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WO2004051073A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil Download PDF

Info

Publication number
WO2004051073A1
WO2004051073A1 PCT/DE2003/002656 DE0302656W WO2004051073A1 WO 2004051073 A1 WO2004051073 A1 WO 2004051073A1 DE 0302656 W DE0302656 W DE 0302656W WO 2004051073 A1 WO2004051073 A1 WO 2004051073A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
armature
stop
recess
fuel injection
valve
Prior art date
Application number
PCT/DE2003/002656
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang-Manfred Ruehle
Matthias Boee
Norbert Keim
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to EP03812123A priority Critical patent/EP1576278A1/de
Priority to JP2004555986A priority patent/JP2006509141A/ja
Priority to US10/537,016 priority patent/US20060163390A1/en
Publication of WO2004051073A1 publication Critical patent/WO2004051073A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F02M51/0625—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
    • F02M51/0664—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding
    • F02M51/0685—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding the armature and the valve being allowed to move relatively to each other or not being attached to each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/30—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped
    • F02M2200/304—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped using hydraulic means

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
  • a fuel injector is known from DE 101 089 974 AI, in which a magnet armature engages a valve needle having a valve closing body at its spray-side end, which cooperates with a valve seat surface to form a sealing seat, the magnet armature being movable on the valve needle between one first stop of a first stop body and a second stop formed on a second stop body with a play which corresponds to the width of a gap.
  • the intermediate ring which is made of an elastomer, for example, acts as a damper against armature bumps when the fuel injector closes, which is caused by the magnet armature lagging the valve needle during the closing process, and to shorten the vibration process thereby excited. It also acts as a damping element against the bouncing processes that occur when opening, which causes the valve needle lagging the magnet armature when the second stop body impacts the magnet armature.
  • the intermediate ring also serves to reduce the distance that the valve needle travels in the armature after reaching the upper armature stop.
  • a disadvantage of the fuel injector described above is, in particular, that the intermediate ring, which is made of, for example, an elastomer, can only insufficiently dampen the impact between the magnet armature and the stop body, in particular with a very high actuation frequency or very short opening times.
  • the intermediate ring which is made of, for example, an elastomer
  • the vibration processes that have not yet subsided have an inadmissible influence on the switching processes and can lead to uncontrollable changes in the actuation times, whereby different actuation times can disadvantageously occur between two consecutive actuations.
  • Another disadvantage arises from the fluctuating damping properties of the elastic intermediate ring. The minimum possible distance between two successive injection processes or the minimum possible opening time of the fuel injector thus increases.
  • a further disadvantage is that the intermediate ring is an additional component and complicates the production of the fuel injector.
  • the fuel injector according to the invention has the advantage that the hydraulic damping measures between the armature and valve needle or the armature and the armature stops decay the vibrations faster and the necessary paths can be kept shorter.
  • the fuel injection quantity per injection process which is reproducibly minimally possible, can be further reduced, the scatter of the injection quantity between the injection processes and between fuel injection valves of the same type being also reduced.
  • the switching interval between two injections can thereby be significantly reduced, for example from 2 ms to less than 1 ms.
  • the pressure medium via which the first stop with the armature is hydraulic interacts, fuel or fuel used, especially diesel or gasoline. This eliminates the need for a special pressure medium and simplifies the manufacture of the fuel injector.
  • the second stop is firmly connected to the valve needle or a shim. This allows the play required for the axial movement of the armature to be set precisely, simply and permanently easily.
  • the first stop has a first recess on its side facing the armature and / or the armature has a second recess on its side facing the first stop.
  • the manufacture of the recesses is simplified, for example, since it can be produced in particular by a simple bore.
  • first and / or second recesses are arranged in the first stop or in the anchor.
  • the hydraulic effectiveness in particular can be easily controlled.
  • the arrangement and the extent of the recesses can be more easily adapted to the spatial and hydraulic conditions.
  • the first stop engages in the second recess arranged in the armature and / or the armature the first recess arranged in the first stop. This makes it easier to adjust the hydraulic interaction between the anchor and the first stop.
  • the chamber is partially delimited by the valve needle, since this in particular simplifies the manufacture of the chamber.
  • first and / or the second recess is also circular or ring-shaped, they can be produced particularly advantageously in a simple, accurate and cost-effective manner.
