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EP1399669B1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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Info

Publication number
EP1399669B1
EP1399669B1 EP02735017A EP02735017A EP1399669B1 EP 1399669 B1 EP1399669 B1 EP 1399669B1 EP 02735017 A EP02735017 A EP 02735017A EP 02735017 A EP02735017 A EP 02735017A EP 1399669 B1 EP1399669 B1 EP 1399669B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
opening
valve seat
valve
fuel injection
perforated disc
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP02735017A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1399669A1 (de
Inventor
Martin Maier
Guenter Dantes
Detlef Nowak
Joerg Heyse
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
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
Publication of EP1399669A1 publication Critical patent/EP1399669A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1399669B1 publication Critical patent/EP1399669B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/04Injectors peculiar thereto
    • F02M69/042Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit
    • F02M69/045Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit for injecting into the combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/08Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle specially for low-pressure fuel-injection
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/162Means to impart a whirling motion to fuel upstream or near discharging orifices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/162Means to impart a whirling motion to fuel upstream or near discharging orifices
    • F02M61/163Means being injection-valves with helically or spirally shaped grooves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1853Orifice plates

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve according to the preamble of claim 1.
  • an electromagnetically operable fuel injection valve in which a plurality of disc-shaped elements are arranged in the seating area.
  • a swirl element Upstream of the valve seat plate, a swirl element is arranged, which sets the fuel flowing to the valve seat in a circular rotational movement.
  • a stopper plate limits the axial travel of the valve plate on the opposite side of the valve seat plate. The valve plate is surrounded by the swirl element with great play; a certain leadership of the valve plate thus takes over the swirl element.
  • a plurality of tangential grooves are introduced at its lower end side, which extend from the outer circumference, starting in a central swirl chamber.
  • the grooves are present as swirl channels.
  • the in the Valve seat plate introduced injection port is over its length and diameter before the Abspritzgeometrie and must therefore be incorporated very accurately.
  • EP-A-0 350 885 A2 discloses a fuel injection valve in which a valve seat body is provided, wherein a valve closing body arranged on an axially movable valve needle cooperates with a valve seat surface of the valve seat body. Upstream of the valve seat surface a swirl element is arranged in a recess of the valve seat body, which sets the fuel flowing to the valve seat in a circular rotational movement.
  • a stop plate limits the axial travel of the valve needle, the stop plate has a central opening, which serves a certain leadership of the valve needle.
  • the swirl element a plurality of tangential grooves are introduced at its lower end side, which extend from the outer circumference, starting in a central swirl chamber.
  • the grooves are present as swirl channels.
  • the size of the injection opening formed in the valve seat body determines the discharge geometry, which is why this injection opening also has to be formed very precisely.
  • a fuel injection valve for fuel injection systems of internal combustion engines for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine comprising an actuator and a movable valve member which cooperates to open and close the valve with a fixed valve seat, the a valve seat member is formed. Upstream of the valve seat, swirl grooves are provided on a valve needle. Downstream of the valve seat, an outlet opening is formed in the valve seat element, wherein the outlet opening opens directly into exactly one aligned opening of a perforated disk fastened to the valve seat element.
  • This provided in the perforated disc opening has an oval, elliptical or rectangular cross-section, wherein the opening width of the outlet opening is greater than the opening width of the opening at its narrowest point.
  • the fuel injection valve according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it is inexpensive to produce in a particularly simple manner. It is advantageous to fasten the perforated disc provided on the valve seat element very simply and reliably.
  • the perforated discs can be produced very easily in large numbers with simple, yet very different opening structures exactly reproducible.
  • the perforated discs are very easy to handle in the production and fine machining components. Since, according to the invention, the flow-determining opening cross-section with an orifice function is introduced into the perforated disks, no high demands are placed on the dimensional accuracy at the outlet opening of the valve seat element downstream of the valve seat surface. Thus, the valve seat member during its manufacture and processing is much easier to handle.
  • the static flow rate of the valve is adjustable with the very easy to produce, manageable and mountable perforated disc, which acts as a flow restrictor.
  • the perforated disc with a stepped or otherwise cross-section changed opening is particularly advantageous.
  • the narrowest section of the opening lays thereby then the static flow rate, while the remaining length of the opening in an ideal manner, the spray angle of the sprayed fuel can be influenced.
  • the perforated disc is produced, for example, by means of galvanic metal deposition, arbitrary opening cross-sections can be introduced in the simplest way, whereby the beam shaping can be made very variable.
  • the spray angle and the beam shape can be very easily adjusted with the exact opening contour of the perforated disc.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a fuel injection valve
  • Figure 2 shows a second example of a fuel injection valve, wherein only the downstream end of the valve is shown
  • Figure 3 shows a third example of a fuel injection valve in the same view as Figure 2.
