EP2893182B1 - Einspritzventil - Google Patents

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EP2893182B1
EP2893182B1 EP13739435.9A EP13739435A EP2893182B1 EP 2893182 B1 EP2893182 B1 EP 2893182B1 EP 13739435 A EP13739435 A EP 13739435A EP 2893182 B1 EP2893182 B1 EP 2893182B1
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EP
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stop
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injection valve
valve needle
valve according
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Philipp Rogler
Martin Scheffel
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/10—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type
    • F02M61/12—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type characterised by the provision of guiding or centring means for valve bodies

Definitions

  • the present invention relates to an injection valve for injecting a medium, in particular for injecting fuel in a combustion chamber.
  • valves for the injection of gasoline with a valve needle which is moved by an actuator, such as an electromagnet or piezo actuator, against a closing spring so that a desired amount of fuel is introduced directly targeted into the combustion chamber.
  • an injection valve is considered in which the armature is decoupled from the valve needle.
  • the armature should release itself quickly from the lower stop located on the valve needle, quickly overcome the armature free travel and quickly open the valve when hitting the upper stop. If the energization of the valve is terminated, the valve needle closes again. The armature, after the valve needle closes the valve seat, continues to move until it encounters the lower limit stop.
  • the armature bounces off one or more times if necessary, until it reaches its rest position again.
  • the time it takes for the armature to return to the rest position is critical to the ability of the valve to rapidly eject successive injections with high accuracy.
  • the injection valve according to the invention with the features of claim 1 allows a very fast recovery of the armature after closing the valve by an improved damping. This can do that Inject injection valve very precisely in quick succession.
  • the Ankerfreiweg is still adjustable.
  • the switching behavior and the quantitative metering of the injection valve are standardized and the actual values thus deviate as little as possible from the nominal value.
  • the costs for producing the valve needle can be reduced because the armature according to the invention is no longer guided on the valve needle, but on the guide element.
  • the valve needle therefore no longer has to be micromachined. It eliminates, for example, a grinding of the valve needle or it can be used without further reworking a rolled or drawn needle pin.
  • the injection valve which is used in particular for gasoline engines for duct or direct injection of fuel.
  • the injection valve comprises a housing with at least one injection opening on an outlet side, a magnetic coil and a magnetic armature that is linearly movable by the magnetic coil. Furthermore, a linearly movable valve needle for opening and closing the injection opening is provided.
  • the armature is linearly movable between a first stop and a second stop coaxial with the valve needle.
  • the valve needle is firmly connected to the guide element.
  • the outer surface of the guide element serves as a guide for the Linearbewegegung of the armature.
  • the second stop is an integral part of the guide element.
  • the guide of the magnet armature is formed integrally with the second stop.
  • the first stop is on the outlet side facing away from the armature and can thus be referred to as the upper stop.
  • the second stop is on the outlet side facing the armature and can thus be referred to as a lower stop.
  • a nip is defined between the armature and the second stop.
  • this nip there is the medium to be injected, so that the nip attenuates the movement of the armature when closing the injector and quickly restores the armature to its rest position.
  • the effectiveness of the nip depends on the minimum gap height of the nip.
  • the second stop is formed on a stop sleeve.
  • the stop sleeve in turn is welded to the valve needle.
  • the guide element, on which the second stop is formed is simultaneously used to guide the magnet armature. As a result, a predetermined angle between the second stop and the guide surface of the armature is fixed and remains unchanged even during the welding process.
