DE10046304C1 - Verfahren zum Herstellen eines Ventilsitzkörpers eines Brennstoffeinspritzventils - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Ventilsitzkörpers eines Brennstoffeinspritzventils

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Ventilsitzkörpers (5) eines Brennstoffeinspritzventils (1) mit Drallnuten (36) in einer Ausnehmung (35) zur Erzeugung eines Dralls, wobei eine Ventilsitzfläche (6) des Ventilsitzkörpers (5) mit einem Ventilschließkörper (4) des Brennstoffeinspritzventils (1) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt und die Ausnehmung (35) als Führung des Ventilschließkörpers (4) dient, umfaßt folgende Verfahrensschritte: DOLLAR A Fertigen eines Rohteils des Ventilsitzkörpers (5), DOLLAR A Einbringen der Ausnehmung (35), der Ventilsitzfläche (6) und zumindest einer Abspritzöffnung (7) in das Rohteil des Ventilsitzkörpers (5) und DOLLAR A Einbringen der Drallnuten (36) in die Ausnehmung (35). DOLLAR A Dabei erfolgt das Einbringen der Drallnuten (36) in die Ausnehmung (35) durch einen spanlosen Bearbeitungsschritt.

Description

Stand der Technik
In der DE 42 31 448 C1 ist ein Brennstoffeinspritzventil beschrieben, das zur Erzeugung eines Dralls oberhalb des Ventildichtsitzes Drallnuten aufweist, die in einer Führungsbohrung angeordnet sind. Durch den in der Führungsbohrung geführten Ventilschließkörper werden die zum Ventilschließkörper offenen Drallnuten zu Drallkanälen geschlossen. Stromabwärts schließt sich an die Führungsbohrung eine als umlaufende Nut ausgeführte Drallkammer an, in die die Drallnuten mit einer geringfügigen Tangentialkomponente führen. Durch die Tangentialkomponente erhält der in die Drallkammer einströmende Brennstoff eine Umfangsgeschwindigkeit, welche den Brennstoffstrahl beim Austritt aus dem Brennstoffeinspritzventil auffächern läßt und so zu einer besseren Zerstäubung führt.
Die Drallnuten werden durch spanabhebende Verfahren in den Ventilsitzkörper eingebracht. Anschließend werden die Grate, die beim Einbringen der Drallnuten entstehen, an den Übergängen von den Drallnuten in die Führungsbohrung entfernt und die Führungsbohrung und die Ventilsitzfläche verschliffen. Nach Reinigung des Ventilsitzkörpers von sämtlichen Bearbeitungsrückständen wie Spänen, Kühl- und Schleifmittel, muß der Ventilsitzkörper gehärtet werden, um eine hohe Lebensdauer sicherzustellen.
Der Einsatz spanabhebender Materialbearbeitungsverfahren wirkt sich nachteilig aus, da er zusätzlichen Bearbeitungsaufwand verursacht. Die Übergänge der Drallnuten zur Führungsbohrung weisen nach dem Einbringen Grate auf. Diese müssen in einem zusätzlichen Arbeitsschritt entfernt werden. Darüber hinaus ist es erforderlich anfallende Späne rückstandslos zu entfernen um frühzeitigen Verschleiß des Brennstoffeinspritzventils im Bereich der Führung und des Ventilsitzes zu verhindern.
Weiterhin von Nachteil ist, daß eine spanende Bearbeitung mit einem Wärmeeintrag in das Werkstück verbunden ist, welcher sich auch durch den Einsatz von Kühlmitteln während der Bearbeitung nicht vermeiden läßt. Vor dem Überprüfen des Ventilsitzkörpers auf Maßhaltigkeit ist deswegen eine Abkühlphase nötig.