  • the fuel injection valve is particularly suitable as a high-pressure injection valve for direct injection of fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • An example of a stepped coil bobbin 3 plastic absorbs a winding of the solenoid 1 and allows in conjunction with the core 2 and an annular, non-magnetic, partially surrounded by the magnetic coil 1 intermediate part 4 with an L-shaped cross-section a particularly compact and short construction of the injector in the region of the magnetic coil 1.
  • a continuous longitudinal opening 7 is provided, which extends along a valve longitudinal axis 8.
  • the core 2 of the magnetic circuit also serves as a fuel inlet port, wherein the longitudinal opening 7 is a fuel supply channel.
  • an outer metal (eg ferritic) housing part 14 Fixedly connected to the core 2 above the magnetic coil 1 is an outer metal (eg ferritic) housing part 14, which closes the magnetic circuit as outer pole or outer conductive element and completely surrounds the magnetic coil 1 at least in the circumferential direction.
  • a fuel filter 15 is provided on the inlet side, which provides for the filtering out of such fuel constituents, which could cause blockages or damage due to their size in the injection valve.
  • the fuel filter 15 is z. B. fixed by pressing in the core 2.
  • the core 2 forms with the housing part 14, the inflow-side end of the fuel injection valve, wherein the upper housing part 14 seen for example in the axial direction downstream just about the magnetic coil. 1 extends beyond.
  • the two housing parts 14 and 18 are z. B. firmly connected to each other with a circumferential weld.
  • the lower housing part 18 and the substantially tubular valve seat carrier 21 are fixedly connected by screwing together; Welding, soldering or flanging, however, also constitute possible joining methods.
  • the sealing between the housing part 18 and the valve seat carrier 21 takes place for example. B. by means of a sealing ring 22.
  • the valve seat carrier 21 has over its entire axial extent an inner passage opening 24 which extends concentrically to the valve longitudinal axis 8.
  • valve seat carrier 21 With its lower end 25, the valve seat carrier 21 surrounds a disc-shaped valve seat element 26 which is fitted in the passage opening 24 and has a valve seat surface 27 tapering in the shape of a truncated cone downstream.
  • This, for example, spherical or partially spherical or rounded or conically tapered valve closing portion 28 cooperates in a known manner with the provided in the valve seat member 26 valve seat surface 27.
  • Downstream of Valve seat surface 27 is inserted in the valve seat member 26 at least one outlet opening 32 for the fuel.
  • the actuation of the injection valve takes place in a known manner electromagnetically.
  • a piezoelectric actuator as an excitable actuator is also conceivable.
  • an operation via a controlled pressure-loaded piston is conceivable.
  • the electromagnetic circuit For axial movement of the valve needle 20 and thus to open against the spring force of a arranged in the longitudinal opening 7 of the core 2 return spring 33 and closing the injector is the electromagnetic circuit with the solenoid 1, the core 2, the housing parts 14 and 18 and the armature 19.
  • the armature 19 is connected to the valve closing portion 28 remote from the end of the valve needle 20 z. B. connected by a weld and aligned with the core 2.
  • valve needle 20 during its axial movement with the armature 19 along the valve longitudinal axis 8 serves on the one hand in the valve seat carrier 21 at the armature 19 facing the end provided guide opening 34 and on the other hand arranged upstream of the valve seat member 26 disc-shaped guide member 35 with a dimensionally accurate guide opening 55.
  • the anchor 19 is surrounded by the intermediate part 4 during its axial movement.
  • a swirl element 47 is arranged, so that all three elements 35, 47 and 26 lie directly on each other and find in the valve seat carrier 21 recording.
  • the three disc-shaped elements 35, 47 and 26 are materially firmly connected to each other (welds or weld 60 in Figures 2 and 3).
  • the stroke of the valve needle 20 is determined by the installation position of the valve seat member 26.
  • An end position of the valve needle 20 is fixed at non-energized solenoid 1 by the system of the valve closing portion 28 on the valve seat surface 27 of the valve seat member 26, while the other end position of the valve needle 20 with energized solenoid 1 by the system of the armature 19 at the downstream end of the core 2 results.
  • the surfaces of the components in the latter stop area are, for example, chrome-plated.
  • the plastic extrusion coating 44 can also extend over further components (eg housing parts 14 and 18) of the fuel injection valve. From the plastic extrusion 44 out extends an electrical connection cable 45, via which the energization of the magnetic coil 1 takes place.
  • Figure 2 shows a second embodiment of a fuel injection valve, wherein only the downstream end of the valve is shown.