  • the guide element is preferably designed as a plugged onto the valve needle sleeve.
  • the guide element extends as a solid body, the valve needle in the longitudinal direction.
  • the first stopper formed on a ring is attached to the guide element.
  • the ring is welded to the guide element. The distance between the two stops minus the height of the armature defines the armature free travel. This is set by positioning the ring on the guide element.
  • the ring is preferably designed in cross-section L-shaped.
  • the welding between the ring and guide element is preferably carried out on the side facing away from the outlet of the first stop.
  • the guide element is preferably welded to the valve needle.
  • the weld is preferably set only on the side facing the outlet of the second stop.
  • the guide element is made together with the second stop as a one-piece turned or milled part.
  • the second stop is perpendicular from the guide element.
  • the guide element has in particular a cylindrical outer surface on which the magnet armature is guided.
  • FIGS. 1 and 2 an injection valve 1 according to the first embodiment explained in detail. Identical or functionally identical components are provided with the same reference numerals in all embodiments.
  • the injection valve 1 comprises a housing 2.
  • the housing 2 is in FIG. 1 only partially and schematically shown. At least one injection opening 4 in the housing 2 is formed on an outlet side 3 of the injection valve 1. Furthermore, the housing 2 carries a magnetic coil 5.
  • the injection valve 1 further comprises a magnet armature 6 and a valve needle 7 with a ball 8.
  • the magnet armature 6 is linearly movable along a longitudinal axis 23 between a first stop 11 and a second stop 12. The distance between the two stops 11, 12 defines a Ankerokweg 13.
  • a first spring 9 loads the valve needle 7 in the direction of the outlet side 3.
  • a second spring 12 is connected via a spring cup 14 to the armature 6.
  • the second spring 10 also loads the magnet armature 6 via the spring cup 14 in the direction of the outlet side 3, so that the armature 6 rests against the second stop 12 by the force of the second spring 10.
  • channels 15 are formed. Through the channels 15 of the fuel to be injected can flow. Additionally or alternatively to the channels 15 and the valve needle 7 may be formed as a hollow needle.
  • FIG. 2 shows a detail of the injection valve 1. Based on FIG. 2 It is good to see that on the valve needle 7, a guide element 16, formed as a sleeve 16, inserted. An integral part of the guide member 16 is the second stop 12. The guide member 16 together with the second stop 12 is made as a one-piece rotary member. The guide element 16 extends over a guide element length 21. The magnet armature 6 extends over a magnet armature length 22. The lengths are measured parallel to the longitudinal axis 23. The guide element length 21 is substantially longer than the magnet armature length 22. As a result, the guide element 16 with its outer surface 18 completely guide the magnet armature 6. Due to the integral design of the second stop 12 on the guide element 16, a defined angle, in particular of 90 °, between the outer surface 18 and the second stop 12 is given.
  • the guide member 16 On the guide member 16 is a ring 17. At the ring 17, the first stop 11 is formed.
  • the ring 17 is L-shaped in cross section.
  • the ring 17 is connected via a first weld 19 with the guide member 16.
  • the guide element 16 in turn is connected to the valve needle 7 with a second weld 20.
  • Fig. 3 shows a detail of a second embodiment.
  • the guide member 16 is not formed as a sleeve, but as a solid body.
  • the valve needle 7 terminates below the guide element 16.
  • the guide element 16 extends the valve needle 7 along the longitudinal axis 23 at least to the ring 17.
  • the guide element 16 thus combines the guiding and stop function.
  • the embodiments can be constructed with a hollow or with a solid valve needle 7, which generally does not have to be symmetrical.
  • the guide member 16 is configured so that the serving for guiding outer surface 18 and the rectangular surface of the second stop 12 made in one setting, for example, rotated and / or ground can be.
  • the welds 19, 20 are preferably so far away from the guide and stop surface that these surfaces are not distorted by the welding process.