  • FIG. 2 shows an enlarged, schematically illustrated section through a first exemplary embodiment according to the invention of fuel injector 1 in the region of armature 20,
  • Fig. 3 shows an enlarged cal atic section through a second invention Embodiment of the fuel injector 1 in the area of the armature 20 and
  • Fig. 4 is an enlarged schematic section through a third inventive
  • Embodiment of fuel injector 1 in the area of armature 20 Embodiment of fuel injector 1 in the area of armature 20.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of the invention is described below by way of example. Matching components are provided with matching reference numerals in all figures. Before, however, exemplary embodiments of the invention are described with reference to FIGS. 2 to 4, a better understanding of the measures according to the invention is first made with reference to FIG. 1 a generic
  • a fuel injector 1 shown in FIG. 1 is designed in the form of a high-pressure fuel injector 1 for fuel injection systems of mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engines.
  • the fuel injection valve 1 is particularly suitable for injecting fuel directly into a combustion chamber (not shown) of an internal combustion engine.
  • the fuel injection valve 1 consists of a nozzle body 2, in which a valve needle 3 is arranged.
  • the valve needle 3 is operatively connected to a valve closing body 4, which cooperates with a valve seat surface 6 arranged on a valve seat body 5 to form a sealing seat.
  • the fuel injection valve 1 is a fuel injection valve 1 that opens inwards and has a spray opening 7.
  • the nozzle body 2 is sealed by a seal 8 against an outer pole 9 of a solenoid 10.
  • the magnet coil 10 is in a coil housing 11 encapsulated and wound on a coil support 12 which bears against an inner pole 13 of the magnet coil 10.
  • the inner pole 13 and the outer pole 9 are separated from one another by a constriction 26 and connected to one another by a non-ferromagnetic connecting component 29.
  • the magnet coil 10 is excited via a line 19 by an electrical current that can be supplied via an electrical plug contact 17.
  • the plug contact 17 is surrounded by a plastic sheath 18, which can be molded onto the inner pole 13.
  • valve needle 3 is guided in a valve needle guide 14, which is disc-shaped.
  • a paired adjusting washer 15 is used for stroke adjustment.
  • the armature 20 is located on the other side of the adjusting washer 15. This armature is non-positively connected via a first stop 21 to the valve needle 3, which is connected to the first stop by a first joint connection 22 in the form of a weld seam 21 is connected.
  • a restoring spring 23 is supported on the first stop 21, which in the present design of the fuel injector 1 is preloaded by a sleeve 24.
  • Fuel channels 30, 31 and 32 run in the valve needle guide 14, in the armature 20 and on a guide element 36.
  • the fuel is supplied via a central fuel supply 16 and filtered by a filter element 25.
  • the fuel injector 1 is sealed by a seal 28 against a fuel rail, not shown, and by a further seal 37, against a cylinder head, not shown.
  • a gap 33 is provided between the armature 20 and a second stop 34, which gap can accommodate an annular damping element (not shown) made of elastomer material.
  • the armature 20 is guided on the valve needle 3 so as to be axially movable between the second stop 34 and the first stop 21.
  • the second stop 34 is in this embodiment of a generic fuel injector 1 is connected to the valve needle 3 via a second joint 35 in the form of a weld.
  • the armature 20 In the idle state of the fuel injection valve 1, the armature 20 is acted upon by the return spring 23 against its stroke direction in such a way that the valve closing body 4 is held in sealing contact with the valve seat surface 6.
  • the gap 33 is closed, i. H. the armature 20 and the second stop 34 touch each other unless there is an annular damping element in the intermediate layer.
  • an anchor free path 44 shown in greater detail in FIGS.
  • the magnetic coil 10 When the magnetic coil 10 is excited, it builds up a magnetic field which moves the armature 20 against the spring force of the return spring 23 in the stroke direction, the stroke being predetermined by a working gap 27 which is in the rest position between the inner pole 12 and the armature 20.
  • a spring element 38 shown in FIGS. 2 to 4 which engages the first stop 21 and is supported on the armature 20, is further tensioned, which in the rest position presses the armature 20 against the second stop 34 with a prestress and thereby presses against the first stop 21 trained shoulder 40
  • the return spring 23 is also supported on the shoulder 40, the shoulder 40 being arranged on the side of the stop 21 facing away from the armature 20.
  • the spring element 38 shown in FIGS. 2 to 4 is also referred to as an AFW spring or an anchor free travel spring.
  • the armature 20 takes the first stop 21, which is welded to the valve needle 3, after passing through the armature free path 44 shown in FIGS. 2 to 4, likewise in the stroke direction.