Vorteile der Erfindung
Das Verfahren gemäß dem Hauptanspruch hat demgegenüber den Vorteil, daß die Drallnuten spanlos eingebracht werden. Dadurch wird das Entstehen von Graten verhindert und der Aufwand bei der Weiterverarbeitung wird verringert. Durch den Entfall eines Arbeitsschritts werden die Kosten in der Produktion verringert.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.
Das Verschleifen der Führungsbohrung und des Ventilsitzes wird noch vor dem Einbringen der Drallnuten an der nicht unterbrochenen Innenfläche der Führungsbohrung des Ventilsitzkörpers durchgeführt. Anzahl und Geometrie der Drallnuten können so frei bestimmt werden, ohne eventuell auftretende resonante Schwingungen des Schleifwerkzeugs berücksichtigen zu müssen, wie sie bei bereits eingebrachten, gleichmäßig über den Umfang verteilten Nuten auftreten können.
Weiterhin von Vorteil ist, daß der Ventilsitzkörper noch vor dem Einbringen der Drallnuten gehärtet werden kann. Das Härten ist daher über den Umfang der Führung des Ventilschließkörpers gleichmäßig möglich, da keine unerwünschten Effekte, z. B. an den Kanten beim Übergang von Drallnuten zur Führungsbohrung, auftreten.
Die Verwendung der elektrochemischen Metallbearbeitung bietet weiterhin den Vorteil, daß das Einbringen der Nuten vollkommen wärmeverzugsfrei ist. Mittels eines geeigneten Verfahrens, z. B. mit einer Lehre, kann die Überprüfung des Ventilsitzkörpers somit sofort erfolgen. Ein Abkühlen des vom Bearbeiten warmen Ventilsitzkörpers ist nicht erforderlich.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß hergestellten Brennstoffeinspritzventils ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde;
Fig. 2 einen schematischen Schnitt im Ausschnitt II der Fig. 1;
Fig. 3A-3C schematische Darstellungen als Aufsicht auf einen Ventilsitzkörper für verschiedene Geometrien der Drallnuten und
Fig. 4 eine schematische Darstellung der elektro­ chemischen Metallbearbeitung eines Ventilsitzkörpers.
Beschreibung des Verfahrens
Bevor das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Ventilsitzkörpers beschrieben wird, soll zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst anhand von Fig. 1 ein Brennstoffeinspritzventil 1 in einer Gesamtdarstellung bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 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 elektromagnetisch betätigtes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen den 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 einen Spalt 26 voneinander getrennt und stützen sich auf einem Verbindungsbauteil 29 ab. 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 ein Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
Ein zweiter Flansch 31, welcher mit der Ventilnadel 3 ebenfalls über eine Schweißnaht 33 verbunden ist, dient als unterer Ankeranschlag. Ein elastischer Zwischenring 32, welcher auf dem zweiten Flansch 31 aufliegt, vermeidet Prellen beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1.
In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und in dem Ventilsitzkörper 5 verlaufen Brennstoffkanäle 30a, 30b bzw. Ausnehmungen 36, die den Brennstoff, welcher über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert wird, zur Abspritzöffnung 7 in dem Ventilsitzkörper 5 leiten. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht dargestellte Verteilerleitung abgedichtet.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 über den ersten Flansch 21 an der Ventilnadel 3 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. 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 13 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, und damit die Ventilnadel 3 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab und der über die Brennstoffkanäle 30a, 30b bzw. die Ausnehmungen 36 zur Abspritzöffnung 7 gelangende Brennstoff wird abgespritzt.
Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 auf den ersten Flansch 21 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich die Ventilnadel 3 entgegen der Hubrichtung bewegt. Dadurch setzt der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 auf, und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.
Bei erfindungsgemäßer Herstellung des Ventilsitzkörpers 5 wird zunächst ein Rohteil gefertigt, in das mittels spanabhebender Bearbeitung eine zentrale Ausnehmung 35 zur Führung des Ventilschließkörpers 4, eine Drallkammer 37, eine Ventilsitzfläche 6 und eine Abspritzöffnung 7 eingebracht werden. Die beim Bearbeiten anfallenden Späne und noch vorhandene Reste von Kühlmittel, das bei spanabhebender Bearbeitung eingesetzt wird, werden anschließend vollständig entfernt.