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Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einspritzventil zum Einspritzen eines Mediums, insbesondere zum Einspritzen von Brennstoff in einem Brennraum.
  • Der Stand der Technik zeigt Ventile zur Einspritzung von Ottokraftstoff mit einer Ventilnadel, die von einem Aktor, beispielsweise einem Elektromagneten oder Piezosteller, gegen eine Schließfeder so bewegt wird, dass eine gewünschte Kraftstoffmenge gezielt direkt in den Brennraum eingebracht wird. Im vorliegenden Fall wird ein Einspritzventil betrachtet, bei dem der Magnetanker von der Ventilnadel entkoppelt ist. Beim Öffnen des Ventils soll sich der Magnetanker schnell von dem an der Ventilnadel befindlichen unteren Anschlag lösen, den Ankerfreiweg schnell überwinden und beim Auftreffen auf den oberen Anschlag das Ventil schnell öffnen. Wird die Bestromung des Ventils beendet, schließt die Ventilnadel wieder. Der Magnetanker führt, nachdem die Ventilnadel den Ventilsitz wieder verschließt, seine Bewegung fort, bis er auf den unteren Anschlag trifft. Vom unteren Anschlag prellt der Magnetanker gegebenenfalls ein- oder mehrmals ab, bis er seine Ruheposition wieder erreicht. Die Zeit, bis der Magnetanker wieder in die Ruheposition zurückgestellt wird, ist entscheidend für die Fähigkeit des Ventils, schnell aufeinanderfolgende Einspritzungen mit hoher Genauigkeit abzusetzen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Einspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht eine sehr schnelle Rückstellung des Magnetankers nach dem Schließen des Ventils durch eine verbesserte Dämpfung. Dadurch kann das Einspritzventil kurz nacheinander sehr präzise einspritzen. Der Ankerfreiweg ist dabei nach wie vor einstellbar. Das Schaltverhalten und die Mengenzumessung des Einspritzventils wird vereinheitlicht und die Istwerte weichen somit möglichst wenig vom Sollwert ab. Die Kosten zur Herstellung der Ventilnadel können reduziert werden, da der Magnetanker erfindungsgemäß nicht mehr auf der Ventilnadel, sondern auf dem Führungselement geführt wird. Die Ventilnadel muss deshalb nicht mehr feinstbearbeitet werden. Es entfällt beispielsweise ein Schleifen der Ventilnadel bzw. es kann ein gerollter oder gezogener Nadelstift ohne weitere Nachbearbeitung verwendet werden. All diese Vorteile werden erreicht durch das erfindungsgemäße Einspritzventil, welches insbesondere bei Ottomotoren zur Kanal- oder Direkteinspritzung von Kraftstoff genutzt wird. Das Einspritzventil umfasst ein Gehäuse mit zumindest einer Spritzöffnung an einer Auslassseite, eine Magnetspule und einen durch die Magnetspule linear beweglichen Magnetanker. Des Weiteren ist eine linearbewegliche Ventilnadel zum Öffnen und Schließen der Spritzöffnung vorgesehen. Der Magnetanker ist zwischen einem ersten Anschlag und einem zweiten Anschlag koaxial zur Ventilnadel linear beweglich. Erfindungsgemäß ist die Ventilnadel fest mit dem Führungselement verbunden. Die Außenfläche des Führungselements dient dabei als Führung für die Linearbewegegung des Magnetankers. Gleichzeitig ist der zweite Anschlag ein integraler Bestandteil des Führungselements. Somit ist die Führung des Magnetankers einstückig mit dem zweiten Anschlag ausgebildet. Der erste Anschlag ist auf der auslassabgewandten Seite des Magnetankers und kann somit als oberer Anschlag bezeichnet werden. Der zweite Anschlag ist auf der auslasszugewandten Seite des Magnetankers und kann somit als unterer Anschlag bezeichnet werden. Zwischen dem Magnetanker und dem zweiten Anschlag ist üblicherweise ein Quetschspalt definiert. In diesem Quetschspalt befindet sich das einzuspritzende Medium, so dass der Quetschspalt beim Schließen des Einspritzventils die Bewegung des Magnetankers dämpft und den Magnetanker schnell in seine Ruheposition zurückstellt. Die Wirksamkeit des Quetschspaltes hängt von der minimalen Spalthöhe des Quetschspaltes ab. Bei vorbekannten Einspritzventilen ist der zweite Anschlag an einer Anschlaghülse ausgebildet. Die Anschlaghülse wiederum ist auf der Ventilnadel verschweißt. Bei diesem Verschweißen erfolgt ein Verkippen der Anschlaghülse und somit auch des zweiten Anschlags gegenüber der Ventilnadel, wodurch die Spalthöhe des Quetschspaltes ungünstig verändert wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, dass das Führungselement, an dem der zweite Anschlag ausgebildet ist, gleichzeitig zur Führung des Magnetankers verwendet wird. Infolgedessen ist ein vorbestimmter Winkel zwischen dem zweiten Anschlag und der Führungsfläche des Magnetankers fest vorgegeben und bleibt auch bei dem Schweißvorgang unverändert.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Das Führungselement ist bevorzugt als eine auf die Ventilnadel aufgesteckte Hülse ausgebildet ist. Alternativ verlängert das Führungselement als massiver Körper die Ventilnadel in Längsrichtung.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der erste Anschlag an einem Ring ausgebildet. Dieser Ring ist auf das Führungselement aufgesteckt. Insbesondere wird der Ring mit dem Führungselement verschweißt. Der Abstand zwischen den beiden Anschlägen abzüglich der Höhe des Magnetankers definiert den Ankerfreiweg. Dieser wird durch positionieren des Rings auf dem Führungselement eingestellt.
