DE10321198B4

DE10321198B4 - Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10321198B4
Application number: DE10321198A
Authority: DE
Inventors: Hideo Atsugi Kato; Tomoichi Atsugi Misawa; Nobuaki Atsugi Kobayashi; Nobutaka Atsugi Ishii
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2023-05-13
Also published as: CN1259505C; JP2003343385A; US20030218081A1; JP4082929B2; DE10321198A1; CN1460794A; US7530506B2

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil mit:
einem zylindrischen Gehäuse (2) aus einem magnetischen Metall, wobei das Gehäuse (2) ein vorgeordnetes Ende, durch das ein unter Druck stehender Kraftstoff in einen Kraftstoffdurchgang in dem Gehäuse geführt wird, und ein nachgeordnetes Ende, von dem der Kraftstoff durch Kraftstoffeinspritzdüsen zu einem bestimmten Teil eingespritzt wird, umfasst,
einem Kernrohr (10) aus einem magnetischen Metall, wobei das Kernrohr in dem zylindrischen Gehäuse (2) aufgenommen wird und ein vorgeordnetes Ende gegenüber dem vorgeordneten Ende des zylindrischen Gehäuses (2) sowie ein nachgeordnetes Ende gegenüber dem nachgeordneten Ende des zylindrischen Gehäuses (2) aufweist,
einem Ventilsitzglied (11), das an dem nachgeordneten Ende des zylindrischen Gehäuses (2) an einer Position vor den Kraftstoffeinspritzdüsen vorgesehen ist,
einem Ventilelement (13), das axial beweglich in dem zylindrischen Gehäuse zwischen dem Kernrohr (10) und dem Ventilsitzglied (11) aufgenommen ist, wobei das Ventilelement (13) eine zu dem nachgeordneten Ende des Kernrohrs (10) gerichtete Strukturbasis...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kraftstoffeinspritzventile für die Verwendung in Verbrennungsmotoren.

Es wurden verschiedene Typen von kraftstoffeinspritzventilen insbesondere für Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen vorgeschlagen und verwendet. Einer dieser Typen ist in der offengelegten japanischen Patentanmeldung (Tokkai) 2000-8990 angegeben und umfasst allgemein ein Ventilelement, das in einem Gehäuse angeordnet ist, um sich zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position. zu bewegen, sowie eine elektromagnetischen Spule, die angeordnet ist, um das Ventilelement zu betätigen, sodass sich dieses in Übereinstimmung mit der Versorgung/Nichtversorgung mit Strom der elektromagnetischen Spule zwischen der geöffneten und der geschlossenen Position bewegt. Mit dem Öffnen des Ventilelements wird ein unter Druck stehender Kraftstoff in einen Kraftstoffdurchgang des Gehäuses in einen bestimmen Raum wie etwa eine Verbrennungskammer, einen Lufteinlassdurchgang oder ähnliches des Verbrennungsmotors eingespritzt.

Die Druckschriften DE 198 29 422 A1 , DE 100 39 083 A1 und DE 689 13 215 T2 offenbaren ebenfalls Kraftstoffeinspritzventile.

Aufgrund des inhärenten Aufbaus neigen die Kraftstoffeinspritzventile des in der oben genannten japanischen Patentanmeldung angegebenen Typs jedoch dazu, keine zufriedenstellende dimensionale Stabilität des Ventilelements vorzusehen. Für die Herstellung des Ventilelements wird ein bestimmter Teil des Ventilelements durch eine Pressverarbeitung geformt, was jedoch häufig zu einer Verformung oder Verbreiterung des bestimmten Teils führt, auf den die Presskraft tatsächlich angewendet wird. Eine derartige Verformung oder Verbreiterung (d.h. ein dimensionaler Fehler) hat jedoch eine unglatt verlaufende Bewegung des Ventilelements zur Folge und kann deshalb zu einer schlechten Reaktion des Ventilelements auf die Versorgung/Nichtversorgung mit Strom der elektromagnetischen Spule führen. Um die Bewegung zu glätten, muss das Ventilelement zusätzlich bearbeitet werden, wodurch die Produktivität des Kraftstoffeinspritzventils herabgesetzt wird und damit die Kostenleistung reduziert wird.