In einem nächsten Verfahrensschritt werden die Drallnuten 36 in den Ventilsitzkörper 5 eingebracht. Die Drallnuten 36 können sich nach Querschnitt und Verlauf unterscheiden, wie in Fig. 3A bis 3C dargestellt, und unter Verzicht auf eine Drallbildung auch gerade ausgeführt sein. Der Materialabtrag erfolgt spanfrei. Die eingebrachten Drallnuten 36 sind gratfrei und erfordern keine weiteren Bearbeitungsschritte.
Fig. 3A zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem zwei Drallnuten 36a mit rechteckigem Querschnitt und zwei Drallnuten 36b mit halbrundem Querschnitt vorgesehen sind.
Bei dem in Fig. 3B dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehrere Drallkanäle 36 mit rechteckigem Querschnitt und mit unterschiedlichen Tangentialkomponenten vorhanden. Bei dem in Fig. 3C dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Drallkanäle 36 mit rechteckigem Querschnitt und mit einheitlich gleicher Tangentialkomponente vorhanden.
In einem erfindungsgemäßen Herstellverfahren gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Ausnehmung 35 zusammen mit der Ventilsitzfläche 6 noch vor dem Einbringen der Drallnuten 36 verschliffen. Dabei erhalten die Ventilsitzfläche 6 und die zentrale Ausnehmung 35 des Ventilsitzkörpers 5 ihre endgültige Form und Oberflächenbeschaffenheit. Der Ventilschließkörper 4 wirkt sowohl mit der Ausnehmung 35 als auch mit der Ventilsitzfläche 6 dichtend zusammen. Das abgetragene Material sowie die Reste von Schleifmitteln werden in einem Reinigungschritt entfernt. Danach erfolgt das Härten des Ventilsitzkörpers 5. Sowohl die Ventilsitzfläche 6 als auch die Fläche der Ausnehmung 35 zur Führung des Ventilschließkörpers 4 sind über die Lebensdauer stark beansprucht. Um vorschnellen Verschleiß des Brennstoffeinspritzventils 1 zu verhindern, werden die Oberflächen gehärtet. Die Rotationssymmetrie des Ventilsitzkörpers S. der noch keine Drallnuten 36 aufweist, erleichtert dabei das gleichmäßige Schleifen und Härten der Oberfläche in der Ausnehmung 35.
Die Drallnuten 36 werden in den Ventilsitzkörper 5 vorzugsweise mittels elektro-chemischer Metallbearbeitung eingebracht, wie sie in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Hierbei erfolgt der Materialabtrag durch einen Gleichstrom, der zwischen einer Werkzeugelektrode 39 und dem Ventilsitzkörper 5 fließt. Ein direkter, elektrisch leitender Kontakt zwischen der Werkzeugelektrode 39 und dem Ventilsitzkörper 5 besteht dabei nicht. Der Stromfluß erfolgt über ein Elektrolyt, das in dem Spalt 40 fließt. Während des Abtragens von Material des Ventilsitzkörpers 5 wird die Werkzeugelektrode 39 in radialer Richtung in den sich durch den Abtragevorgang vergrößernden Spalt 40 nachgeführt, bis die gewünschte Tiefe des Drallkanals 36 erreicht ist. Durch geeignete Formgebung der Werkzeugelektrode 39 kann die Geometrie des Strömungsquerschnitts der Drallnuten 36 bestimmt werden. Die Bearbeitung im Bereich des fertig verschliffenen Ventilsitzes 6 ist durch geeignete Form der Werkzeugelektrode 39 und eines Werkzeugträgers 38 zu verhindern.