  • the guide member 35 has a dimensionally accurate inner guide opening 55 through which the valve needle 20 moves during its axial movement therethrough. From the outer periphery, the guide element 35 has distributed over the circumference a plurality of recesses 56, whereby a fuel flow along the outer circumference of the guide member 35 along into the swirl element 47 inside and further towards the valve seat surface 27 is guaranteed.
  • the valve seat member 26 has a circumferential flange 64 which engages under the downstream end 25 of the valve seat carrier 21.
  • the upper side 65 of the peripheral flange 64 is ground in one clamping with the guide opening 55 and the valve seat surface 27.
  • the insertion of the three-piece valve body consisting of the elements 35, 47 and 26 takes place until the upper side 65 of the flange 64 bears against the end 25 of the valve seat carrier 21.
  • the fastening of the valve body takes place e.g. by a weld 61 achieved by means of a laser in the abutment region of the two components 21 and 26.
  • the outlet opening 32 is e.g. obliquely inclined to the valve longitudinal axis 8 introduced, wherein it ends downstream in a protruding Abspritz Scheme 66.
  • a thin perforated disc 70 is provided with a specific opening structure.
  • This orifice plate 70 which is recessed, for example, in a recess 71 of the Abspritz Schemes 66 of the valve seat member 26 at its downstream end face and flush with this end face, has above all the function of a flow restrictor.
  • the static flow rate is adjusted by the size of the opening 73.
  • the inner opening 73 of the perforated disc 70 has a smaller opening diameter than the outlet opening 32 of the valve seat member 26.
  • Attached is the perforated disc 70, for example by means of a weld 72 on the valve seat member 26; Also conceivable are flanging or fastening with a retaining ring.
  • the perforated disc 70 is, for example, with its surface normal under one of 90 ° deviating angle to the valve longitudinal axis 8 is installed, so that the angle of inclination of the outlet opening 32 to the valve longitudinal axis 8 corresponds to that of the opening 73 in the tilted perforated disc 70. In this way, the longitudinal axes of the outlet opening 32 and the opening 73 coincide; Outlet opening 32 and opening 73 are aligned.
  • the formed in the valve seat member 26 tubular outlet opening 32 has a greater length than the entire length of the opening 73 of the perforated disc 70, wherein the lengths in a ratio of 3 to 10: 1, in the illustrated embodiment at about 5: 1.
  • the opening 73 has a continuous cylindrical shape, while in the embodiment of Figure 3, a stepped opening 73 is provided.
  • the opening 73 of the perforated disc 70 according to FIG. 3 has a narrower upstream section 75 and a further downstream section 76. At least the narrower portion 75 has a smaller opening diameter than the outlet opening 32 of the valve seat member 26. While the narrower portion 75 of the opening 73 defines the static flow rate, the somewhat enlarged portion 76 may still ideally affect the spray angle of the sprayed fuel.
  • the perforated discs 70 can be produced very easily in large numbers with simple yet very different opening structures exactly reproducible. Since, according to the invention, the flow-determining opening cross-section with orifice function is introduced into the perforated disks 70, advantageously no high demands on the dimensional accuracy are placed on the outlet opening 32 of the valve seat element 26 downstream of the valve seat surface 27. Thus, the valve seat member 26 much easier to handle during its production and processing.
  • the perforated disc 70 are produced by means of so-called galvanic metal deposition, in particular multilayer electroplating. While the perforated disk 70 according to FIG. 2 is formed by a single-layer metal layer, the exemplary embodiment according to FIG. 3 shows a perforated disk 70 comprising two layers, one layer each being distinguished by a constant inner opening contour 75, 76 which changes in the next position is.
  • a two-layer perforated disc 70 can be produced, for example, by metallic deposition of two layers on one another, wherein the two layers are then adhesively bonded together and ultimately form a component. With this technology, it is also possible to create shapes of openings 73 in the perforated disks 70 that deviate from a circular contour and that are e.g. are triangular to n-shaped or clover-shaped, etc. In this way, 70 very different beam shapes can be easily generated with such a perforated disc.
  • the perforated disks 70 punching and embossing technology, eroding technology or etching technology.
  • the opening contour can e.g. can also be introduced very accurately in a steel sheet by means of laser drilling, eroding or punching.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1.