Es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzventil anzugeben, bei dem die oben genannten Nachteile beseitigt sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftstoffeinspritzventil angegeben, das ein Ventilelement umfasst, das in Übereinstimmung mit der Versorgung/Nichtversorgung mit Strom einer elektromagnetischen Spule axial zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position bewegt werden kann, wobei das Ventilelement einen Basisteil aus einem gesinterten magnetischen Metall und ein axiales Ende aufweist, das geformt ist, um ein unerwünschtes Haften des Ventilelements in der geöffneten Position zu unterdrücken.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftstoffeinspritzventil angegeben, welches umfasst: ein zylindrisches Gehäuse aus einem magnetischen Metall, wobei das Metallgehäuse ein vorgeordnetes Ende, durch das ein unter Druck stehender Kraftstoff in einen Kraftstoffdurchgang in dem Metallgehäuse geführt wird, und ein nachgeordnetes Ende umfasst, von dem der Kraftstoff durch Kraftstoffeinspritzdüsen zu einem bestimmten Teil eingespritzt wird; ein Kernrohr aus einem magnetischen Metall, wobei das Kernrohr in dem zylindrischen Gehäuse aufgenommen wird und ein vorgeordnetes Ende gegenüber dem vorgeordneten Ende des zylindrischen Gehäuses sowie ein nachgeordnetes Ende gegenüber dem nachgeordneten Ende des zylindrischen Gehäuses aufweist; ein Ventilsitzglied, das an dem nachgeordneten Ende des zylindrischen Gehäuses an einer Position vor den Kraftstoffeinspritzdüsen vorgesehen ist; ein Ventilelement, das axial beweglich in dem zylindrischen Gehäuse zwischen dem Kernrohr und dem Ventilsitzglied aufgenommen ist, wobei das Ventilelement eine zu dem nachgeordneten Ende des Kernrohrs gerichtete Strukturbasis und einen zu dem Ventilsitzglied gerichteten Ventilkopf aufweist; ein Vorspannungsglied, das das Ventilelement zu dem Ventilsitzglied vorspannt; und eine elektromagnetische Spule, die bei einer Versorgung mit Strom das Ventilelement zu dem nachgeordneten Ende des Kernrohrs gegen die Vorspannungskraft des Vorspannungsgliedes drückt, wobei die Strukturbasis des Ventilelements ein gesintertes magnetisches Metallglied ist, das mittels eine Metallpulver-Spritzgießverfahrens ausgebildet wird und eine relative Dichte im Bereich zwischen ungefähr 95% und ungefähr 98% aufweist, wobei die Strukturbasis an einem Ende, das mit dem nachgeordneten Ende des Kernrohrs in Kontakt kommen kann, eine gekerbte Oberfläche aufweist, um ein Haften des Endes der Strukturbasis an dem nachgeordneten Ende des Kernrohrs zu unterdrücken.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer zylindrischen Strukturbasis eines Ventilelements mit den folgenden Schritten angegeben:
Erzeugen eines zylindrischen Grünlings mittels eines Metallpulver-Spritzgießverfahrens; Sintern des zylindrischen Grünlings, um einen ersten zylindrischen vorläufigen Presskörper zu erzeugen; Verarbeiten des ersten zylindrischen vorläufigen Presskörpers, um einen zweiten zylindrischen vorläufigen Presskörper zu erzeugen; und Anwenden einer Pressverarbeitung auf den zweiten zylindrischen vorläufigen Presskörper, um einen fertiggestellten Presskörper als Strukturbasis zu erzeugen, wobei der fertiggestellte Presskörper an einem Ende eine gekerbte Oberfläche aufweist, die eine Vielzahl von Kerben aufweist.

Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht:
1 ist eine vertikale Schnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils der vorliegenden Erfindung,
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines wesentlichen Teils des Kraftstoffeinspritzventils der Erfindung,
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Ventilelements, das in dem Kraftstoffeinspritzventil der Erfindung verwendet wird,
4 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte zum Herstellen einer Strukturbasis des Ventilelements zeigt,
5 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer vorläufigen Strukturbasis, die mittels eines MPIM-Verfahrens (Metallpulver-Spritzgießverfahrens) erzeugt wurde,
6 ist eine vergrößerte Schnittansicht der vorläufigen Strukturbasis, auf die eine Schleifverarbeitung angewendet wurde,
7 ist eine Draufsicht aus der Richtung des Pfeils „VII" von 6, die die vorläufige Strukturbasis zeigt, auf die die Schleifverarbeitung angewendet wurde, und
8 ist eine 7 ähnliche Ansicht, die jedoch die mittels einer Pressverarbeitung fertiggestellte Strukturbasis zeigt.
Im Folgenden wird ein Kraftstoffeinspritzventil der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Um das Verständnis zu erleichtern, werden in der folgenden Beschreibung verschiedene Richtungsangaben wie etwa rechts, links, oben, unten, nach rechts usw. verwendet. Diese Richtungsangaben sind jedoch nur jeweils in Bezug auf eine Zeichnung zu verstehen, in der das entsprechende Teil gezeigt ist.
1 und 2 und insbesondere 1 zeigt ein Kraftstoffventil der vorliegenden Erfindung, das eine Gehäusestruktur 1 umfasst.
Wie nachfolgend im Detail beschrieben wird, umfasst die Gehäusestruktur 1 allgemein ein zylindrisches Metallgehäuse 2 aus einem magnetischen Material, ein ringförmiges Metalljoch 5 aus einem magnetischen Material und eine Kunststoffabdeckung 8, die das Gehäuse 2 und das Joch 5 abdeckt.