  • Der Ring ist bevorzugt im Querschnitt L-förmig ausgestaltet. Die Verschweißung zwischen Ring und Führungselement erfolgt vorzugsweise auf der auslassabgewandten Seite des ersten Anschlags.
  • Das Führungselement wird bevorzugt mit der Ventilnadel verschweißt. Die Schweißnaht wird dabei vorzugsweise lediglich auf der der auslasszugewandten Seite des zweiten Anschlags gesetzt.
  • Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das Führungselement gemeinsam mit dem zweiten Anschlag als einstückiges Dreh- oder Frästeil gefertigt ist.
  • Vorzugsweise steht der zweite Anschlag rechtwinklig vom Führungselement ab.
  • Das Führungselement weist insbesondere eine zylindrische Außenfläche auf, auf der der Magnetanker geführt ist.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
    • Figur 1
    ein erfindungsgemäßes Einspritzventil gemäß allen Ausführungsbeispielen,
    Figur 2
    ein Detail des erfindungsgemäßen Einspritzventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
    Figur
    ein Detail des erfindungsgemäßen Einspritzventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • Im Folgenden wird anhand der Figuren 1 und 2 ein Einspritzventil 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel im Detail erläutert. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind in allen Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Das Einspritzventil 1 umfasst ein Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 ist in Figur 1 lediglich teilweise und schematisch dargestellt. An einer Auslassseite 3 des Einspritzventils 1 ist zumindest eine Spritzöffnung 4 im Gehäuse 2 ausgebildet. Des Weiteren trägt das Gehäuse 2 eine Magnetspule 5.
  • Das Einspritzventil 1 umfasst ferner einen Magnetanker 6 und eine Ventilnadel 7 mit einer Kugel 8.
  • Der Magnetanker 6 ist entlang einer Längsachse 23 zwischen einem ersten Anschlag 11 und einem zweiten Anschlag 12 linear beweglich. Der Abstand zwischen den beiden Anschlägen 11, 12 definiert einen Ankerfreiweg 13. Eine erste Feder 9 belastet die Ventilnadel 7 in Richtung der Auslassseite 3. Eine zweite Feder 12 ist über einen Federtopf 14 an dem Magnetanker 6 angebunden. Die zweite Feder 10 belastet den Magnetanker 6 über den Federtopf 14 ebenfalls in Richtung der Auslassseite 3, so dass der Magnetanker 6 durch die Kraft der zweiten Feder 10 am zweiten Anschlag 12 anliegt.
  • Im Magnetanker 6 sind Kanäle 15 ausgebildet. Durch die Kanäle 15 kann der einzuspritzende Brennstoff fließen. Zusätzlich oder alternativ zu den Kanälen 15 kann auch die Ventilnadel 7 als Hohlnadel ausgebildet sein.
  • Figur 2 zeigt einen Detailausschnitt des Einspritzventils 1. Anhand von Figur 2 ist gut zu sehen, dass auf der Ventilnadel 7 ein Führungselement 16, ausgebildet als Hülse 16, steckt. Integraler Bestandteil des Führungselements 16 ist der zweite Anschlag 12. Das Führungselement 16 samt dem zweiten Anschlag 12 ist als ein einstückiges Drehteil gefertigt. Das Führungselement 16 erstreckt sich über eine Führungselementlänge 21. Der Magnetanker 6 erstreckt sich über eine Magnetankerlänge 22. Die Längen werden dabei parallel zur Längsachse 23 gemessen. Die Führungselementlänge 21 ist wesentlich länger als die Magnetankerlänge 22. Dadurch kann das Führungselement 16 mit seiner Außenfläche 18 den Magnetanker 6 vollständig führen. Durch die integrale Ausbildung des zweiten Anschlags 12 am Führungselement 16 ist ein definierter Winkel, insbesondere von 90°, zwischen der Außenfläche 18 und dem zweiten Anschlag 12 gegeben.
  • Auf dem Führungselement 16 steckt ein Ring 17. An dem Ring 17 ist der erste Anschlag 11 ausgebildet. Der Ring 17 ist im Querschnitt L-förmig. Der Ring 17 ist über eine erste Schweißnaht 19 mit dem Führungselement 16 verbunden. Das Führungselement 16 wiederum ist mit einer zweiten Schweißnaht 20 mit der Ventilnadel 7 verbunden.
  • Fig. 3 zeigt ein Detail eines zweiten Ausführungsbeispiels. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist das Führungselement 16 nicht als Hülse, sondern als massiver Körper ausgebildet. Die Ventilnadel 7 endet unterhalb des Führungselements 16. Das Führungselement 16 verlängert die Ventilnadel 7 entlang der Längsachse 23 zumindest bis zum Ring 17.
  • Das erfindungsgemäße Führungselement 16 beider Ausführungsbeispiele vereint somit die Führungs- und Anschlagsfunktion. Die Ausführungsbeispiele können mit einer hohlen oder mit einer massiven Ventilnadel 7 gebaut werden, die im allgemeinen nicht symmetrisch sein muss. Der Ring 17 über die erste Schweißnaht 19 mit der Hülse 16 verbunden, wobei hier über verschieben des Rings 17 der gewünschte Ankerfreiweg 13 kostengünstig einstellbar ist.
  • Vorzugsweise wird das Führungselement 16 so ausgestaltet, dass die zur Führung dienende Außenfläche 18 und die dazu rechtwinklige Fläche des zweiten Anschlags 12 in einer Aufspannung gefertigt, beispielsweise gedreht und/oder geschliffen, werden können. Die Schweißnähte 19, 20 sind vorzugsweise so weit von der Führungs- und Anschlagsfläche entfernt, dass diese Flächen nicht durch den Schweißprozess verzogen werden.

