DE19927900A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen weist eine Magnetspule (15), einen durch die Magnetspule (15) in eine Hubrichtung gegen eine Rückstellfeder (23) beaufschlagbaren Anker (17) und eine mit einem Ventilschließkörper (3) in Verbindung stehende Ventilnadel (2) auf. Der Anker (17) ist zwischen einem mit der Ventilnadel (2) verbundenen, die Bewegung des Ankers (17) in der Hubrichtung begrenzenden ersten Anschlag (20) und einem mit der Ventilnadel (2) verbundenen, die Bewegung des Ankers (17) entgegen der Hubrichtung begrenzenden zweiten Anschlag (25) beweglich. Der zweite Anschlag wird dabei von einem Federelement (25) gebildet.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der US-PS 5,299,776 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Das Brennstoffeinspritzventil hat einen mit einer Ventilnadel verbundenen Ventilschließkörper, der mit einer an einem Ventilsitzkörper ausgebildeten Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Zur elektromagnetischen Betätigung des Brennstoffeinspritzventils ist eine Magnetspule vorgesehen, die mit einem Magnetanker zusammenwirkt, der an der Ventilnadel zwischen einem die Bewegung des Ankers in der Hubrichtung der Ventilnadel begrenzenden ersten Anschlag und einem die Bewegung des Ankers entgegen der Hubrichtung begrenzenden zweiten Anschlag beweglich ist. Das durch die beiden Anschläge festgelegte axiale Bewegungsspiel des Ankers führt in gewissen Grenzen zu einer Entkopplung der trägen Masse der Ventilnadel und des Ventilschließkörpers einerseits und der trägen Masse des Ankers andererseits. Dadurch wird einem Zurückprallen des Ventilschließkörpers von der Ventilsitzfläche beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils in gewissen Grenzen entgegengewirkt. Preller der Ventilnadel bzw. des Ventilschließkörpers führen zu einem unkontrollierten, kurzzeitigen Öffnen des Brennstoffeinspritzventils und somit zu einer nicht reproduzierbaren Zumessmenge des Brennstoffs und zu einem unkontrollierten Einspritzverhalten. Da jedoch die axiale Lage des Ankers bezüglich der Ventilnadel durch die freie Beweglichkeit des Ankers gegenüber der Ventilnadel vollkommen undefiniert ist, werden Preller nur in beschränktem Maße vermieden. Insbesondere wird nicht vermieden, dass der Anker bei der Schließbewegung des Brennstoffeinspritzventils auf den dem Ventilschließkörper zugewandten Anschlag auftrifft und seinen Impuls schlagartig auf die Ventilnadel und somit auf den Ventilschließkörper überträgt.

Um das Aufprallen des Ankers auf dem dem Ventilschließkörper zugewandten Anschlag zu dämpfen, ist es aus der US-PS 4,766,405 bekannt, zwischen dem Anker und dem Anschlag einen Dämpfungskörper aus einem Elastomerwerkstoff, wie Gummi, anzuordnen. Solche Werkstoffe haben den Nachteil, dass diese in ihrem Dämpfungsverhalten stark temperaturabhängig sind und die Dämpfungswirkung mit einem Ansteigen der Temperatur abnimmt. Außerdem ist die Langzeitstabilität von Elastomeren begrenzt, insbesondere wenn diese mit dem abzuspritzenden Brennstoff in Berührung kommen. Die Montage einer Dämpfungsscheibe aus einem Elastomerwerkstoff ist zudem aufwendig. Eine gezielte Einstellung der Dämpfungseigenschaften ist ebenfalls nicht möglich.