Das zylindrische Metallgehäuse 2 bildet eine Basis für die Gehäusestruktur 1. Ein magnetischer rostfreier Stahl kann als Material für das Metallgehäuse 2 verwendet werden. Wie gezeigt, weist das Metallgehäuse 2 einen gestuften unteren Teil auf. Das heißt, das Metallgehäuse 2 umfasst einen oberen Teil 2A mit größerem Durchmesser, einen unteren Teil 2C mit kleinerem Durchmesser und einen mittleren Teil 2B mit mittleren Durchmesser, durch welchen wie gezeigt der obere und der untere Teil 2A und 2C miteinander verbunden werden.
Der obere Teil 2A des Metallgehäuses 2 ist an seinem oberen Ende mit einem Flansch 2D versehen, der sich radial nach außen erstreckt. In dem oberen Teil 2A des Metallgehäuses 2 ist ein Kraftstofffilter 4 installiert.
In dem Metallgehäuse 2 ist ein zylindrischer Kraftstoffdurchgang 3 definiert. Obwohl nicht in der Zeichnung gezeigt, ist das obere offene Ende des Metallgehäuses 2 mit einem Kraftstoffzufuhrrohr verbunden, das zu einer Kraftstoffpumpe führt. Unter Betätigung der Kraftstoffpumpe wird also der zylindrische Kraftstoffdurchgang 3 mit einem unter Druck gesetzten Kraftstoff aus der Pumpe gefüllt. Wie gezeigt, erstreckt sich der Kraftstoffdurchgang 3 nach unten zu einem unteren Ende des Metallgehäuses 2, wo ein Ventilsitzglied 11 angeordnet ist.
Das Kraftstofffilter 4 ist in den oberen Teil des Metallgehäuses 2 pressgepasst, um den unter Druck stehenden Kraftstoff, der in den Kraftstoffdurchgang 3 des Metallgehäuses von der Kraftstoffpumpe geführt wird, zu reinigen bzw. zu filtern.
Das ringförmige Metalljoch 5 ist konzentrisch um den gestuften unteren Teil des Metallgehäuses 2 angeordnet. Das Metalljoch 5 umfasst einen oberen Teil 5A mit größerem Durchmesser, der konzentrisch eine elektromagnetische Spule 7 bedeckt, die konzentrisch um den unteren Teil des Metallgehäuses 2 angeordnet ist, und einen unteren Teil 5B mit kleinerem Durchmesser, der eng auf einer unteren Hälfte des unteren Teils 2C mit kleinerem Durchmesser des Metallgehäuses 2 angeordnet ist.
Zwischen dem oberen Teil 5A mit größerem Durchmesser des Metalljochs 5 und dem mittleren Teil 2B mit mittlerem Durchmesser desselben ist ein allgemein C-förmiger Verbindungskern 6 angeordnet, der den mittleren Teil 2B greift. Der Verbindungskern 6 ist aus einem magnetischen Metall ausgebildet.
Wie gezeigt, ist die elektromagnetische Spule 7 zwischen dem mittleren Teil 2B mit mittlerem Durchmesser des Metallgehäuses 2 und dem oberen Teil 5A mit größerem Durchmesser des Metalljochs 5 angeordnet. Wie nachfolgend beschrieben, bilden die elektromagnetische Spule 7, das Metallgehäuse 2, das Joch 5 und ein weiter unten genanntes Kernrohr 10 ein elektromagnetisches Stellglied.
Aus 2 wird deutlich, dass wenn die elektromagnetische Spule 7 mit Strom versorgt wird, geschlossene magnetische Kreise „H" erzeugt werden, die sich durch das Metalljoch 5, den unteren Teil 2C mit kleinerem Durchmesser des Metallgehäuses 2, das Kernrohr 10, eine zylindrische Strukturbasis 15 eines weiter unten beschriebenen Ventilelements 13 und einen Verbindungskern 6 erstrecken.
Wie ist 1 gezeigt, bedeckt die Kunststoffabdeckung 8 den oberen Teil 2A mit größerem Durchmesser des Metallgehäuses 2. Für diese Abdeckung wird eine sogenannte Einspritzgießtechnik verwendet. Das heißt, nach dem Montieren des Metallgehäuses 2, des Metalljochs 5, des Verbindungskerns 6 und der elektromagnetischen Spule 7 in einem Hohlraum einer Form (nicht gezeigt), wird ein geschmolzenes Kunststoffmaterial in den Hohlraum eingespritzt, und wenn dann das Kunststoffmaterial zu einer entsprechenden Härte ausgehärtet ist, wird ein integriertes Erzeugnis, nämlich die mit der Kunststoffabdeckung 8 bedeckte Montageanordnung aus der Form entnommen. Wie gezeigt, weist die Kunststoffabdeckung einen Vorsprungsteil auf, der zu einer Steckverbindungsbuchse 9 geformt wird.
