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Die
Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil bzw. von
einem Verfahren zu dessen Herstellung nach der Gattung des Anspruchs
1 bzw. des Anspruchs 8.
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Aus
der
DE 40 08 675 A1 ist
bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das aus einem Anker,
einem Ventilschließkörper und
einer den Anker mit dem z.B. kugelförmigen Ventilschließkörper verbindendenden
hülsenförmigen Ventilnadel
besteht. Die aufgezählten
Teile stellen getrennt voneinander gefertigte Einzelteile dar, die
erst mittels Fügeverfahren,
z.B. durch Laserschweißen,
miteinander verbunden werden. Der Anker umgreift dabei die Ventilnadel vollständig radial
und zumindest teilweise axial, da die Ventilnadel in einer durchgehenden
Längsöffnung des
Ankers befestigt ist. Die Ventilnadel weist selbst auch eine durchgehende
innere Längsöffnung auf,
in der Brennstoff in Richtung zum Ventilschließkörper strömen kann, der dann nahe des
Ventilschließkörpers durch
in einer Wandung der Ventilnadel eingebrachte, radial verlaufende
Queröffnungen austritt.
Der Brennstofffluss erfolgt also zuerst im Inneren der Ventilnadel
und verläßt die Ventilnadel
erst zu einem Ventilsitz hin.
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Aus
der
DE 44 26 006 A1 ist
eine Ventilnadel bekannt, die auf einfache und kostengünstige Art
und Weise herstellbar ist. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Ventilnadelschaft
einteilig mit einem Ventilschließkörper mittels eines Tiefziehverfahrens
ausgebildet ist, so daß das
Werkzeug zur Herstellung des aus Ventilnadelschaft und Ventilschließkörper bestehenden
Tiefziehteils einfach aufgebaut sein kann. Beim Tiefziehen wird
als Ausgangsmaterial ein vergleichsweise einfacher ebener Rohling
aus einem geeigneten Tiefziehblech verwendet.
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Nachteilig
an den aus den oben genannten Druckschriften bekannten Brennstoffeinspritzventilen ist
insbesondere, daß durch
begrenzte Formtoleranzen der Einzelteile, insbesondere die durch
Formtoleranz des Tiefziehteils Ventilnadel und durch nicht optimale
Zentrierung des Ventilschließkörpers, der als
Kugel ausgebildet sein kann, zum Ventilnadelschaft sich ein Rundlauf
zwischen Anker und Ventilschließkörper von
z. B. 0,3 mm ergibt, der dazu führt, daß unerlaubte
Funktionsschwankungen bei Betätigung
des Ventils auftreten, die unter anderem zum Verschleiß an Anschlagflächen des
Ankers am Innenpol führen.
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Vorteile der
Erfindung
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Ein
erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil,
daß durch
einen Ventilschließkörper, der
als Teil einer Kugel ausgebildet ist, eine flächige Auflage des Ventilschließkörpers auf
einer Stirnfläche
eines Ventilnadelschafts möglich
ist. Dadurch, daß nun
zwei ebene Flächen
aneinander grenzen, entfällt
eine Zentrierung des Ventilschließkörpers, was einen einfacheren
und kostengünstigeren
Fertigungsprozeß nach
sich zieht.
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Ein
weiterer Vorteil dieser Verbindung von zwei ebenen Flächen besteht
darin, daß die
Möglichkeit
gegeben ist, den Hub des Ventilschließkörpers optisch, mit Hilfe eines
Lasers zu vermessen.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen
Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
schematischen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil mit einer
Ventilnadel gemäß dem Stand
der Technik;
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2 einen
schematischen Teilschnitt durch eine Ventilnadel gemäß dem Stand
der Technik;
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3 einen
schematischen Teilschnitt der Verbindung eines Ventilschließkörpers mit
einem Ventilnadelschaft gemäß dem Stand
der Technik;
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4 einen
schematischen Teilschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Ventilnadel
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils;
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5 einen
schematischen Teilschnitt eines Ausführungsbeispiel einer Verbindung
eines Ventilschließkörpers mit
einem Ventilnadelschaft eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
und
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6 eine
schematische Darstellung der Abfolge notwendiger Schritte eines
erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung eines Brennstoffeinspritzventils.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Nachfolgend
wird zum besseren Verständnis der
erfindungsgemäßen Maßnahmen
ein Ausführungsbeispiel
eines Brennstoffeinspritzventils 100 gemäß dem Stand
der Technik anhand von 1 beispielhaft beschrieben.