  • Aus der DE-39 43 005 A1 ist bereits ein elektromagnetisch betätigbares Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem im Sitzbereich mehrere scheibenförmige Elemente angeordnet sind. Bei Erregung des Magnetkreises wird eine als Flachanker fungierende flache Ventilplatte von einer mit ihr zusammenwirkenden gegenüberliegenden Ventilsitzplatte abgehoben, die gemeinsam ein Plattenventilteil bilden. Stromaufwärts der Ventilsitzplatte ist ein Drallelement angeordnet, das den zum Ventilsitz strömenden Brennstoff in eine kreisförmige Drehbewegung versetzt. Eine Anschlagplatte begrenzt den axialen Weg der Ventilplatte auf der der Ventilsitzplatte gegenüberliegenden Seite. Die Ventilplatte wird mit großem Spiel von dem Drallelement umgeben; eine gewisse Führung der Ventilplatte übernimmt damit das Drallelement. Im Drallelement sind an dessen unterer Stirnseite mehrere tangential verlaufende Nuten eingebracht, die vom äußeren Umfang ausgehend bis in eine mittlere Drallkammer reichen. Durch das Aufliegen des Drallelements mit seiner unteren Stirnseite auf der Ventilsitzplatte liegen die Nuten als Drallkanäle vor. Die in der Ventilsitzplatte eingebrachte Abspritzöffnung gibt über ihre Länge und ihren Durchmesser die Abspritzgeometrie vor und muss deshalb sehr exakt eingebracht sein.
  • Des weiteren ist aus der EP-0 350 885 A2 ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem ein Ventilsitzkörper vorgesehen ist, wobei ein an einer axial bewegbaren Ventilnadel angeordneter Ventilschließkörper mit einer Ventilsitzfläche des Ventilsitzkörpers zusammenwirkt. Stromaufwärts der Ventilsitzfläche ist in einer Ausnehmung des Ventilsitzkörpers ein Drallelement angeordnet, das den zum Ventilsitz strömenden Brennstoff in eine kreisförmige Drehbewegung versetzt. Eine Anschlagplatte begrenzt den axialen Weg der Ventilnadel, wobei die Anschlagplatte eine zentrale Öffnung besitzt, die einer gewissen Führung der Ventilnadel dient. Im Drallelement sind an dessen unterer Stirnseite mehrere tangential verlaufende Nuten eingebracht, die vom äußeren Umfang ausgehend bis in eine mittlere Drallkammer reichen. Durch das Aufliegen des Drallelements mit seiner unteren Stirnseite auf dem Ventilsitzkörper liegen die Nuten als Drallkanäle vor. Auch bei diesem Einspritzventil bestimmt die Größe der in dem Ventilsitzkörper ausgebildeten Abspritzöffnung die Abspritzgeometrie, weshalb auch diese Abspritzöffnung sehr genau ausgeformt sein muss.
  • In der DE-196 07 288 A1 wurde bereits die sogenannte Multilayergalvanik zur Herstellung von Lochscheiben, die insbesondere für den Einsatz an Brennstoffeinspritzventilen geeignet sind, ausführlich beschrieben. Dieses Herstellungsprinzip einer Scheibenherstellung durch ein- oder mehrfaches galvanisches Metallabscheiden verschiedener Strukturen aufeinander, so dass eine einteilige Scheibe vorliegt, soll ausdrücklich zum Offenbarungsgehalt vorliegender Erfindung zählen.
  • Aus der DE 198 47 625 A1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen zum Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, das einen Aktuator und ein bewegliches Ventilteil aufweist, das zum Öffnen und Schließen des Ventils mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkt, der an einem Ventilsitzelement ausgebildet ist. Stromaufwärts des Ventilsitzes sind an einer Ventilnadel Drallnuten vorgesehen. Stromabwärts des Ventilsitzes ist im Ventilsitzelement eine Austrittsöffnung ausgebildet, wobei die Austrittsöffnung direkt in genau eine fluchtende Öffnung einer am Ventilsitzelement befestigten Lochscheibe mündet. Diese in der Lochscheibe vorgesehene Öffnung besitzt einen ovalen, elliptischen oder rechteckigen Querschnitt, wobei die Öffnungsweite der Austrittsöffnung größer ist als die Öffnungsweite der Öffnung an ihrer engsten Stelle.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es auf besonders einfache Art und Weise kostengünstig herstellbar ist. Von Vorteil ist es, die am Ventilsitzelement vorgesehene Lochscheibe sehr einfach und zuverlässig zu befestigen. Die Lochscheiben lassen sich sehr einfach in großen Stückzahlen mit einfachen und trotzdem sehr unterschiedlichen Öffnungsstrukturen exakt reproduzierbar herstellen. Bei den Lochscheiben handelt es sich um sehr einfach in der Herstellung und Feinbearbeitung handhabbare Bauteile. Da in die Lochscheiben erfindungsgemäß der strömungsbestimmende Öffnungsquerschnitt mit Blendenfunktion eingebracht ist, sind in vorteilhafter Weise an die Auslassöffnung des Ventilsitzelements stromabwärts der Ventilsitzfläche keine hohe Anforderungen an die Maßgenauigkeit zu setzen. Somit wird das Ventilsitzelement während seiner Herstellung und Bearbeitung deutlich einfacher handhabbar.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
  • Von Vorteil ist es, dass mit der sehr einfach herstellbaren, handhabbaren und montierbaren Lochscheibe, die als Durchflussblende fungiert, die statische Strömungsmenge des Ventils einstellbar ist.