Wie gezeigt, wird das Kernrohr 10 in den gestuften unteren Teil des Metallgehäuses 2 pressgepasst, der aus einem magnetischen Metall ausgebildet ist. Um der Form des gestuften unteren Teils des Metallgehäuses 2 zu entsprechen, weist das Kernrohr 10 eine Form mit einem oberen Teil 10A mit größerem Durchmesser, der in einen Zwischenteil 2B mit mittleren Durchmesser des Metallgehäuses 2 gepasst wird, und einem unteren Teil 10B mit kleinerem Durchmesser auf, der in dem unteren Teil 2C mit kleinerem Durchmesser des Metallgehäuses 2 aufgenommen wird, wobei dazwischen ein dünner ringförmiger Zwischenraum gelassen wird. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, wirkt bei einer Stromversorgung der elektromagnetischen Spule 7 das Kernrohr 10 mit der zylindrischen Strukturbasis 15 des Ventilelements 13 und dem Metalljoch 5 zusammen, um die geschlossenen magnetischen Kreise „H" wie in 2 gezeigt zu erzeugen. Bei einer Erzeugung der geschlossenen magnetischen Kreise „H" wird ein zylindrischer oberer Teil 15A der Strukturbasis 15 des Ventilelements 13 durch die Kreise „H" angezogen, sodass das Ventilelement 13 gegen die Vorspannungskraft einer Spiralfeder 18 nach oben zu dem Kernrohr 10 gezogen wird, um das Kraftstoffeinspritzventil der Erfindung in die geöffnete Position zu versetzen. Das heißt, in diesem Zustand wird ein kugelförmiger Ventilkopf 14 des Ventilelements 13 aus dem Ventilsitz 11B des Ventilsitzglieds 11 gelöst.
Aus 2 wird deutlich, dass wenn das Kernrohr 10 korrekt in das Metallgehäuse 2 eingesetzt ist, ein unteres ringförmiges Ende des unteren Teils 10B mit kleinerem Durchmesser des Kernrohrs 10 einem oberen ringförmigen Ende des zylindrischen Teils 15A der Strukturbasis 15 des Ventilelements 13 mit dazwischen einem Zwischenraum „S" gegenübersteht. Dieser Zwischenraum „S" wird vorgesehen, um eine nach oben gerichtete Bewegung des Ventilelements 13 zu gestatten, sodass die geöffnete Position des Kraftstoffeinspritzventils der Erfindung erreicht wird. Mit anderen Worten dient das untere ringförmige Ende des unteren Teils 10B mit kleinerem Durchmesser des Kernrohrs 10 dazu, die nach oben gerichtete Bewegung bzw. den Öffnungsgrad des Ventilelements 13 zu beschränken.
Wie am besten aus 2 ersichtlich, wird das Ventilsitzglied 11 eng in dem unteren Ende des unteren Teils 2C mit kleinerem Durchmesser des Metallgehäuses 2 aufgenommen.
Das Ventilsitzglied 11 ist an einem Teil direkt unter dem Ventilsitz 11B mit einer Kraftstoffeinspritzöffnung 11A versehen. Wie gezeigt, weist der Ventilsitz 11B eine sich verjüngende Kontaktoberfläche auf, mit welcher der kugelförmige Ventilkopf 14 in einen hermetischen Kontakt gebracht werden kann. Vorzugsweise ist die Kontaktoberfläche des Ventilsitzes 11B konkav ausgebildet, sodass sie der Form des kugelförmigen Kopfs 14 entspricht.
Unter dem Ventilsitzglied 11 ist eine Düsenplatte 12 angeordnet, die an eine untere Endoberfläche des Ventilsitzgliedes 11 geschweißt ist. Die Düsenplatte 12 ist mit einer Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen 12A ausgebildet, die sich zur Kraftstoffeinspritzöffnung 11A des Ventilsitzgliedes 11 öffnen.
Wie gezeigt ist das Ventilelement 13 in einem unteren Teil 2C mit kleinerem Durchmesser des Metallgehäuses 2 installiert und kann nur um einen kleinen Grad axial zwischen einem Kernrohr 10 und einem Ventilsitzglied bewegt werden.
Das Ventilelement 13 umfasst die zylindrische Strukturbasis 15, die axial gleitbar eine innere Oberfläche des unteren Teils 2C mit kleinerem Durchmesser des Metallgehäuses 2 kontaktiert, sowie den kugelförmigen Ventilkopf 14, der an einem unteren Ende der Strukturbasis 15 befestigt ist und in hermetischen Kontakt mit dem Ventilsitz 11B des Ventilsitzgliedes 11 gebracht werden kann.
Wie aus 2 und 3 deutlich wird, umfasst die Strukturbasis 15 des Ventilelements 13 den oberen Teil 15A mit größerem Durchmesser, der axial gleitbar die innere Oberfläche des unteren Teils 2C mit kleinerem Durchmesser des Metallgehäuses 2 kontaktiert, sowie einen unteren Teil 15B mit kleinerem Durchmesser, der sich von dem oberen Teil 15A mit größerem Durchmesser nach unten zu dem kugelförmigen Ventilkopf 14 erstreckt. Der kugelförmige Ventilkopf 14 ist an ein unteres Ende des unteren Teils 15B mit kleinerem Durchmesser geschweißt.