  • the valve closing body 4 connected to the valve needle 3 lifts off from the valve seat surface 6, and the fuel passed through the fuel channels 30 to 32 is sprayed off through the spray opening 7.
  • the armature 20 of the magnetic field falls sufficiently decayed by the pressure of the return spring 23 from internal pole 13, whereby the standing with the valve needle 3 2 1 first stopper moves against the stroke direction.
  • the valve needle 3 is thereby moved in the same direction, as a result of which the valve-closure member 4 is seated on the valve seat surface 6 and the fuel injector 1 is closed.
  • FIG. 2 shows an enlarged, schematically illustrated section through a first exemplary embodiment according to the invention of the fuel injector 1 shown in FIG. 1 in the area of the armature 20.
  • FIG. 2 shows the fuel injector 1 in the idle state with the sealing seat closed. 2 clearly shows the spring element 38, which in the illustrated state presses the armature 20 against the second stop 34, which in this exemplary embodiment is connected to the adjusting disk 15, for example.
  • the anchor free path 44 is maximally formed in this state.
  • the first stop 21 engages in a step-shaped second recess 41 arranged on the armature 20, which is partially delimited by the valve needle 3.
  • a chamber 42 is formed at the spray-side end of the second recess 41.
  • a throttle point 43 is formed between the chamber 42 and the side of the armature 20, around which fuel flows around, and which in this exemplary embodiment runs parallel to the longitudinal axis of the valve needle 3 between the armature 20 and the part of the first stop 21 which engages in the recess 41.
  • the width and thus part of the hydraulic effect of the throttle point 43 is determined in particular by the inside diameter of the second recess 41 and the outside diameter of the first stop 21 engaging in the second recess 41. •. The way it works is as follows:
  • the armature 20 5 is moved in the stroke direction, for example by electromagnetic forces, to open the fuel injection valve 1. Since the force of the return spring 23 is greater than that of the spring element 38, the armature 20 initially moves freely, without taking the valve needle 3 with it, in the stroke direction and builds up kinetic energy. After passing through the armature free path 44, that is to say when the end of the first stop 21 facing the armature 20 touches the armature 20 or the second recess 41, the armature 20 takes the first stop 21 and thus the valve needle 3 in the stroke direction until the armature 20 has passed the path defined by the working gap 5 27 and strikes the inner pole 13.
  • valve needle 3 Due to its own kinetic energy, however, the valve needle 3 initially moves further in the stroke direction against the force of the return spring 23, as a result of which a vacuum is created in the chamber 42, since fuel cannot flow through the throttle point 42 quickly enough. This negative pressure also counteracts the movement of the valve needle 3 in the stroke direction and 5 shortens the distance that the valve needle 3 travels after the armature 20 strikes the inner pole. This path is also known as the tunnel tunnel.
  • the kinetic energy which the valve needle 3 builds up due to the force of the return spring 23 during the movement against the stroke direction 0 is thus reduced, and thus also the risk of the armature 20 coming loose from the inner pole 13.
  • it provides for the chamber 42 through the throttle point 43 flowed fuel for a damped movement of the valve needle 3 against the stroke direction, which further reduces the risk of the armature 20 becoming detached from the inner pole 13.
  • the magnetic circuit is interrupted and the armature 20 is released from the inner pole 13. Due to the force of the return spring 23 now move the first stop 21, the valve needle 3 and the armature 20 against the stroke direction.
  • the valve needle 3 with its valve closing body 4 is seated on the valve seat surface 6.
  • the armature 20, which is axially freely movable on the valve needle 3 moves further around the armature free path 44 before it strikes the second stop 34.
  • the negative pressure building up in the chamber 42 brakes the armature 20 as it runs through the armature free path 44. This reduces the momentum which acts on the armature 20 when it hits the second stop 34.
  • the vibration process triggered by the pulse is damped by the hydraulic damping effect of the chamber 42 and the throttle point 43 and is shortened in time and its amplitude is reduced.
  • the fuel injection valve 1 can be actuated again from a vibration-free and stable state after only a short time, as a result of which precisely determinable and exactly reproducible injection quantities can be implemented even with very short actuation intervals.
  • FIG. 3 shows an enlarged, schematically illustrated section through a second exemplary embodiment according to the invention in the area of the armature 20, similar to the first exemplary embodiment from FIG. 2.
  • the first stop 21 also has on its side facing the armature 20 Page a first recess 39. Due to the enlarged chamber 42, the hydraulic properties can advantageously be easily adjusted.