  • Besonders vorteilhaft ist es, die Lochscheibe mit einer gestuften oder anderweitig querschnittsveränderten Öffnung auszubilden. Der engste Abschnitt der Öffnung legt dabei dann die statische Strömungsmenge fest, während mit der Restlänge der Öffnung in idealer Weise noch der Spraywinkel des abgespritzten Brennstoffs beeinflusst werden kann.
  • Wird die Lochscheibe beispielsweise mittels galvanischer Metallabscheidung hergestellt, lassen sich auf einfachste Weise willkürliche Öffnungsquerschnitte einbringen, wodurch die Strahlformung sehr variabel gestaltet werden kann.
  • Ohne hohe Anforderungen an die Maßgenauigkeit der Austrittsöffnung des Ventilsitzelements können also mit der exakten Öffnungskontur der Lochscheibe die statische Strömungsmenge, der Spraywinkel und die Strahlform sehr einfach eingestellt werden.
  • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils, Figur 2 ein zweites Beispiel eines Brennstoffeinspritzventils, wobei nur das stromabwärtige Ventilende gezeigt ist und Figur 3 ein drittes Beispiel eines Brennstoffeinspritzventils in der gleichen Ansicht wie Figur 2.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Das in der Figur 1 beispielsweise als ein Ausführungsbeispiel dargestellte elektromagnetisch betätigbare Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von fremdgezündeten Brennkraftmaschinen hat einen von einer Magnetspule 1 zumindest teilweise umgebenen, als Innenpol eines Magnetkreises dienenden, rohrförmigen, weitgehend hohlzylindrischen Kern 2. Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich besonders als Hochdruckeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Ein beispielsweise gestufter Spulenkörper 3 aus Kunststoff nimmt eine Bewicklung der Magnetspule 1 auf und ermöglicht in Verbindung mit dem Kern 2 und einem ringförmigen, nichtmagnetischen, von der Magnetspule 1 teilweise umgebenen Zwischenteil 4 mit einem L-förmigen Querschnitt einen besonders kompakten und kurzen Aufbau des Einspritzventils im Bereich der Magnetspule 1.
  • In dem Kern 2 ist eine durchgängige Längsöffnung 7 vorgesehen, die sich entlang einer Ventillängsachse 8 erstreckt. Der Kern 2 des Magnetkreises dient auch als Brennstoffeinlaßstutzen, wobei die Längsöffnung 7 einen Brennstoffzufuhrkanal darstellt. Mit dem Kern 2 oberhalb der Magnetspule 1 fest verbunden ist ein äußeres metallenes (z. B. ferritisches) Gehäuseteil 14, das als Außenpol bzw. äußeres Leitelement den Magnetkreis schließt und die Magnetspule 1 zumindest in Umfangsrichtung vollständig umgibt. In der Längsöffnung 7 des Kerns 2 ist zulaufseitig ein Brennstoffilter 15 vorgesehen, der für die Herausfiltrierung solcher Brennstoffbestandteile sorgt, die aufgrund ihrer Größe im Einspritzventil Verstopfungen oder Beschädigungen verursachen könnten. Der Brennstoffilter 15 ist z. B. durch Einpressen im Kern 2 fixiert.
  • Der Kern 2 bildet mit dem Gehäuseteil 14 das zulaufseitige Ende des Brennstoffeinspritzventils, wobei sich das obere Gehäuseteil 14 beispielsweise in axialer Richtung stromabwärts gesehen gerade noch über die Magnetspule 1 hinaus erstreckt. An das obere Gehäuseteil 14 schließt sich dicht und fest ein unteres rohrförmiges Gehäuseteil 18 an, das z. B. ein axial bewegliches Ventilteil bestehend aus einem Anker 19 und einer stangenförmigen Ventilnadel 20 bzw. einen langgestreckten Ventilsitzträger 21 umschließt bzw. aufnimmt. Die beiden Gehäuseteile 14 und 18 sind z. B. mit einer umlaufenden Schweißnaht fest miteinander verbunden.
  • In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind das untere Gehäuseteil 18 und der weitgehend rohrförmige Ventilsitzträger 21 durch Verschrauben fest miteinander verbunden; Schweißen, Löten oder Bördeln stellen aber ebenso mögliche Fügeverfahren dar. Die Abdichtung zwischen dem Gehäuseteil 18 und dem Ventilsitzträger 21 erfolgt z. B. mittels eines Dichtrings 22. Der Ventilsitzträger 21 besitzt über seine gesamte axiale Ausdehnung eine innere Durchgangsöffnung 24, die konzentrisch zu der Ventillängsachse 8 verläuft.