Der Strukturbasisteil 15 wird aus einem magnetischen Metall mittels eines MPIM-Verfahrens (Metallpulver-Spritzgießverfahrens) hergestellt. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, wird für die Herstellung der zylindrischen Strukturbasis 15 ein Pulver aus einem magnetischen Metall zusammen mit einem geeigneten Binder in eine Form eingespritzt, um einen zylindrischen Grünling zu erzeugen, wobei der Grünling dann gesintert wird, um ein Endprodukt, d.h. die Strukturbasis 15, zu erzeugen. Vorzugsweise liegt die relative Dichte der metallographischen Struktur des Strukturbasis 15 innerhalb eines Bereichs zwischen ungefähr 95% und ungefähr 98%.
Wie aus 3 deutlich wird, ist der obere Teil 15A mit größerem Durchmesser der Strukturbasis 15 mit einer konzentrischen ringförmigen Rippe 15C ausgebildet. Das heißt, der gleitbare Kontakt zwischen dem oberen Teil 15A der Strukturbasis 15 und der inneren Oberfläche des unteren Teils 2C mit kleinerem Durchmesser des Metallgehäuses 2 wird hauptsächlich durch die ringförmigen Rippe 15C vorgesehen.
Wie aus 6 und 7 deutlich wird, ist das obere ringförmige Ende des oberen Teils 15A mit größerem Durchmesser der zylindrischen Strukturbasis 15 mit einem konzentrischen Steg 15D versehen, der um sich herum eine ringförmige Vertiefung 15E lässt. Ein derartiges oberes Ende des Teils 15A wird erzeugt, indem eine weiter unten beschriebene Schleifverarbeitung angewendet wird. Wie in 8 gezeigt, werden durch das Anwenden einer Pressverarbeitung auf das obere Ende des Teils 15A viele Kerben 16 in dem ringförmigen Steg 15D ausgebildet, die jeweils dieselbe Tiefe wie die ringförmige Vertiefung 15E aufweisen. Aufgrund dieser Kerben 16 sind viele vorstehende Teile 16A vorgesehen, die jeweils zwischen zwei benachbarten Kerben 16 definiert werden. Vorzugsweise sind die vorstehenden Teile 16A oder Kerben 16 derart angeordnet, dass sie sich um eine Achse der zylindrischen Strukturbasis 15 erstrecken. In der dargestellten Ausführungsform sind die vorstehenden Teile 16A oder Kerben 16 mit gleichmäßig beabstandeten Intervallen angeordnet und erstrecken sich radial nach außen.
Weil die Kerben 16 auf dem ringförmigen Steg 15D vorgesehen sind, wird ein unerwünschtes Haften des oberen ringförmigen Endes der Strukturbasis 15 an dem unteren ringförmigen Endes des unteren Teils 10B mit kleinerem Durchmesser des Kernrohrs 10 unterdrückt, das auftreten würde, wenn das Ventilelement 13 in die geöffnete Position eintritt.
Die ringförmige Vertiefung 15E und die Kerben 16 werden einfach erzeugt, indem die Strukturbasis 15 einer nachfolgend ausführlicher beschriebenen Schleif- und Pressverarbeitung unterworfen wird. Wie aus 2 und 7 deutlich wird, ist der zylindrische obere Teil 15A der Strukturbasis 15 mit einer zylindrischen Bohrung 15F versehen, in der ein unterer Teil der Spiralfeder 18 aufgenommen wird. Aus 2 wird deutlich, dass die Bohrung 15F ein diametral reduziertes unteres Ende aufweist, an dem das untere Ende der Spiralfeder 18 sitzt.
Aus 2 wird deutlich, dass der untere Teil 15B mit kleinerem Durchmesser der Strukturbasis 15 an diametral entgegengesetzten Teilen der zylindrischen Wand mit länglichen Öffnungen 15G versehen ist, durch die der unter Druck stehende Kraftstoff in dem Kraftstoffdurchgang 3 zu dem Ventilkopf 14 geführt wird.
Wie aus 1 und 2 deutlich wird, wird ein ringförmiges Federsitzglied 17 eng in das Kernrohr 10 aufgenommen, das ein unteres Ende aufweist, gegen welches das obere Ende der Spiralfeder 18 stößt. Wie gezeigt, wird die Spiralfeder 18 zwischen dem Ventilelement 13 und dem Federsitzglied 17 komprimiert, sodass das Ventilelement 13 nach unten, d.h. zu der geschlossenen Position vorgespannt wird.
Auf 2 wird deutlich, dass wenn die elektromagnetische Spule 7 nicht mit Strom versorgt wird, der kugelförmige Ventilkopf 14 des Ventilelements 13 aufgrund der Vorspannungskraft des Spiralfeder 18 hermetisch in dem Ventilsitz 11B des Ventilsitzglieds 11 sitzt. In dieser geschlossenen Position des Ventilelements 13 bleibt ein Zwischenraum „S" zwischen dem oberen Ende des zylindrischen oberen Teils 15A des Ventilelements 13 und dem unteren Ende des Teils 10B mit kleinerem Durchmesser des Kernrohrs 10.
