außerdem ist ein Nachrüsten des Ventils für geräuschkritische Anforderungen problemlos möglich.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Massezylinder in den Kunststoff eines in Kunststoff ausgeführten Ventilgehäuses eingebettet. Da üblicherweise das Kunststoff-Ventilgehäuse unter Einbeziehung des Anschlusssteckers an die vormontierten funktionalen Komponenten des Ventils als Kunststoffummantelung angespritzt wird, ist die Anordnung der Dämpfungsmasse im Ventil kostengünstig möglich.
Um den Massezylinder vor dem Umspritzen der Kunststoffummantelung in einfacher Weise zuverlässig zum Anschlussstecker zu positionieren, ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung der Massezylinder außen an dem zwischen Ventilein- und -auslass sich erstreckenden Strömungspfad für das Medium befestigt und wird beim Spritzen der Kunststoffummantelung mit von dem Kunststoff bedeckt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Ventils zum Zumessen eines Mediums,
2 eine perspektivische Darstellung einer auf dem Ventilgehäuse des Ventils gemäß 1 sitzenden Zusatzmasse,
3 einen Längsschnitt eines teilweise modifizierten Ventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
4 eine Modifizierung des Ventils gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im Ausschnitt IV in 3.
Das in 1 in Seitenansicht dargestellte Ventil zum Zumessen eines Mediums wird bevorzugt als Einspritzventil für Kraftstoff in den Verbrennungszylinder oder in das Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Das Ventil weist ein Ventilgehäuse 11, einen Ventileinlass 12, einen Ventilauslass 13 und einen elektrischen Anschlussstecker 14 für die Ventilsteuerung, sowie einen nahe dem Ventileinlass 12 angeordneten Dichtungsring 15 und einen nahe dem Ventilauslass 13 angeordneten Dichtungsring 16 auf. Die Dichtungsringe 15, 16 dienen dem Einbau und der Abdichtung des Ventils im Zylinderkopf des Verbrennungszylinders oder im Saugrohr der Brennkraftmaschine.
Wie im Schnittbild des Ventils gemäß 3 zu erkennen ist, weist das Ventil einen vom Ventileinlass 12 zum Ventilauslass 13 führenden Strömungspfad 17 für das Medium auf, der von einer rohrförmigen Einlasshülse 18 und einem hülsenförmigen Ventilsitzträger 19 gebildet ist. Der Ventilsitzträger 19 ist mit einem Ventilsitzkörper 20 abgeschlossen, in dem der von einem Ventilsitz 21 umschlossene Ventilauslass 13 in Form mindestens einer Abspritzöffnung ausgebildet ist. Die Ventilsteuerung, d. h. das Freigeben und Schließen des Ventilauslasses 13, erfolgt mittels eines Elektromagneten 22, der bei seiner über den Anschlussstecker 14 erfolgenden Bestromung ein Ventilglied 23 betätigt. Das hohlzylindrische Ventilglied 23 wird zum Schließen des Ventilauslasses 13 mittels einer am Ventilglied 23 sich abstützenden Ventilschließfeder 24 mit einem endseitigen Schließkopf 25 auf den Ventilsitz 21 aufgepresst und zum Freigeben des Ventilauslasses 13 mittels des Elektromagneten 22 mit seinem Schließkopf 25 vom Ventilsitz 21 abgehoben. Das Ventilglied 23 ist im Ventilsitzträger 19 axial verschieblich geführt und bildet zugleich einen Magnetanker des Elektromagneten 22, der mit einem im Ventilsitzträger 19 festgelegten Magnetkern 28 des Elektromagneten 22 einen ringförmigen Arbeitsluftspalt begrenzt. Eine an den Anschlussstecker 14 elektrisch angebundene Magnetspule 26 des Elektromagneten 22 sitzt außen auf dem Ventilsitzträger 19 und ist in einem Magnettopf 27 aufgenommen, der am Ventilsitzträger 19 mit einem im Durchmesser reduzierten Topfabschnitt 271 anliegt. Das Ventilgehäuse 11 und das Steckergehäuse des Anschlusssteckers 14 sind einstückig aus Kunststoff, der auf die Einlasshülse 18, einen Abschnitt des Ventilsitzträgers 19 und teilweise auf den Magnettopf 27 des Elektromagneten 22 in Form eines Kunststoffmantels aufgespritzt ist und die vom Anschlussstecker 14 zur Magnetspule 26 des Elektromagneten 22 führenden Leiterbahnen integriert. Der einlassseitige Dichtungsring 15 sitzt auf einem aus dem Ventilgehäuse 11 vorstehenden Hülsenabschnitt der Einlasshülse 18 und der ventilauslasseitige Dichtungsring 16 sitzt auf dem am Ventilsitzträger 19 anliegenden, durchmesserreduzierten Topfabschnitt 271 des Magnettopfs 27.