  • Mit seinem unteren Ende 25 umgibt der Ventilsitzträger 21 ein in der Durchgangsöffnung 24 eingepasstes scheibenförmiges Ventilsitzelement 26 mit einer sich stromabwärts kegelstumpfförmig verjüngenden Ventilsitzfläche 27. In der Durchgangsöffnung 24 ist die z. B. stangenförmige, einen weitgehend kreisförmigen Querschnitt aufweisende Ventilnadel 20 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende einen Ventilschließabschnitt 28 aufweist. Dieser beispielsweise kugelig oder teilweise kugelförmig bzw. abgerundet ausgebildete oder sich keglig verjüngende Ventilschließabschnitt 28 wirkt in bekannter Weise mit der im Ventilsitzelement 26 vorgesehenen Ventilsitzfläche 27 zusammen. Stromabwärts der Ventilsitzfläche 27 ist im Ventilsitzelement 26 wenigstens eine Austrittsöffnung 32 für den Brennstoff eingebracht.
  • Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise elektromagnetisch. Ein Piezoaktor als erregbares Betätigungselement ist jedoch ebenso denkbar. Ebenso ist eine Betätigung über einen gesteuert druckbelasteten Kolben denkbar. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 20 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer in der Längsöffnung 7 des Kerns 2 angeordneten Rückstellfeder 33 bzw. Schließen des Einspritzventils dient der elektromagnetische Kreis mit der Magnetspule 1, dem Kern 2, den Gehäuseteilen 14 und 18 und dem Anker 19. Der Anker 19 ist mit dem dem Ventilschließabschnitt 28 abgewandten Ende der Ventilnadel 20 z. B. durch eine Schweißnaht verbunden und auf den Kern 2 ausgerichtet. Zur Führung der Ventilnadel 20 während ihrer Axialbewegung mit dem Anker 19 entlang der Ventillängsachse 8 dient einerseits eine im Ventilsitzträger 21 am dem Anker 19 zugewandten Ende vorgesehene Führungsöffnung 34 und andererseits ein stromaufwärts des Ventilsitzelements 26 angeordnetes scheibenförmiges Führungselement 35 mit einer maßgenauen Führungsöffnung 55. Der Anker 19 ist während seiner Axialbewegung von dem Zwischenteil 4 umgeben.
  • Zwischen dem Führungselement 35 und dem Ventilsitzelement 26 ist ein Drallelement 47 angeordnet, so dass alle drei Elemente 35, 47 und 26 unmittelbar aufeinanderliegen und im Ventilsitzträger 21 Aufnahme finden. Die drei scheibenförmigen Elemente 35, 47 und 26 sind stoffschlüssig fest miteinander verbunden (Schweißpunkte bzw. Schweißnaht 60 in Figuren 2 und 3).
  • Der Hub der Ventilnadel 20 wird durch die Einbaulage des Ventilsitzelements 26 vorgegeben. Eine Endstellung der Ventilnadel 20 ist bei nicht erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ventilschließabschnitts 28 an der Ventilsitzfläche 27 des Ventilsitzelements 26 festgelegt, während sich die andere Endstellung der Ventilnadel 20 bei erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankers 19 an der stromabwärtigen Stirnseite des Kerns 2 ergibt. Die Oberflächen der Bauteile im letztgenannten Anschlagbereich sind beispielsweise verchromt.
  • Die elektrische Kontaktierung der Magnetspule 1 und damit deren Erregung erfolgt über Kontaktelemente 43, die noch außerhalb des Spulenkörpers 3 mit einer Kunststoffumspritzung 44 versehen sind. Die Kunststoffumspritzung 44 kann sich auch über weitere Bauteile (z. B. Gehäuseteile 14 und 18) des Brennstoffeinspritzventils erstrecken. Aus der Kunststoffumspritzung 44 heraus verläuft ein elektrisches Anschlusskabel 45, über das die Bestromung der Magnetspule 1 erfolgt.
  • Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils, wobei nur das stromabwärtige Ventilende dargestellt ist. Das Führungselement 35 weist eine maßgenaue innere Führungsöffnung 55 auf, durch die sich die Ventilnadel 20 während ihrer Axialbewegung hindurch bewegt. Vom äußeren Umfang her besitzt das Führungselement 35 über den Umfang verteilt mehrere Ausnehmungen 56, womit eine Brennstoffströmung am äußeren Umfang des Führungselements 35 entlang in das Drallelement 47 hinein und weiter in Richtung zur Ventilsitzfläche 27 garantiert ist.