Aus der US-PS 5,236,173 ist es bekannt, zwischen dem Ventilsitzkörper und einem Ventilsitzträger, an welchem der Ventilsitzkörper montiert ist, eine Dämpfungsfeder in Form einer Tellerfeder vorzusehen, um zu erreichen, dass der Ventilschließkörper an der an dem Ventilsitzkörper ausgebildeten Ventilsitzfläche weich anschlägt. Diese Art der Dämpfung hat jedoch den Nachteil, dass der Ventilsitzkörper nach dem Anschlagen des Ventilschließkörpers in Abspritzrichtung durchschwingt, während der Ventilschließkörper entweder stehen bleibt oder aufgrund der Impulsumkehr sich sogar von dem Ventilsitzkörper entgegen der Abspritzrichtung zurückbewegt. Ventilpreller können deshalb bei dieser Bauform des Brennstoffeinspritzventils sogar noch in verstärktem Maße auftreten.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass eventuelle Preller der Ventilnadel noch wirkungsvoller vermieden werden können. Es ergibt sich eine hohe Langzeitstabilität, da das Federelement gegenüber einem Elastomerwerkstoff eine hohe Lebensdauer hat und insbesondere vom Brennstoff nicht zerstörbar ist. Eine gezielte Einstellung der Dämpfungseigenschaften ist insofern möglich, dass bestimmte Materialien, Formen und Vorspannungen für das Federelement genutzt werden.

Das Federelement dient erstens als unterer zweiter Anschlag für den Anker, zweitens als Dämpfungselement, das die Bewegung des Ankers kontinuierlich abbremst und auf diese Weise ein Prellen der Ventilnadel an der Ventilsitzfläche vermeidet bzw. stark einschränkt, und drittens als Schiebefeder, die den Anker in seine Ruhestellung zur Anlage am ersten Anschlag drückt. In vorteilhafter Weise wird mit dem einen Bauteil des Federelements eine sehr hohe Funktionsintegration erreicht.

Das erfindungsgemäße Federelement ist in vorteilhafter Weise einfach und kostengünstig herstellbar, im Brennstoffeinspritzventil auf der Ventilnadel montierbar und einstellbar.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

Von Vorteil ist es, das Federelement mit einem Schaft und mehreren von dem Schaft ausgehenden Federarmen auszubilden. Dabei bietet es sich an, ein Federstahlblech zu verwenden, welches durch Tiefziehen und Stanzen in eine gewünschte Pilzform gebracht wird.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils in einer geschnittenen Darstellung, Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 rund um den Anker in einer vergrößerten Darstellung, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 eine alternative Ausführung des als Dämpfungsfeder dienenden Federelements in einer analogen Darstellung zu Fig. 3 und Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Federelement.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt in einer auszugsweise geschnittenen Darstellung ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 1. Das Brennstoffeinspritzventil 1 dient zum Einspritzen von Brennstoff bei einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine. Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist dabei als Hochdruck-Einspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff, insbesondere von Benzin, in den Brennraum einer Brennkraftmaschine verwendbar.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist einen im Ausführungsbeispiel einstückig mit einer Ventilnadel 2 verbundenen Ventilschließkörper 3 auf, der mit einer an einem Ventilsitzkörper 4 ausgebildeten Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Der Ventilsitzkörper 4 ist in einem rohrförmigen Ventilsitzträger 5 befestigt, der in eine Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine einführbar ist und mittels einer Dichtung 6 abgedichtet ist. Der Ventilsitzträger 5 ist an seinem zulaufseitigen Ende 7 in eine Längsbohrung 8 eines Gehäusekörpers 9 eingesetzt und gegen den Gehäusekörper 9 mittels eines Dichtrings 10 abgedichtet. Das Ende 7 des Ventilsitzträgers 5 ist mittels eines Gewinderings 11 vorgespannt, wobei zwischen einer Stufe 12 des Gehäusekörpers 9 und einer oberen Stirnfläche 13 des Ventilsitzträgers 5 eine Hubeinstellscheibe 14 eingespannt ist.

Zur elektromagnetischen Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 dient eine Magnetspule 15, die auf einen Spulenträger 16 gewickelt ist. Bei elektrischer Erregung der Magnetspule 15 wird ein Anker 17 gegen eine Anschlagfläche 18 des Gehäusekörpers 9 gezogen, wobei der Gehäusekörper 9 stromaufwärts der Anschlagfläche 18 als magnetischer Innenpol ausgebildet ist, an den sich von der Anschlagfläche 18 ausgehend in stromabwärtiger Richtung eine dünnwandige magnetische Drosselstelle 19 anschließt. Bei seiner Hubbewegung nimmt der Anker 17 aufgrund der Anlage seiner stromaufwärtigen Stirnfläche 35 an einem einen ersten Anschlag bildenden Anschlagkörper 20 die mit dem Anschlagkörper 20 fest verbundene Ventilnadel 2 und den Ventilschließkörper 3 mit. Die Ventilnadel 2 ist z. B. mit dem Anschlagkörper 20 durch eine Schweißnaht 22 verbunden. Die Bewegung der Ventilnadel 2 erfolgt gegen eine Rückstellfeder 23, die zwischen einer Einstellhülse 24 und dem Anschlagkörper 20 angeordnet ist.