Zur Reduzierung der im Ventilbetrieb vom Ventil erzeugten Geräusche ist das Ventilgehäuse 11 mit einer zwischen den beiden Dichtungsringen 15, 16 angeordneten Zusatzmasse 30 versehen. Bevorzugt wird diese Zusatzmasse 30 von einem Massezylinder 31 mit C-förmigem Querschnitt gebildet, wie er in 2 perspektivisch dargestellt ist. Der Massezylinder 31 besteht vorzugsweise aus Stahl und weist infolge seines C-förmigen Querschnitts eine axial längsdurchgehende Zylinderwandöffnung 311 auf. Um die durch den Anschlussstecker 14 bewirkte, exzentrische Massenverteilung im Ventil auszubalancieren, ist der Massezylinder 31 im Ventil zwischen den beiden Dichtungsringen 15, 16 so ausgerichtet, dass er am Ventil vom Anschlussstecker 14 abgekehrt ist, also auf der dem Anschlussstecker 14 gegenüberliegenden Seite des Ventilgehäuses 11 liegt, und seine Zylinderwandöffnung 311 zum Anschlussstecker 14 weist.
Im Ausführungsbeispiel der 1 ist der Massezylinder 31 außen auf das Ventilgehäuse 11 aufgesetzt und am Ventilgehäuse 11 befestigt. Die Befestigung des Massezylinders 31 wird durch Kleben oder Schrauben oder Klemmen oder Clipsen vorgenommen. Im letzteren Fall sind am Ventilgehäuse 11 entsprechende Rastnasen vorgehalten.
Im Ausführungsbeispiel des Ventils gemäß 3 ist der Massezylinder 31 in gleicher Positionierung im Ventilgehäuse 11 integriert, und zwar in den Kunststoff des aus Kunststoff gespritzten Ventilgehäuses 11 eingebettet. Hierzu wird der Massezylinder 31 in der Spritzgussform zu den vormontierten funktionalen Komponenten des Ventils, wie Einlassrohr 18, Ventilsitzträger 19, Ventilsitzkörper 20, Elektromagneten 22 mit Magnettopf 27, lagerichtig positioniert und beim Spritzen des Ventilgehäuses 11 mit umspritzt.
Gemäß einer in 4 dargestellten Modifizierung wird der Massezylinder 31 an dem vormontierten Ventil vor der Kunststoffumspritzung außen am Strömumgspfad 17, hier am Einlassrohr 18, positionsgenau befestigt. Die Befestigung wird vorzugsweise mittels eines Klebers vorgenommen. Das so um den Massezylinder 31 komplettierte vormontierte Ventil wird in die Spritzgussform eingelegt und zur Herstellung des Ventilgehäuses 11 mit Kunststoff umgossen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005061424 A1 [0002]

Claims

Ventil zum Zumessen eines Mediums, insbesondere Einspritzventil zum Eispritzen von Kraftstoff bei Brennkraftmaschinen, mit einem Ventilgehäuse (11), mit einem Ventilein- und -auslass (12, 13), mit einem am Ventilgehäuse (11) angeordneten elektrischen Anschlussstecker (14) für die Ventilsteuerung und mit einem nahe dem Ventileinlass (12) und einem nahe dem Ventilauslass (13) jeweils angeordneten Dichtungsring (15, 16) für den Ventileinbau, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (11) mit einer zwischen den beiden Dichtungsringen (15, 16) angeordneten Zusatzmasse (30) versehen ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstecker (14) seitlich vom Ventilgehäuse (11) absteht und dass die Zusatzmasse (30) von einem Massezylinder (31) mit C-förmigem Querschnitt gebildet ist, der mit zum Anschlussstecker (14) weisender axial längs durchgehender Zylinderwandöffnung (311) ausgerichtet ist.
Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Massezylinder (31) außen auf das Ventilgehäuse (11) aufgesetzt und am Ventilgehäuse (11) befestigt ist.
Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des Massezylinders (31) auf dem Ventilgehäuse (11) durch Kleben oder Schrauben oder Klemmen oder Clipsen vorgenommen ist.
Ventil nach Anspruche 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (11) zumindest teilweise aus Kunststoff besteht und der Massezylinder (31) in den Kunststoff eingebettet ist.
Ventil nach Anspruche 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (11) mit Anschlussstecker (14) von einem Kunststoffmantel gebildet ist, der zumindest teilweise einen mittels mindestens einer Hülse gebildeten, zwischen Ventilein- und -auslass (12, 13) sich erstreckenden Strömungspfad (17) für das Medium umschließt, und dass der Massezylinder (31) außen am Strömungspfad (17) befestigt und von dem Kunststoffmantel mit umschlossen ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzmasse (30) aus Stahl ist.