  • Bei dem in Figur 2 gezeigten Beispiel hat das Ventilsitzelement 26 einen umlaufenden Flansch 64, der das stromabwärtige Ende 25 des Ventilsitzträgers 21 untergreift. Die Oberseite 65 des umlaufenden Flansches 64 wird in einer Aufspannung mit der Führungsöffnung 55 und der Ventilsitzfläche 27 geschliffen. Das Einschieben des dreischeibigen Ventilkörpers bestehend aus den Elementen 35, 47 und 26 erfolgt bis zur Anlage der Oberseite 65 des Flansches 64 am Ende 25 des Ventilsitzträgers 21. Die Befestigung des Ventilkörpers erfolgt z.B. durch eine mittels eines Lasers erzielten Schweißnaht 61 im Anlagebereich der beiden Bauteile 21 und 26. Die Austrittsöffnung 32 ist z.B. schräg geneigt zur Ventillängsachse 8 eingebracht, wobei sie stromabwärtig in einem hervorstehenden Abspritzbereich 66 endet.
  • Am Abspritzbereich 66 des Ventilsitzelements 26 ist eine dünne Lochscheibe 70 mit einer spezifischen Öffnungsstruktur vorgesehen. Diese Lochscheibe 70, die beispielsweise in einer Vertiefung 71 des Abspritzbereichs 66 des Ventilsitzelements 26 an dessen stromabwärtiger Stirnseite versenkt eingebracht ist und bündig mit dieser Stirnseite abschließt, besitzt vor allen Dingen die Funktion einer Durchflussblende. Die statische Strömungsmenge wird über die Größe der Öffnung 73 eingestellt. Dabei weist die innere Öffnung 73 der Lochscheibe 70 einen kleineren Öffnungsdurchmesser auf als die Austrittsöffnung 32 des Ventilsitzelements 26. Befestigt ist die Lochscheibe 70 beispielsweise mittels einer Schweißnaht 72 an dem Ventilsitzelement 26; denkbar sind auch Bördeln oder die Befestigung mit einem Sicherungsring. Die Lochscheibe 70 ist beispielsweise mit ihrer Flächennormalen unter einem von 90° abweichenden Winkel zur Ventillängsachse 8 eingebaut, so dass der Winkel der Neigung der Austrittsöffnung 32 zur Ventillängsachse 8 dem der Öffnung 73 in der gekippten Lochscheibe 70 entspricht. Auf diese Weise fallen die Längsachsen der Austrittsöffnung 32 und der Öffnung 73 zusammen; Austrittsöffnung 32 und Öffnung 73 fluchten also. Die im Ventilsitzelement 26 ausgebildete röhrenförmige Austrittsöffnung 32 weist eine größere Länge auf als die gesamte Länge der Öffnung 73 der Lochscheibe 70, wobei die Längen in einem Verhältnis von 3 bis 10 : 1, im dargestellten Ausführungsbeispiel bei ca. 5 : 1 liegen.
  • Bei dem in Figur 2 gezeigten Beispiel besitzt die Öffnung 73 eine durchgehend zylindrische Form, während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 eine gestufte Öffnung 73 vorgesehen ist. Die Öffnung 73 der Lochscheibe 70 gemäß Figur 3 weist einen engeren stromaufwärtigen Abschnitt 75 und einen weiteren stromabwärtigen Abschnitt 76 auf. Zumindest der engere Abschnitt 75 hat einen kleineren Öffnungsdurchmesser als die Austrittsöffnung 32 des Ventilsitzelements 26. Während der engere Abschnitt 75 der Öffnung 73 die statische Strömungsmenge festlegt, kann mit dem etwas vergrößerten Abschnitt 76 in idealer Weise noch der Spraywinkel des abgespritzten Brennstoffs beeinflusst werden.
  • Die Lochscheiben 70 lassen sich sehr einfach in großen Stückzahlen mit einfachen und trotzdem sehr unterschiedlichen Öffnungsstrukturen exakt reproduzierbar herstellen. Da in die Lochscheiben 70 erfindungsgemäß der strömungsbestimmende Öffnungsquerschnitt mit Blendenfunktion eingebracht ist, sind in vorteilhafter Weise an die Auslassöffnung 32 des Ventilsitzelements 26 stromabwärts der Ventilsitzfläche 27 keine hohe Anforderungen an die Maßgenauigkeit zu setzen. Somit ist das Ventilsitzelement 26 während seiner Herstellung und Bearbeitung deutlich einfacher handhabbar.