Der Brennstoff strömt über eine Axialbohrung 30 des Gehäusekörpers 9 und wenigstens eine im Anker 17 vorgesehene Axialbohrung 31 sowie über in einer Führungsscheibe 32 vorgesehene Axialbohrungen 33 in eine Längsöffnung 34 des Ventilsitzträgers 5 bis hin zum Dichtsitz des Brennstoffeinspritzventils 1.

Der Anker 17 ist zwischen dem Anschlagkörper 20 und einem erfindungsgemäß als Schiebefeder und Dämpfungsfeder ausgebildeten sowie als zweiten Anschlag dienenden Federelement 25 auf der Ventilnadel 2 beweglich angeordnet. Durch die Federkraftwirkung des Federelements 25 wird der Anker 17 in der nicht erregten Ruhestellung an dem Anschlagkörper 20 in Anlage gehalten. Das Federelement 25 ist fest mit der Ventilnadel 2 verbunden.

Durch das zwischen dem Anschlagkörper 20 und dem Federelement 25 geschaffene Bewegungsspiel des Ankers 17 wird eine Entkopplung der trägen Massen des Ankers 17 einerseits und der Ventilnadel 2 und des Ventilschließkörpers 3 andererseits erreicht. Bei der Schließbewegung der Ventilnadel 2 schlägt an einer Ventilsitzfläche 26 des Ventilsitzkörpers 4 deshalb nur die träge Masse der Ventilnadel 2 an. Der Anker 17 wird bei dem Auftreffen des Ventilschließkörpers 3 an der Ventilsitzfläche 26 nicht abrupt verzögert, sondern bewegt sich gegen das Federelement 25, durch das der Anker 17 in seiner Bewegung abgebremst wird. Das Federelement 25 bewirkt eine Dämpfung des Anschlags des Ankers 17 am dem Anschlagkörper 20 gegenüberliegenden zweiten Ankeranschlag, der hier erfindungsgemäß das Federelement 25 selbst ist.

In Fig. 2 ist der erfindungsgemäße Ausschnitt rund um den Anker 17 in einem geänderten Maßstab dargestellt. Die Anordnung des axial beweglichen Ankers 17 zwischen seinen beiden Anschlägen wird dabei besonders deutlich, wobei der Anschlagkörper 20 in einer gegenüber Fig. 1 vereinfachten Bauweise gezeigt ist. Das Federelement 25 dient erstens als unterer Anschlag für den Anker 17, zweitens als Dämpfungselement, das die Bewegung des Ankers 17 kontinuierlich abbremst und auf diese Weise ein Prellen der Ventilnadel 2 an der Ventilsitzfläche 26 vermeidet bzw. stark einschränkt, und drittens als Schiebefeder, die den Anker 17 in seine Ruhestellung zur Anlage am Anschlagkörper 20 drückt. In vorteilhafter Weise wird mit einem Bauteil eine sehr hohe Funktionsintegration erreicht.

Das Federelement 25 ist in vorteilhafter Weise mit einem rohrförmigen Schaft 38 und mit mehreren davon ausgehenden Federarmen 39 ausgebildet. Der Schaft 38 des Federelements 25 umgreift unmittelbar die Ventilnadel 2 und liegt an dieser an. Dabei sind zwei verschiedene Ausführungsformen des Schaftes 38 denkbar, wie die Fig. 3 und 4 verdeutlichen, die Schnitte entlang der Linie III-III in Fig. 2 darstellen. Bei dem Beispiel gemäß Fig. 3 liegt der Schaft 38 hülsenförmig an der einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Ventilnadel 2 unmittelbar und in Umfangsrichtung vollständig umlaufend an. Dagegen ist der Schaft 38 gemäß Fig. 4 mit z. B. drei axial verlaufenden Rippen 41 ausgebildet, die von der Ventilnadel 2 wegstehen und in einem jeweiligen Abstand von 120° angeordnet sind. Diese axialen Rippen 41 erhöhen die radiale Elastizität des Federelements 25 und erlauben größere Toleranzen für die zur Herstellung einer festen Verbindung auf der Ventilnadel 2 notwendige Presspassung. Außerdem wird auf diese Weise eine große Angriffsfläche geschaffen, um das Federelement 25 axial auf der Ventilnadel 2 verschieben zu können, was bei der Montage und der Einstellung des Federelements 25 erforderlich ist.