Wenn wie weiter oben genannt die elektromagnetische Spule 7 mit Strom versorgt wird, werden die geschlossenen magnetischen Kreise „H" durch das Metalljoch 5, das Kernrohr 10, die Strukturbasis 15 und entsprechende verbundene Teile erzeugt. Bei Erzeugung der Kreise „H" wird die Strukturbasis 15 gegen die Vorspannungskraft der Spiralfeder 18 um eine Distanz gehoben, die durch den gegebenen Raum „S" vorgesehen wird. Der kugelförmige Ventilkopf 14 wird also aus dem Ventilsitz 11B des Ventilsitzgliedes 11 gelöst.
Im Folgenden werden Schritte zum Erzeugen der zylindrischen Strukturbasis 15 des Ventilelements 13 mit Bezug auf 4 bis 8 beschrieben.
4 ist ein Flussdiagramm, das Schritte zur Herstellung der Strukturbasis 15 zeigt.
In Schritt S-1 wird ein sogenanntes Metallpulver-Spritzgießverfahren (MPIM-Verfahren) angewendet. Das heißt, Pulver eines magnetischen Metalls wird zusammen mit einem Binder in eine Form eingespritzt, um einen Grünling 21 zu bilden, der in 5 gezeigt ist. Der Binder sieht eine Plastizität vor und enthält eine entsprechende Menge an Wachs. Für das Einspritzen wird die Mischung aus dem Pulver des magnetischen Metalls und dem Binder erhitzt, um den Binder zu schmelzen. Sobald der Grünling 21 in der Form aufgrund einer ausreichenden Aushärtung des Binders eine bestimmte Härte aufweist, wird der Grünling 21 aus der Form entnommen.
Wie in 5 gezeigt, weist der geformte Grünling 21 aufgrund der Eigenschaften des MPIM-Verfahrens auf einem zylindrischen oberen Teil 21A, der dem oben genannten zylindrischen Teil 15A entspricht, vorstehende Teile 22 (in dem dargestellten Beispiel sind zwei davon gezeigt) auf, die durch die Öffnungen der Form erzeugt werden. Weiterhin umfasst der geformte Grünling 21 einen unteren Teil 21B mit kleinerem Durchmesser, der dem unteren Teil 15B mit kleinerem Durchmesser entspricht, eine zylindrische Bohrung 21F, die der zylindrischen Bohrung 15F entspricht, und längliche Öffnungen 21G, die den länglichen Öffnungen 15G entsprechen.
Der Grünling 21 wird in einen Entfettungsofen gegeben, um den Binder zu entfernen. Danach wird der Grünling 21 in einen Sinterofen gegeben, um den Grünling 21 zu sintern. Dadurch wird ein gesinterter, aber noch nicht fertiger Presskörper 21 erzeugt. Vorzugsweise weist in dem gesinterten Presskörper 21 die metallographische Struktur eine relative Dichte auf, die im Bereich zwischen ungefähr 96% und ungefähr 98% liegt. Das bedeutet, dass der gesinterte Presskörper 21 eine Porosität zwischen ungefähr 2% und ungefähr 5% aufweist, die im wesentlichen durch geschlossene Zellen definiert wird.
Wie in dem Flussdiagramm von 4 gezeigt, werden in Schritt S-2 die vorstehenden Teile 22 (siehe 5) des Presskörpers 21 mittels eines Schneidewerkzeugs abgeschnitten bzw. entfernt. In Schritt S-3 wird eine Schleifverarbeitung auf den gesamten Aufbau des vorläufigen gesinterten Presskörpers 21 angewendet. Durch diese Verarbeitungen wird die konzentrische ringförmige Rippe 15C (siehe 6) auf einem oberen Teil 15A mit größerem Durchmesser gelassen.
Dann wird in Schritt S-4 wie in 6 und 7 gezeigt eine Schleifverarbeitung auf ein oberes ringförmiges Ende des oberen Teils 15A mit größerem Durchmesser angewendet, um auf diesem den weiter oben genannten konzentrischen ringförmigen Steg 15D und die ringförmige Vertiefung 15E auszubilden. Dann wird in Schritt S-5 eine Schneide- und/oder Schleifverarbeitung auf den gesinterten Presskörper 21 angewendet, um eventuell zurückgelassene Grate zu entfernen.
Dann wird in Schritt S-6 eine Pressverarbeitung auf das obere ringförmige Ende des oberen Teils 15A mit größerem Durchmesser angewendet, auf dem der konzentrische ringförmige Steg 15D ausgebildet wurde. Durch diese Pressverarbeitung wird die weiter oben genannte Vielzahl von Kerben 16 auf dem Steg 15D ausgebildet, um die gleichmäßig beabstandeten vorstehenden Teile 16A auf der oberen Endoberfläche des oberen Teils 15A mit größerem Durchmesser zu lassen (siehe 8).
Dann wird in Schritt S-7 der gesinterte Presskörper 21 einem Metallbeschichtungsprozess wie etwa einem Hartchrom-Beschichtungsprozess oder ähnlichem unterworfen, um einen fertiggestellten Presskörper, d.h. die Strukturbasis 15, zu erzeugen.