Claims (10)

  1. Einspritzventil (1) zum Einspritzen eines Mediums, insbesondere zum Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum, umfassend:
    - ein Gehäuse (2) mit zumindest einer Spritzöffnung (4) an einer Auslassseite (3),
    - eine Magnetspule (5),
    - einen durch die Magnetspule (5) linearbeweglichen Magnetanker (6),
    - eine linearbewegliche Ventilnadel (7) zum Öffnen und Schließen der Spritzöffnung (4),
    - einen ersten Anschlag (11) auf einer auslassabgewandten Seite des Magnetankers (6) und einen zweiten Anschlag (12) auf einer auslasszugewandten Seite des Magnetankers (6), wobei der Magnetanker (6) zwischen dem ersten Anschlag (11) und dem zweiten Anschlag (12) gegenüber der Ventilnadel (7) linearbeweglich ist, und
    - eine an die Ventilnadel (7) gefügtes Führungselement (16), wobei eine Außenfläche (18) des Führungselementes (16) als Führung für die Linearbewegung des Magnetankers (6) dient, und wobei der zweite Anschlag (12) integraler Bestandteil des Führungselementes (16) ist.
  2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschlag (11) an einem Ring (17) ausgebildet ist, wobei der Ring (17) auf dem Führungselement (16) aufgesteckt ist.
  3. Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (17) mit dem Führungselement (16) verschweißt ist.
  4. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (17) im Querschnitt L-förmig ist.
  5. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (17) lediglich auf der auslassabgewandten Seite des ersten Anschlags (11) mit dem Führungselement (16) verschweißt ist.
  6. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (16) mit der Ventilnadel (7) verschweißt ist.
  7. Einspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (16) lediglich auf der auslasszugewandten Seite des zweiten Anschlags (12) mit der Ventilnadel (7) verschweißt ist.
  8. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (16) gemeinsam mit dem zweiten Anschlag (12) als ein einstückiges Dreh- oder Frästeil gefertigt ist.
  9. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschlag (12) rechtwinklig von dem Führungselement (16) absteht.
  10. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (15) als eine auf die Ventilnadel (7) aufgesteckte Hülse ausgebildet ist, oder dass das Führungselement (15) als ein die Ventilnadel (7) verlängerndes Element ausgebildet ist.
EP13739435.9A 2012-09-06 2013-07-22 Einspritzventil Not-in-force EP2893182B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012215779.4A DE102012215779A1 (de) 2012-09-06 2012-09-06 Einspritzventil
PCT/EP2013/065372 WO2014037142A1 (de) 2012-09-06 2013-07-22 Einspritzventil

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP2893182A1 EP2893182A1 (de) 2015-07-15
EP2893182B1 true EP2893182B1 (de) 2016-09-14

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP13739435.9A Not-in-force EP2893182B1 (de) 2012-09-06 2013-07-22 Einspritzventil

Country Status (6)

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US (1) US9518542B2 (de)
EP (1) EP2893182B1 (de)
JP (1) JP6111334B2 (de)
KR (1) KR102116698B1 (de)
DE (1) DE102012215779A1 (de)
WO (1) WO2014037142A1 (de)

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