  • FIG. 4 shows an enlarged, schematically illustrated section through a third exemplary embodiment according to the invention in the area of the armature 20, similar to the first exemplary embodiment from FIG. 2.
  • a first recess 39 is arranged only in the first stop 21.
  • the throttle point 43 is arranged between the end of the first stop 21 facing the armature 20 and the end of the armature 20 facing the first stop 21.
  • This The embodiment is particularly suitable for fuel injection valves 1 which have a large, radially extending space in the area of the armature 20, since the damping effect is set in particular over the length of the throttle point 43 which runs radially in this exemplary embodiment.
  • the manufacturing outlay is advantageously reduced.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments and z. B. can also be used for outward opening fuel injection valves.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Ventilnadel (3), die an ihrem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper (4) aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche (6), die an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet ist, zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und mit einer stromabwärts des Dichtsitzes vorgesehenen Abspritzöffnung (7) weist einen an der Ventilnadel (3) angreifenden Anker (20) auf. Der Anker (20) ist zwischen einem an der Ventilnadel (3) angeordneten ersten Anschlag (21) und einem zweiten Anschlag (34) axial beweglich an der Ventilnadel (3) angeordnet und ist an dem ersten Anschlag (21) über ein Druckmedium hydraulisch gedämpft.

Description

Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs .
Beispielsweise ist aus der DE 101 089 974 AI ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei welchen ein Magnetanker an einer Ventilnadel, die an ihrem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, angreift, wobei der Magnetanker beweglich auf der Ventilnadel zwischen einem ersten Anschlag eines ersten Anschlagkörpers und einem an einem zweiten Anschlagkörper ausgebildeten zweiten Anschlag mit einem Spiel, welches der Breite eines Spaltes entspricht, geführt ist. Durch den zwischen den Anschlägen und dem Magnetanker befindlichen Spalt und dem axial frei beweglichen Magnetanker wird eine Entkopplung der trägen Massen des Magnetankers einerseits und der Ventilnadel und des Ventilschließkörpers andererseits erreicht, da der Magnetanker durch die Kraftwirkung des Magnetfeldes zuerst ohne die Ventilnadel beschleunigt werden kann. Die Zu eßdyna ik des Brennstoffeinspritzventils wird dadurch verbessert. Im Ruhezustand wird der Magnetanker von einer zwischen dem ersten Anschlagkörper und dem Anker angeordneten Feder unter Zwischenlage eines Zwischenrings gegen den zweiten Anschlagkörper gedrückt . Der beispielsweise aus einem Elastomer bestehende Zwischenring wirkt als Dämpfer gegen Ankerpreller beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils , welche durch den der Ventilnadel beim Schließvorgang nacheilenden Magnetanker entstehen, sowie zur Verkürzung des dadurch angeregten SchwingungsVorgangs . Ebenso wirkt er als Dämpfungselement gegen die beim Öffnen entstehenden PrellVorgänge, die die dem Magnetanker nacheilende Ventilnadel beim Aufprall des zweiten Anschlagkörpers auf den Magnetanker verursacht. Der Zwischenring dient außerdem zur Reduzierung des Weges, welche die Ventilnadel im Magnetanker nach Erreichen des oberen Magnetankeranschlags zurücklegt. Die Zeit, welche das Brennstoffeinspritzventil benötigt um nach dem Anziehen des Magnetankers bzw. nach dem Schließen des Dichtsitzes einen stabilen und schwingungsfreien Zustand einzunehmen, von dem aus es möglich ist erneut aus einem genau bestimmbaren Zustand das Brennsto feinspritzventil zu betätigen, wird durch den Zwischenring verkürzt.
Nachteilig bei dem oben beschriebenen Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere, daß durch ..den aus beispielsweise einem Elastomer bestehenden Zwischenring eine Dämpfung des Aufpralls zwischen Magnetanker und Anschlagkörper, insbesondere bei sehr hoher Betätigungsfrequenz oder sehr kurzen Öffnungszeiten, nur unzureichend erreicht werden kann. Bei hohen Betätigungsfrequenzen ist damit eine genaue Dosierung von Brennstoff während eines Einspritzvorgangs , nicht mehr möglich, da die noch nicht abgeklungenen Schwingungsvorgänge die Schaltvorgänge unzulässig beeinflussen und zu unkontrollierbaren Veränderungen der Betätigungszeiten führen können, wobei unterschiedliche Betätigungszeiten unvorteilhaft zwischen zwei nacheinander folgenden Betätigungen auftreten können. Damit können auch die jeweiligen Einspritzmengen nicht genau bestimmt werden. Ein weiter Nachteil ergibt sich aus ' den schwankenden Dämpfungseigenschaften des elastischen Zwischenrings. Der minimal mögliche Abstand zweier aufeinander folgender Einspritzvorgänge bzw. die minimal mögliche Öffnungszeit des Brennstoffeinspritzventils erhöht sich damit.