Wie in 3 gezeigt, wird dann der kugelförmige Ventilkopf 14 an dem unteren Ende des unteren Teils 15B mit kleinerem Durchmesser der Strukturbasis 15 mittels eines Laserstrahlschweißens oder ähnlichem befestigt. Damit ist die Herstellung des Ventilelements 13 abgeschlossen.
Im Folgenden wird der Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben.
Um das Verständnis zu erleichtern, wird zuerst der geschlossene Zustand des Kraftstoffeinspritzventils beschrieben.
In diesem Zustand wird eine elektromagnetische Spule 7 nicht mit Strom versorgt, wobei ein kugelförmiger Ventilkopf 14 des Ventilelements 13 wie in 2 gezeigt hermetisch in dem Ventilsitz 11B des Ventilsitzgliedes 11 sitzt. Der unter Druck stehende Kraftstoff aus der Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) wird also in dem zylindrischen Kraftstoffdurchgang 3 des Metallgehäuses 2 gehalten.
Wenn nun die elektromagnetische Spule 7 mit Strom versorgt wird, werden geschlossene magnetische Kreise „H" durch das Metalljoch 5, das Kernrohr 10, die Strukturbasis 15 und entsprechende Verbindungsteile erzeugt, wobei jeder Kreis durch den gegebenen Zwischenraum „S" hindurchgeht, der zwischen der Strukturbasis 15 und dem Kernrohr 10 definiert wird. Daraufhin wird das Ventilelement 13 gehoben und löst den Ventilkopf 14 aus dem Ventilsitz 11B, wodurch das Kraftstoffeinspritzventil in seine geöffnete Position versetzt wird. Dementsprechend wird der unter Druck stehende Kraftstoff in dem zylindrischen Kraftstoffdurchgang 3 in einen bestimmten Raum wie etwa eine Verbrennungskammer, einen Lufteinlassdurchgang oder ähnliches des Verbrennungsmotors durch Einspritzdüsen 12A der Düsenplatte 12 eingespritzt.
Wenn dann die elektromagnetische Spule 7 nicht mehr mit Strom versorgt wird, sind die geschlossenen magnetischen Kreise „H" nicht mehr vorhanden, so dass das Ventilelement 13 aufgrund der Vorspannungskraft der Spiralfeder 18 nach unten bewegt wird. Der Ventilkopf 14 sitzt dann in dem Ventilsitz 11B, sodass das Kraftstoffeinspritzventil wieder geschlossen ist.
Im Folgenden werden vorteilhafte Merkmale der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie zuvor beschrieben, wird die zylindrische Strukturbasis 15 des Ventilelements 13 mittels eines Metallpulver-Spritzgießverfahrens (MPIM-Verfahrens) hergestellt. Deshalb kann der vorläufige gesinterte Presskörper 21 eine Porosität von ungefähr 2% bis ungefähr 5% aufweisen, die durch geschlossene Zellen definiert wird. Diese Porosität zwischen 2% und 5% bringt den folgenden Vorteil mit sich.
Um den Presskörper 21 fertig zu stellen, wird eine Pressverarbeitung auf das obere ringförmige Ende des oberen Teils 15A mit größerem Durchmesser des gesinterten Presskörpers 21 angewendet. Wie bereits mit Bezug auf den Stand der Technik genannt neigt eine derartige Pressverarbeitung dazu, eine Verformung oder Verbreiterung des Teils herbeizuführen, auf den die Presskraft tatsächlich angewendet wird. Bei der vorliegenden Erfindung verhindert jedoch die poröse Struktur von 2% bis 5%, dass das obere ringförmige Ende der Strukturbasis 15 eine derartige Verformung oder Verbreiterung erfährt. Denn aufgrund der porösen Struktur wird eine am oberen ringförmigen Ende erzeugte Verformung oder Verbreiterung vorteilhaft durch die poröse Struktur absorbiert. Es hat sich herausgestellt, dass wenn die Porosität des gesinterten Presskörpers 21. in einem Bereich zwischen 2% und 5% liegt (d.h. die relative Dichte der metallographischen Struktur im Bereich zwischen 97% und 98% liegt), das beste Ergebnis erhalten wird.
Dementsprechend wird mit der vorliegenden Erfindung eine fein verarbeitete Strukturbasis 15 des Ventilelements 13 erhalten, ohne dass hierfür eine zusätzlich Endverarbeitung erforderlich ist. Das Kraftstoffeinspritzventil der vorliegenden Erfindung weist also eine hohe Produktivität und eine höhere Kostenleistung auf.
Die vorstehende Beschreibung nimmt auf ein Beispiel Bezug, in dem sich die Vielzahl von Kerben 16, die in dem ringförmigen Steg 15D ausgebildet sind (siehe 8), radial nach außen erstrecken. Es können jedoch auch gerade und/oder gekrümmte Rillen verwendet werden können, die sich quer über den ringförmigen Steg 15D erstrecken.
Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung 2002-146260 vom 21. Mai 2002 ist hier unter Bezugnahme eingeschlossen.