Neben der bereits genannten Ausbildung der Paarung Ventilnadel 2/Federelement 25 mit einer Presspassung zur Erzielung einer festen Pressverbindung ist es zudem möglich, zur weiteren Sicherung im Bereich des Schaftes 38 einen oder mehrere Schweißpunkte oder -nähte 40 zu setzen, wie dies in Fig. 2 auf der rechten Seite angedeutet ist. Das z. B. aus rostfreiem Federstahlblech ausgeformte Federelement 25 wird beispielsweise durch Tiefziehen und anschließendes Stanzen in seine gewünschte Form gebracht. Die eigentliche Federwirkung wird durch die Federarme 39 erzielt, die aus dem Schaft 38 hervorgehen und sich von der Ventilnadel 2 abspreizen. Die Federarme 39 erstrecken sich dabei fingerartig über den gesamten Umfang vom Schaft 38 weg, wobei jeder einzelne Federarm 39 unter einer Federspannung gewölbt ist. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, sind die Federarme 39 derart gewölbt, dass der Anker 17 mit seinem Randbereich nahe des Außenumfangs an Außenbereichen 42 zur Anlage an den Federarmen 39 kommt, so dass ein Verkippen des Ankers 17 ausgeschlossen werden kann. Das radiale Ende der Federarme 39 bilden hinter den zur Ankerauflage dienenden Außenbereichen 42 Federarmenden 44, die wieder vom Anker 17 weggebogen sind, so dass keine scharfen Kanten am Anker 17 anliegen.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf ein Federelement 25 mit sechs über den Umfang verteilten Federarmen 39. Eine andere Anzahl an Federarmen 39 des Federelements 25 ist jedoch ebenso denkbar. Die Federarme 39 weisen z. B. entsprechend des Biegemomentenverlaufs radial nach außen hin eine geringere Breite auf als zum Schaft 38 hin.

Claims (9)

1. Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer Magnetspule (15), mit einem durch die Magnetspule (15) in eine Hubrichtung beaufschlagbaren Anker (17) und mit einer mit einem Ventilschließkörper (3) in Verbindung stehenden Ventilnadel (2), wobei der Anker (17) zwischen einem mit der Ventilnadel (2) verbundenen, die Bewegung des Ankers (17) in der Hubrichtung begrenzenden ersten Anschlag (20) und einem mit der Ventilnadel (2) verbundenen, die Bewegung des Ankers (17) entgegen der Hubrichtung begrenzenden zweiten Anschlag (25) beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschlag durch ein Federelement (25) gebildet ist.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (25) eine Schiebefeder bzw. eine Dämpfungsfeder ist, die fest auf der Ventilnadel (2) angebracht ist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (25) auf die Ventilnadel (2) aufgepresst ist.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (25) zusätzlich durch wenigstens einen Schweißpunkt (40) oder eine Schweißnaht auf der Ventilnadel (2) gesichert ist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (25) einen die Ventilnadel (2) umhüllenden Schaft (38) und mehrere von dem Schaft (38) ausgehende Federarme (39) aufweist.

6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (38) über seinen Umfang mehrere axiale Rippen (41) besitzt, die von der Ventilnadel (2) wegstehen.

7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federarme (39) mit einer Federspannung gewölbt ausgeführt sind.

8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (17) mit seinem Randbereich nahe des Außenumfangs an von der Ventilnadel (2) entfernten Außenbereichen (42) zur Anlage an den Federarmen (39) kommt.

9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (25) durch Tiefziehen und Stanzen aus einem Federstahlblech herstellbar ist.