Nachteilig ist weiterhin, daß der Zwischenring ein zusätzliches Bauteil darstellt und die Produktion des Brennstoffeinspritzventils kompliziert .
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die hydraulischen Dämpfungsmaßnahmen zwischen Magnetanker und Ventilnadel bzw. dem Magnetanker und den Ankeranschlagen die auftretenden Schwingungen schneller abklingen und die dazu notwendigen Wege kürzer gehalten werden können. Dadurch kann insbesondere die Brennstoffeinspritzmenge pro Einspritzvorgang, welche genau reproduzierbar minimal möglich ist, weiter reduziert werden, wobei die Streuung der Einspritzmenge zwischen den Einspritzvorgängen und zwischen Brennstoffeinspritzventilen gleichen Typs .. gleichfalls reduziert ist. Insbesondere kann dadurch der Schaltabstand zwischen zwei Einspritzungen deutlich reduziert werden, beispielsweise von 2 ms auf unter 1 ms.
Durch den fehlenden Zwischenring und die Entlastung der
Anschlagflächen wird der Verschleiß und die Fehleranfälligkeit deutlich reduziert. Der Herstellungsaufwand sinkt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des Brennstoffeinspritzventils möglich.
In einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils wird als Druckmedium, über welches der erste Anschlag mit dem Anker hydraulisch zusammenwirkt, Kraftstoff bzw. Brennstoff verwendet, insbesondere Diesel- oder Benzinkraftstoff. Dadurch wird auf ein besonderes Druckmedium verzichtet und die Herstellung des Brennstoffeinspritzventils vereinfacht.
In einer weiteren Weiterbildung ist der zweite Anschlag fest mit der Ventilnadel oder einer Einstellscheibe verbunden. Dadurch läßt sich das für die axiale Bewegung des Ankers nötige Spiel genau, einfach und dauerhaft leicht einstellen.
Vorteilhaft ist weiterhin, daß der erste Anschlag auf seiner dem Anker zugewandten Seite eine erste Ausnehmung aufweist und/oder der Anker auf seiner dem ersten Anschlag zugewandten Seite eine zweite Ausnehmung aufweist. Dadurch lassen sich auf einfach Weise hydraulisch wirksame Hohlräume erzeugen, welche jeweils mit dem gegenüberliegenden Bauteil zusammenwirken.
Vorteilhaft ist zudem, die Ausnehmungen ein- oder mehrstufig auszubilden, da hierdurch die hydraulische Wirksamkeit leicht eingestellt werden kann.
Wird die erste und/oder die zweite Ausnehmung in einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils durch die Ventilnadel begrenzt, so vereinfacht sich beispielsweise die Herstellung der Ausnehmungen, da sie insbesondere durch eine einfache Bohrung hergestellt werden kann.
Vorteilhaft ist weiterhin mehrere erste und/oder zweite Ausnehmungen im ersten Anschlag bzw. im Anker anzuordnen. Dadurch kann insbesondere die hydraulische Wirksamkeit leicht gesteuert werden. Zudem kann die Anordnung und die Ausdehnung der Ausnehmungen den räumlichen und hydraulischen Gegebenheiten leichter angepaßt werden.
In einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils greift der erste Anschlag in die im Anker angeordnete zweite Ausnehmung und/oder der Anker in die im ersten Anschlag angeordnete erste Ausnehmung ein. Dadurch wird die hydraulische Wechselwirkung zwischen Anker und erstem Anschlag leichter einstellbar.
In einer weiteren Weiterbildung bildet der Anker zusammen mit der ersten Ausnehmung und/oder' der erste Anschlag zusammen mit der zweiten Ausnehmung zumindest eine Kammer mit zumindest einer Drosselstelle. Dadurch kann die hydraulische Wirkung zwischen Anker und erstem Anschlag weiter verstärkt und in ihrem zeitlichen Verlauf vorteilhaft beeinflußt werden.
Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die Kammer teilweise von der Ventilnadel begrenzt wird, da dadurch insbesondere die Herstellung der Kammer vereinfacht ist.
Ist die erste und/oder die zweite Ausnehmung zudem kreis - oder ringförmig ausgebildet, so können sie insbesondere besonders vorteilhaft einfach, genau und kostengünstig hergestellt werden.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein gattungsgemäß ausgestaltetes Brennstoffeinspritzventil,
Fig. 2 einen vergrößert schematisch dargestellten Schnitt durch ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich des Ankers 20,
Fig. 3 einen vergrößert sche atisch dargestellten Schnitt durch ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich des Ankers 20 und
Fig. 4 einen vergrößert schematisch dargestellten Schnitt durch ein drittes erfindungsgemäßes
Ausführungsbeispiel des Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich des Ankers 20.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erf indung beispielhaft beschrieben . Übereinstimmende Bauteile sind dabei in allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen . Bevor anhand der Figuren 2 bis 4 j edoch Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden, wird zum besseren Verständnis der erfindungsgemäßen Maßnahmen zunächst anhand von Fig . 1 ein gattungsgemäßes
Brennstof f einspritzventil gemäß dem Stand der Technik in seinen wesentlichen Bauteilen kurz erläutert .
Ein in Fig. 1 dargestelltes Brennstoffeinspritzventils 1 ist in der Form eines Hochdruck-Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer - auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch eine Verengung 26 voneinander getrennt und miteinander durch ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.
Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. An der anderen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich der Anker 20. Dieser steht über einen ersten Anschlag 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine erste Fügeverbindung 22 in Form einer Schweißnaht mit dem ersten Anschlag 21 verbunden ist. Auf dem ersten Anschlag 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und an einem Führungseiement 36 verlaufen Brennstoffkanäle 30, 31 und 32. Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffverteilerleitung und durch eine weitere Dichtung 37 gegen einen nicht weiter dargestellten Zylinderkopf abgedichtet .
An der abspritzseitigen Seite des Ankers 20 ist zwischen dem Anker 20 und einem zweiten Anschlag 34 ein Spalt 33 vorgesehen, welcher ein nicht dargestelltes ringförmiges Dämpfungselement aus Elastomerwerkstoff aufnehmen kann. Der Anker 20 ist auf der Ventilnadel 3 axial beweglich zwischen dem zweiten Anschlag 34 und dem ersten Anschlag 21 geführt. Der zweite Anschlag 34 ist in diesem Ausführungsbeispiel eines gattungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 über eine zweite Fügeverbindung 35 in Form einer Schweißnaht mit der Ventilnadel 3 verbunden.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzflache 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Der Spalt 33 ist dabei geschlossen, d. h. der Anker 20 und der zweite Anschlag 34 berühren sich, sofern kein ringförmiges Dämpfungselement in Zwischenlage liegt. Bei geschlossenem Spalt 33 tritt zudem zwischen erstem Anschlag 21 und Anker 20 ein in den Figuren 2 und 3 näher dargestellter Ankerfreiweg 44 auf, dessen Breite in diesem Zustand der maximalen Breite des Spalts 33 entspricht. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung zwischen dem Innenpol 12 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Gleichzeitig wird ein in den Figuren 2 bis 4 dargestelltes am ersten Anschlag 21 angreifendes und sich am Anker 20 abstützendes Federelement 38 weiter gespannt, welches in Ruhelage den Anker 20 mit einer Vorspannung gegen den zweiten Anschlag 34 drückt und sich dabei an einer an dem ersten Anschlag 21 ausgebildeten Schulter 40 abstützt.
An der Schulter 40 stützt sich auch die Rückstellfeder 23 ab, wobei die Schulter 40 an der dem Anker 20 abgewandten Seite des Anschlages 21 angeordnet ist. Das in den Figuren 2 bis 4 dargestellte Federelement 38 wird auch als AFW-Feder bzw. als Ankerfreiwegfeder bezeichnet. Der Anker 20 nimmt den ersten Anschlag 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, nach Durchlauf des in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Ankerfreiwegs 44, ebenfalls in Hubrichtung mit . Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfl che 6 ab, und der über die Brennstoffkanäle 30 bis 32 geführte Brennstoff wird durch die Abspritzöffnung 7 abgespritzt. Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende erste Anschlag 21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.