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Das
dargestellte Brennstoffeinspritzventil 100 für Brennstoffeinspritzanlagen
von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen umfaßt eine
Magnetspule 1, wobei ein in radialer Richtung gestufter
Spulenkörper 3 eine
Bewicklung der Magnetspule 1 aufnimmt.
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Konzentrisch
zu einer Ventillängsachse 10 ist
ein rohrförmiges
metallenes Zwischenteil 12 beispielsweise durch Schweißen verbunden.
Stromabwärts
des Spulenkörpers 3 und
des Zwischenteils 12 erstreckt sich ein rohrförmiger Ventilsitzträger 16,
der beispielsweise fest mit dem Zwischenteil 12 verbunden
ist. In dem Ventilsitzträger 16 verläuft eine Längsbohrung 17,
die konzentrisch zu der Ventillängsachse 10 ausgebildet
ist.
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In
der Längsbohrung 17 ist
eine tiefgezogene hülsenförmige Ventilnadel 18 angeordnet.
Am stromabwärtigen
Ende 23 der Ventilnadel 18 ist ein zumindest eine
teilweise kugelförmige
Außenkontur
aufweisender, einteilig mit der Ventilnadel 18 ausgeführter Ventilschließkörper 24 vorgesehen,
an dessen Umfang beispielsweise fünf Abflachungen 25 zum Vorbeiströmen des
Brennstoffs vorgesehen sind.
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Die
Betätigung
des Brennstoffeinspritzventils 100 erfolgt in bekannter
Weise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 18 und
damit zum Öffnen
entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder 26 bzw.
zum Schließen
des Brennstoffeinspritzventils 100 dient der elektromagnetische
Kreis mit der Magnetspule 1 und einem Anker 27.
Der rohrförmige
Anker 27 ist an seinem, dem Ventilschließkörper 24 abgewandten,
stromaufwärtigen
Ende 20 mit der Ventilnadel 18 durch beispielsweise
zwei Schweißnähte 28 fest
verbunden, wobei die Ventilnadel 18 in den Anker 27 eingeschoben
ist. An dem stromabwärts
liegenden Ende des Ventilsitzträgers 16 ist
in der Längsbohrung 17 ein
zylinderförmiger Ventilsitzkörper 29,
der einen festen Ventilsitz 30 aufweist, durch Schweißen dicht
montiert.
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Zur
Führung
des Ventilschließkörpers 24 während der
Axialbewegung der Ventilnadel 18 entlang der Ventillängsachse 10 dient
eine Führungsöffnung 32 des
Ventilsitzkörpers 29.
Der eine zumindest teilweise kreisförmige Außenkontur aufweisende Ventilschließkörper 24 der
Ventilnadel 18 wirkt mit dem sich in Strömungsrichtung
kegelstumpfförmig verjüngenden
Ventilsitz 30 des Ventilsitzkörpers 29 zusammen.
An seiner dem Ventilschließkörper 24 abgewandten
Stirnseite ist der Ventilsitzkörper 29 mit einer
beispielsweise topfförmig
ausgebildeten Spritzlochscheibe 34 fest und dicht durch
eine z.B. mittels eines Lasers ausgebildete Schweißnaht verbunden. In
der Spritzlochscheibe 34 ist wenigstens eine beispielsweise
durch Erodieren oder Stanzen ausgeformte Abspritzöffnung 39 vorgesehen.