Die Erfindung wurde vorstehend mit Bezug auf eine Ausführungsform beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf diese beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Es können durch den Fachmann auf der Grundlage der vorgesehenen Beschreibung verschiedene Modifikationen und Variationen an der Ausführungsform vorgenommen werden.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil mit: einem zylindrischen Gehäuse (2) aus einem magnetischen Metall, wobei das Gehäuse (2) ein vorgeordnetes Ende, durch das ein unter Druck stehender Kraftstoff in einen Kraftstoffdurchgang in dem Gehäuse geführt wird, und ein nachgeordnetes Ende, von dem der Kraftstoff durch Kraftstoffeinspritzdüsen zu einem bestimmten Teil eingespritzt wird, umfasst, einem Kernrohr (10) aus einem magnetischen Metall, wobei das Kernrohr in dem zylindrischen Gehäuse (2) aufgenommen wird und ein vorgeordnetes Ende gegenüber dem vorgeordneten Ende des zylindrischen Gehäuses (2) sowie ein nachgeordnetes Ende gegenüber dem nachgeordneten Ende des zylindrischen Gehäuses (2) aufweist, einem Ventilsitzglied (11), das an dem nachgeordneten Ende des zylindrischen Gehäuses (2) an einer Position vor den Kraftstoffeinspritzdüsen vorgesehen ist, einem Ventilelement (13), das axial beweglich in dem zylindrischen Gehäuse zwischen dem Kernrohr (10) und dem Ventilsitzglied (11) aufgenommen ist, wobei das Ventilelement (13) eine zu dem nachgeordneten Ende des Kernrohrs (10) gerichtete Strukturbasis (15) und einen zu dem Ventilsitzglied (11) gerichteten Ventilkopf (14) aufweist, einem Vorspannungsglied (18), das das Ventilelement (13) zu dem Ventilsitzglied (11) vorspannt, und einer elektromagnetischen Spule (7), die bei einer Versorgung mit Strom das Ventilelement (13) zu dem nachgeordneten Ende des Kernrohrs (10) gegen die Vorspannungskraft des Vorspannungsgliedes (18) drückt, wobei die Strukturbasis (15) des Ventilelements (13) ein gesintertes magnetisches Metallglied ist, das mittels eines Metallpulver-Spritzgießverfahrens ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallglied eine relative Dichte im Bereich zwischen ungefähr 95% und ungefähr 98% aufweist, und dass die Strukturbasis (15) an einem Ende, das mit dem nachgeordneten Ende des Kernrohrs (10) in Kontakt kommen kann, eine gekerbte Oberfläche aufweist, um ein Haften des Endes der Strukturbasis (15) an dem nachgeordneten Ende des Kernrohrs (10) zu unterdrücken.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gekerbte Oberfläche eine Vielzahl von Kerben (16) aufweist, die erzeugt werden, indem eine Pressverarbeitung auf die Strukturbasis (15) angewendet wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturbasis (15) eine zylindrische Form aufweist und dass die Vielzahl von Kerben (16) der gekerbten Oberfläche derart angeordnet sind, dass sie sich um eine Achse der Strukturbasis (15) erstrecken.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Kerben (16) der gekerbten Oberfläche mit gleichmäßig beabstandeten Abständen angeordnet sind und sich radial nach außen erstrecken.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Dichte der Strukturbasis (15) in einem Bereich zwischen ungefähr 97% und ungefähr 98% liegt.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkopf (14) an der Strukturbasis (15) festgeschweißt ist, um einen integrierten Aufbau für das Ventilelement (13) vorzusehen.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nachgeordnete Ende des Kernrohrs (10) durch eine ringförmige Kante des Kernrohrs (10) definiert wird, dass das mit dem nachgeordneten Ende des Kernrohrs (10) kontaktierbare Ende der zylindrischen Strukturbasis (15) durch eine ringförmige Kante der zylindrischen Strukturbasis (15) definiert wird und dass die gekerbte Oberfläche auf der ringförmigen Kante der zylindrischen Strukturbasis (15) ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer zylindrischen Strukturbasis, welche als ein axial bewegliches Element eines Ventilelementes verwendet wird, mit folgenden Schritten: (a) Erzeugen eines zylindrischen Grünlings mittels eines Metallpulver-Spritzgießverfahrens, (b) Sintern des zylindrischen Grünlings, um einen ersten zylindrischen vorläufigen Presskörper zu erzeugen, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch (c) Verarbeiten des ersten zylindrischen vorläufigen Presskörpers, um einen zweiten zylindrischen vorläufigen Presskörper zu erzeugen, wobei der zweite zylindrische Presskörper eine relative Dichte im Bereich zwischen ungefähr 95% und ungefähr 98% aufweist, und (d) Anwenden einer Kerben erzeugenden Pressverarbeitung auf den zweiten zylindrischen vorläufigen Presskörper, um einen fertiggestellten Presskörper als Strukturbasis (15) zu erzeugen, wobei die erzeugte Verformung absorbiert wird und der fertiggestellte Presskörper an einem Ende eine gekerbte Oberfläche mit einer Vielzahl von Kerben (16) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt (d) ein Schritte) zum Anwenden einer Metallbeschichtungsverarbeitung auf den fertiggestellten Presskörper folgt.