Fig. 2 zeigt einen vergrößert schematisch dargestellten Schnitt durch ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des in Fig. 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich des Ankers 20. Die Fig. 2 zeigt das Brennstoffeinspritzventil 1 in Ruhezustand bei geschlossenem Dichtsitz. Deutlich sichtbar ist in dieser Fig. 2 das Federelement 38, welches im abgebildeten Zustand den Anker 20 gegen den zweiten Anschlag 34 drückt, der in diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise mit der Einstellscheibe 15 verbunden ist. Der Ankerfreiweg 44 ist in diesem Zustand maximal ausgebildet. Der erste Anschlag 21 greift in eine am Anker 20 angeordnete stufenförmige zweite Ausnehmung 41 ein, welche teilweise durch die Ventilnadel 3 begrenzt ist.
Durch den Eingriff des ersten Anschlags 21 in die zweite Ausnehmung 41 wird am abspritzseitigen Ende der zweiten Ausnehmung 41 eine Kammer 42 gebildet. Zwischen der Kammer 42 und der mit Brennstoff umströmten abspritzfernen Seite des Ankers 20 wird gleichzeitig eine Drosselstelle 43 gebildet, welche in diesem Ausführungsbeispiel parallel zur Längsachse der Ventilnadel 3 zwischen dem Anker 20 und dem in die Ausnehmung 41 eingreifenden Teil des ersten Anschlags 21 verläuft. Die Breite und damit ein Teil der hydraulischen Wirkung der Drosselstelle 43 wird insbesondere durch den Innendurchmesser der zweiten Ausnehmung 41 sowie den Außendurchmesser des in die zweite Ausnehmung 41 eingreifenden ersten Anschlags 21 bestimmt. • . Die Funktionsweise ist wie folgend:
Ausgehend von dem in Fig.2 dargestellten Ruhezustand wird zur Öffnung des Brennstoffeinspritzventils 1 der Anker 20 5 beispielsweise durch elektro-magnetische Kräfte in Hubrichtung bewegt. Da die Kraftwirkung der Rückstellfeder 23 größer ist als die des Federelements 38, bewegt sich der Anker 20 zunächst frei, ohne die Ventilnadel 3 mitzunehmen, in Hubrichtung und baut kinetische Energie auf. Nach 0 Durchlaufen des Ankerfreiwegs 44, also bei Berührung des dem Anker 20 zugewandten Endes des ersten Anschlags 21 mit dem Anker 20 bzw. der zweiten Ausnehmung 41, nimmt der Anker 20 den ersten Anschlag 21 und damit die Ventilnadel 3 in Hubrichtung mit bis der Anker 20 den durch den Arbeitsspalt 5 27 vorgegebenen Weg durchlaufen hat und am Innenpol 13 anschlägt .
Die Ventilnadel 3 jedoch bewegt sich aufgrund der ihr eigenen kinetischen Energie zunächst entgegen der 0 Kraftwirkung der Rückstellfeder 23 weiter in Hubrichtung, wodurch in der Kammer 42 ein Unterdruck entsteht, da durch die Drosselstelle 42 nicht schnell genug Brennstoff nachströmen kann. Dieser Unterdruck wirkt der Bewegung der Ventilnadel 3 in Hubrichtung zusätzlich entgegen und 5 verkürzt dadurch den Weg, den die Ventilnadel 3 zurücklegt, nachdem der Anker 20 am Innenpol aufschlägt. Dieser Weg wird auch als Durchtunnelweg bezeichnet. Die kinetische Energie, welche die Ventilnadel 3 durch die Kraftwirkung der Rückstellfeder 23 bei der Bewegung entgegen der Hubrichtung 0 aufbaut, ist damit reduziert und damit auch die Gefahr eines Ablösens der Ankers 20 vom Innenpol 13. Zusätzlich sorgt der in die Kammer 42 durch die Drosselstelle 43 geströmte Brennstoff für eine gedämpfte Bewegung der Ventilnadel 3 entgegen der Hubrichtung, wodurch sich die Gefahr des 5 Ablösens des Ankers 20 vom Innenpol 13 weiter vermindert.