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Die
Einschubtiefe des Ventilsitzkörpers 29 mit
der Spritzlochscheibe 34 bestimmt die Größe des Hubs
der Ventilnadel 18. Dabei ist die eine Endstellung der
Ventilnadel 18 bei nicht erregter Magnetspule 1 durch
die Anlage des Ventilschließkörpers 24 am Ventilsitz 30 des
Ventilsitzkörpers 29 festgelegt,
während
sich die andere Endstellung der Ventilnadel 18 bei erregter
Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankers 27 an
einem Innenpol 6 ergibt, wobei der Anker 27 sich
innerhalb eines Arbeitsspalts 35 bewegen kann.
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Die
Magnetspule 1 ist von wenigstens einem, beispielsweise
als Bügel
ausgebildeten und als ferromagnetisches Element dienenden Leitelement 45 umgeben,
das die Magnetspule 1 in Umfangsrichtung wenigstens teilweise
umgibt, das mit seinem Ende an dem Ventilsitzträger 16 anliegt und
mit diesem z.B. durch Schweißen,
Löten bzw.
Kleben verbindbar ist. Eine in eine konzentrisch zur Ventillängsachse 10 verlaufende
Strömungsbohrung 46 eingeschobene
Einstellhülse 48 dient
zur Einstellung der Federvorspannung, einer an der Einstellhülse 48 anliegenden
Rückstellfeder 26,
die sich wiederum mit ihrer gegenüberliegenden Seite an einer
stromaufwärtigen
Stirnseite 49 der Ventilnadel 18 in einer inneren
Durchgangsöffnung 50 des
rohrförmigen
Ankers 27 abstützt.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 100 ist weitgehend von einer
Kunststoffumspritzung 51 umgeben, die sich in axialer Richtung über die
Magnetspule 1 und über
das wenigstens eine Leitelement 45 bis zum Ventilsitzträger 16 erstreckt,
wobei das Leitelement 45 vollständig axial und in Umfangsrichtung überdeckt
ist. Zu dieser Kunststoffumspritzung 51 gehört beispielsweise
ein mitangespritzter elektrischer Anschlußstecker 52.
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Gemäß dem Stand
der Technik, wie er in den 2 und 3 dargestellt
ist, kann eine Wälzlagerkugel
als Ventilschließkörper 24 dienen.
Dabei werden Ventilnadelschaft 21 und Wälzlagerkugel so gefügt, daß die Wälzlagerkugel
durch den Ventilnadelschaft 21 der Ventilnadel 18 zentriert
wird, wobei die beiden Teile in dieser Position miteinander verschweißt werden.
Durch die formbegrenzten Einzelteile, und insbesondere durch die
Formtoleranz des Tiefziehteils Ventilnadel 18 und eine
nicht optimale Zentrierung der Wälzlagerkugel
zum Ventilnadelschaft 21 ergibt sich ein Rundlauf von ca.
0,3 mm zwischen Anker 27 und Ventilschließkörper 24,
wobei unerlaubte Funktionsschwankungen bei Betätigung des Ventils auftreten,
die unter anderem zum Verschleiß an
Anschlagflächen 22 des
Ankers 27 am Innenpol 6 führen.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, die Formgenauigkeit an der Verbindungsstelle
zwischen Ventilnadelschaft 21 und Ventilschließkörper 24 so zu
verbessern, daß der
Rundlauf verringert wird und der Anschlag des Ankers 27 nicht
ungleichmäßig einseitig
am Innenpol 6 erfolgt, sondern gleichmäßig umfangsmäßig am Innenpol 6,
so daß sich
dort keine einseitigen Abnutzungserscheinungen infolge von einseitig
ausgeprägten
Anschlägen
des Ankers 27 ergeben.