Eine andere verfahrensgemäße Möglichkeit Drallnuten 36 in den Ventilsitzkörper 5 einzubringen ist das Erodieren der Drallnuten 36.
Als letzter Verfahrensschritt werden die eingebrachten Drallnuten auf Form und Lage kontrolliert. Wird hierbei eine Übereinstimmung mit den vorgegebenen Sollwerten gefunden, z. B. durch Überprüfen mittels einer Lehre, wird der Ventilsitzkörper 5 dem weiteren Montageprozeß des Brennstoffeinspritzventils 1 zugeführt.
Bezugszeichenliste
1
Brennstoffeinspritzventil
2
Düsenkörper
3
Ventilnadel
4
Ventilschließkörper
5
Ventilsitzkörper
6
Ventilsitzfläche
7
Abspritzöffnung
8
Dichtung
9
Außenpol
10
Magnetspule
11
Spulengehäuse
12
Spulenträger
13
Innenpol
14
Ventilnadelführung
15
Einstellscheibe
16
zentrale Brennstoffzufuhr
17
Steckkontakt
18
Kunststoffummantelung
19
elektrische Leitung
20
Anker
21
Flansch
22
Schweißnaht
23
Rückstellfeder
24
Hülse
25
Filterelement
26
Spalt
27
Arbeitsspalt
28
Dichtung
29
Verbindungsbauteil
30
a,
30
b Brennstoffkanal
31
zweiter Flansch
32
elastischer Zwischenring
33
Schweißnaht
34
zulaufseitige Ankerstirnseite
35
Ausnehmung
36
Drallnut
37
Drallkammer
38
Werkzeugträger
39
Werkzeugelektrode
40
Spalt

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen eines Ventilsitzkörpers (5) eines Brennstoffeinspritzventils (1) mit zumindest einer Drallnut (36) in einer Ausnehmung (35) des Ventilsitzkörpers (5) zur Erzeugung eines Dralls, wobei eine Ventilsitzfläche (6) des Ventilsitzkörpers (5) mit einem Ventilschließkörper (4) des Brennstoffeinspritzventils (1) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt und die Ausnehmung (35) im Ventilsitzkörper (5) als Führung des Ventilschließkörpers (4) dient, mit den Verfahrensschritten
Fertigen eines Rohteils des Ventilsitzkörpers (5),
Einbringen der Ausnehmung (35), der Ventilsitzfläche (6) und zumindest einer Abspritzöffnung (7) in das Rohteil des Ventilsitzkörpers (5) und
Einbringen der zumindest einen Drallnut (36) in die Ausnehmung (35) des Ventilsitzkörpers (5),
dadurch gekennzeichnet,
daß das Einbringen der zumindest einen Drallnut (36) in die Ausnehmung (35) des Ventilsitzkörpers (5) durch einen spanlosen Bearbeitungsschritt erfolgt.
2. Verfahren zum Herstellen eines Ventilsitzkörpers (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Drallnut (36) nach dem Verschleifen von Ventilsitzfläche (6) und Ausnehmung (35) eingebracht wird.
3. Verfahren zum Herstellen eines Ventilsitzkörpers (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Drallnut (36) nach dem Härten des Ventilsitzkörpers (5) eingebracht wird.
4. Verfahren zum Herstellen eines Ventilsitzkörpers (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, das die zumindest eine Drallnut (36) in die Ausnehmung (35) des Ventilsitzkörpers (5) durch eine elektro-chemische Metallbearbeitung eingebracht wird.
5. Verfahren zum Herstellen eines Ventilsitzkörpers (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Drallnut (36) durch Erodieren in die Ausnehmung (35) des Ventilsitzkörpers (5) eingebracht wird.
6. Verfahren zum Herstellen eines Ventilsitzkörpers (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einbringen der Drallnut (36) in die Ausnehmung (35) des Ventilsitzkörpers (5) die Lage der Drallnut (36) relativ zur Abspritzöffnung (7) überprüft wird.
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