Zum Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der magnetische Kreis unterbrochen, und der Anker 20 löst sich vom Innenpol 13. Durch die Kraftwirkung der Rückstellfeder 23 bewegen sich nun der erste Anschlag 21, die Ventilnadel 3 und der Anker 20 entgegen der Hubrichtung. Zunächst setzt die Ventilnadel 3 mit ihrem Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 auf. Der an der Ventilnadel 3 axial frei bewegliche Anker 20 bewegt sich um den Ankerfreiweg 44 weiter, bevor er auf dem zweiten Anschlag 34 anschlägt. Der sich in der Kammer 42 dabei aufbauende Unterdruck bremst den Anker 20 ab, während er den Ankerfreiweg 44 durcheilt. Dadurch wird der auf den Anker 20 beim Auftreffen auf den zweiten Anschlag 34 rückwirkende Impuls vermindert. Zusätzlich wird der durch den Impuls ausgelöste SchwingungsVorgang durch die hydraulische Dämpfungswirkung der Kammer 42 und der Drosselstelle 43 bedämpft und wird zeitlich verkürzt sowie in seiner Amplitude vermindert. Dadurch kann das Brennstoffeinspritzventil 1 nach nur kurzer Zeit aus einem schwingungsfreien und stabilen Zustand erneut betätigt werden, wodurch genau bestimmbare und genau reproduzierbare Einspritzmengen auch bei sehr kurzen Betätigungsabständen realisierbar sind.
Fig. 3 zeigt einen vergrößert schematisch dargestellten Schnitt durch ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel im Bereich des Ankers 20, ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 2. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 2 weist auch der erste Anschlag 21 an seiner dem Anker 20 zugewandten Seite eine erste Ausnehmung 39 auf. Durch die dadurch vergrößerte Kammer 42 lassen sich die hydraulischen Eigenschaften vorteilhaft leicht einstellen.
Fig. 4 zeigt einen vergrößert schematisch dargestellten Schnitt durch ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel im Bereich des Ankers 20, ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 2. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist nur im ersten Anschlag 21 eine erste Ausnehmung 39 angeordnet. Die Drosselstelle 43 ist zwischen dem dem Anker 20 zugewandten Ende des ersten Anschlags 21 und dem dem ersten Anschlag 21 zugewandten Ende des Ankers 20 angeordnet. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für Brennstoffeinspritzventile 1, die im Bereich des Ankers 20 über ein großes sich radial erstreckendes Raumangebot verfügen, da die Dämpfungswirkung insbesondere über die Länge der in diesem Ausführungsbeispiel radial verlaufenden Drosselstelle 43 eingestellt ist. Der fertigungstechnische Aufwand ist vorteilhaft reduziert.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und z. B. auch für nach außen öffnende Brennstoffeinspritzventile verwendbar.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Ventilnadel (3), die an ihrem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper (4) aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche (6), die an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet ist, zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wenigstens einer stromabwärts des Dichtsitzes vorgesehenen Abspritzöffnung (7) und einem an der Ventilnadel (3) angreifenden Anker (20) , wobei der Anker (20) zwischen einem an der Ventilnadel (3) angeordneten ersten Anschlag (21) und einem zweiten Anschlag (34) axial beweglich an der Ventilnadel (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (20) an dem ersten Anschlag (21) über ein Druckmedium hydraulisch gedämpft ist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß das Druckmedium Brennstoff, insbesondere Benzin- oder Dieselkraftstoff ist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Anschlag (34) fest mit der Ventilnadel (3) oder einer Einstellscheibe (15) oder gehäusefest verbunden ist .
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschlag (21) auf seiner dem Anker (20) zugewandten Seite eine erste Ausnehmung (39) aufweist und/oder der Anker (20) auf seiner dem ersten Anschlag (21) zugewandten Seite eine zweite Ausnehmung (41) aufweist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ausnehmung (39) und/oder die zweite Ausnehmung (41) ein- oder mehrstufig ausgebildet sind.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ausnehmung (39) und/oder die zweite Ausnehmung (41) teilweise von der Ventilnadel (3) begrenzt sind.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschlag (21) mehrere erste Ausnehmungen (39) und/oder der Anker (20) mehrere zweite Ausnehmungen (41) aufweist .
8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschlag (21) in die im Anker (20) angeordnete zweite Ausnehmung (41) eingreift und/oder der Anker (20) in die im ersten Anschlag (21) angeordnete erste Ausnehmung (39) eingreift.
9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, das der Anker (20) zusammen mit der ersten Ausnehmung (39) und/oder der erste Anschlag (21) zusammen mit der zweiten Ausnehmung (41) zumindest eine Kammer (42) mit zumindest einer Drosselstelle (43) bildet.
10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (42) teilweise von der Ventilnadel (3) begrenzt ist .
11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ausnehmung (39) und/oder die zweite Ausnehmung (41) kreis- bzw. ringförmig ausgebildet sind.
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