  • In idealer Weise sind die Lochscheibe 70 mittels sogenannten galvanischen Metallabscheiden, insbesondere der Multilayergalvanik hergestellt. Während die Lochscheibe 70 gemäß Figur 2 von einer einlagigen Metallschicht gebildet ist, zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 eine Lochscheibe 70, die zwei Lagen umfasst, wobei sich jeweils eine Lage durch eine konstante innere Öffnungskontur 75, 76 auszeichnet, die in der nächsten Lage verändert ist. Eine zweilagige Lochscheibe 70 kann beispielsweise durch metallisches Abscheiden zweier Schichten aufeinander erzeugt werden, wobei die beiden Schichten dann haftfest miteinander verbunden sind und letztlich ein Bauteil bilden. Mit dieser Technologie können auch Formen von Öffnungen 73 in den Lochscheiben 70 erzeugt werden, die von einer kreisförmigen Kontur abweichen und z.B. drei- bis n-eckig oder kleeblattartig usw. sind. Auf diese Weise lassen sich einfach mit einer derart gestalteten Lochscheibe 70 sehr unterschiedliche Strahlformen erzeugen.
  • Aufgrund der tiefenlithographischen, galvanotechnischen Herstellung gibt es besondere Merkmale in der Konturgebung, von denen hiermit einige in Kurzform zusammenfassend aufgeführt sind:
    • Schichten mit über die Scheibenfläche konstanter Dicke,
    • durch die tiefenlithographische Strukturierung weitgehend senkrechte Einschnitte in den Schichten, welche die jeweils durchströmten Hohlräume bilden (fertigungstechnisch bedingte Abweichungen von ca. 3° gegenüber optimal senkrechten Wandungen können auftreten),
    • gewünschte Hinterschneidungen und Überdeckungen der Einschnitte durch mehrlagigen Aufbau einzeln strukturierter Metallschichten,
    • Einschnitte mit beliebigen, weitgehend achsparallele Wandungen aufweisenden Querschnittsformen,
    • einteilige Ausführung der Lochscheibe, da die einzelnen Metallabscheidungen unmittelbar aufeinander erfolgen.
  • Andererseits ist es jedoch ebenso denkbar, die Lochscheiben 70 stanz- und prägetechnisch, erodiertechnisch oder ätztechnisch herzustellen. So kann die Öffnungskontur z.B. auch mittels Laserstrahlbohren, Erodieren oder Stanzen sehr exakt in einem Stahlblech eingebracht werden.

Claims (10)

  1. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Ventillängsachse (8), mit einem Aktuator (1, 2, 14, 18, 19), mit einem beweglichen Ventilteil (20), das zum Öffnen und Schließen des Ventils mit einem festen Ventilsitz (27) zusammenwirkt, der an einem Ventilsitzelement (26) ausgebildet ist, mit einem stromaufwärts des Ventilsitzes (27) angeordneten Drallelement (47), und mit einer stromabwärts des Ventilsitzes (27) im Ventilsitzelement (26) ausgebildeten Austrittsöffnung (32), wobei die Austrittsöffnung (32) direkt in genau eine fluchtende Öffnung (73) einer am Ventilsitzelement (26) befestigten Lochscheibe (70) mündet und die Öffnungsweite der Austrittsöffnung (32) größer ist als die Öffnungsweite der Öffnung (73) zumindest an deren engster Stelle, und wobei die Austrittsöffnung (32) des Ventilsitzelements (26) röhrenförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Austrittsöffnung (32) in Strömungsrichtung größer ist als die Länge der Öffnung (73) der Lochscheibe (70), wobei die Längen in einem Verhältnis von 3 bis 10 : 1 liegen.
  2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (73) der Lochscheibe (70) einen kreisförmigen Querschnitt hat und mit einer konstanten Öffnungsweite über ihre gesamte Länge ausgeführt ist.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (73) der Lochscheibe (70) gestuft und damit in der Öffnungsweite veränderlich über ihre Länge ausgeführt ist.
  4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die engste Öffnungsweite der Öffnung (73) in der Lochscheibe (70) der Austrittsöffnung (32) zugewandt liegt und die Öffnungsweite in stromabwärtiger Richtung größer wird.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem engsten Querschnitt der Öffnung (73) die statische Strömungsmenge des Ventils einstellbar ist.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (32) schräg geneigt zur Ventillängsachse (8) verläuft.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochscheibe (70) eine Flächennormale hat und die Lochscheibe (70) derart am Ventilsitzelement (26) befestigt ist, dass die Flächennormale unter einem von 90° abweichenden Winkel zur Ventillängsachse (8) verläuft.
  8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der stromabwärtigen Stirnseite des Ventilsitzelements (26) eine Vertiefung (71) vorgesehen ist, in der die Lochscheibe (70) eingebracht ist.
  9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochscheibe (70) vollständig in der Vertiefung (71) versenkt ist und bündig mit der stromabwärtigen Stirnseite des Ventilsitzelements (26) in diesem Bereich abschließt.
  10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochscheibe (70) mittels galvanischer Metallabscheidung herstellbar ist.
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