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Eine
Ventilnadel 18, die als Ausführungsbeispiel gemäß dem Stand
der Technik in einem Brennstoffeinspritzventil 100 nach 1 einsetzbar
ist, ist in der 2 im Detail abgebildet. A und
B bezeichnen den Rundlauf, der aufgrund von Formungenauigkeiten
an der Fügeverbindung
von Ventilnadelschaft 21 und Ventilschließkörper 24 auftritt,
wobei der Ventilschließkörper 24 hier
als Vollkugel ausgebildet ist, die beim Verschweißen der
beiden Einzelteile auf den Durchmesser des Ventilnadelschafts 21 zentriert wird.
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3 zeigt
eine Fügeverbindung
von einem als Vollkugel ausgebildeten Ventilschließkörper 24 und
dem Ventilnadelschaft 21 gemäß dem Stand der Technik. Die
beiden Einzelteile sind mittels einer Schweißnaht 15 fest miteinander
verbunden.
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4 zeigt
eine Ventilnadel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 100,
wobei der Ventilschließkörper 24 als
Teilkugel ausgeprägt ist
und mit seiner Stirnfläche 13 flächig auf
dem Ventilnadelschaft 21 aufliegt. Dabei ist der Rundlauf
A-B, der aufgrund von Formungenauigkeiten an der Fügestelle
zwischen Ventilnadelschaft 21 und Ventilschließkörper 24,
der im Gegensatz zum Stand der Technik als Teilkugel ausgeprägt ist,
verringert. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin,
daß der
Ventilnadelschaft 21 aus einem leicht zu formenden und
daher kostengünstigen
Umformteil gefertigt ist. Dadurch, daß der Ventilschließkörper 24 an
der Verbindungsstelle von Ventilnadelschaft 21 und Ventilschließkörper 24 nicht
als Vollkugel ausgebildet ist und mit seiner ebenen Fläche 13 auf
einer Stirnfläche 11 des
Ventilnadelschafts 21 aufsitzt, ist die Möglichkeit
gegeben, daß der
Hub des Ventilschließkörpers 24 optisch,
z. B. mit Hilfe eines Lasers, vermessen werden kann.
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In 5 ist
diese Fügeverbindung
nochmals im Detail gezeigt. Die Stirnfläche 13 des Ventilschließkörpers 24,
der erfindungsgemäß als Teilkugel
ausgebildet ist, liegt flächig
an der Stirnfläche 11 des
Ventilnadelschafts 21 an, wobei Ventilnadelschaft 21 und
Ventilschließkörper 24 durch
eine Schweißnaht 15 fest
miteinander verbunden sind.
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6 zeigt
eine Ventilnadel 18 eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 100 mit zur
Herstellung der Ventilnadel 18 notwendigen Fertigungswerkzeugen.
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Ein
erster Verfahrensschritt zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 100 bezieht
sich darauf, daß der
Anker 27 in einer Vorrichtung 54, die eine erste
Spannzange sein kann, zentriert wird. Alternativ dazu kann der Anker 27 auch an
einer Mantelfläche 55 einer
Anschlaghülse 31 oder
sowohl in der Vorrichtung 54 als auch an der Mantelfläche 55 der
Anschlaghülse 31 zentriert
werden.
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Ein
zweiter Verfahrensschritt umfaßt
das zentrische Aufsetzen des Ventilschließkörpers 24, der erfindungsgemäß als Teilkugel
ausgeprägt
ist, wobei eine Vorrichtung 53, die eine zweite Spannzange
sein kann, dafür
nötig ist.
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Ein
dritter Verfahrensschritt erstreckt sich auf eine Fixierung des
Ventilschließkörpers 24 auf
dem Ventilnadelschaft 21, die durch Verschweißen zustande
kommt.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern
auch für Brennstoffeinspritzventile
mit anderen Formen der Ventilnadel 18 bzw. des Ventilschließkörpers 24 geeignet.
Des weiteren ist die vorliegende Erfindung beispielsweise auch für Brennstoffeinspritzventile von
selbstzündenden
Brennkraftmaschinen geeignet. Insbesondere sind beliebige Kombinationen
der verschiedenen Merkmale möglich.