DE3723698C2 - Kraftstoffeinspritzventil sowie Verfahren zu dessen Einstellung - Google Patents
Kraftstoffeinspritzventil sowie Verfahren zu dessen EinstellungInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzventil
sowie einem Verfahren zu dessen Einstellung nach der Gattung
der Ansprüche 1 und 5. Es ist bereits ein Kraftstoff
einspritzventil vorgeschlagen worden (nicht veröffent
lichte DE-OS 37 10 467), bei dem der Kraftstoff stromab
eines Dichtsitzes auf ein dünnes Plättchen ("director
plate") gelenkt wird, welches mit mehreren gerichteten
Abspritzöffnungen eines bestimmten Längen-/Durchmesser
verhältnisses versehen ist. Stromab dieses die
Kraftstoffmengenzumessung vornehmenden Plättchens kann
sich noch eine Abspritzöffnung befinden. Zur Befestigung
des Plättchens wird eine die Abspritzöffnung aufnehmende
Aufbereitungshülse unter Zwischenlage des Plättchens gegen
einen Düsenkörper des Kraftstoffeinspritzventiles ver
spannt. Die Herstellung eines solchen Kraftstoffeinspritz
ventiles erfordert einen hohen Aufwand in der Fertigung
und der individuellen Einstellung, da für eine einwand
freie Funktion die charakteristischen Abmessungen von
Düsenkörper und Plättchen genau aufeinander abgestimmt
sein müssen. Insbesondere Exzentrizitäten zwischen diesen
beiden Bauteilen wirken sich negativ auf das erzeugbare
Abspritzbild aus. Außerdem gestaltet sich der vom Durch
messer und der Länge der Abspritzöffnungen abhängende, bei
jedem Kraftstoffeinspritzventil einzeln vorzunehmende
Kraftstoffmengenabgleich schwierig, da das Plättchen auf
grund seiner geringen Abmessungen nur schwer handhabbar
ist.
Bekannt ist durch die US-PS 4,646,974 ein Kraftstoffein
spritzventil, an dessen Düsenkörperstirnfläche ein dünnes
Plättchen mit mehreren Abspritzöffnungen angeordnet ist
und mittels einer als Schraube ausgebildeten Strahldüse
gehalten wird. Eine Führung des Ventilschließteiles im
Düsenkörper erfolgt nicht.
Durch die DE-AS 20 19 716 und die DE-OS 26 44 135 sind
weiterhin Kraftstoffeinspritzventile bekannt, deren Düsen
körper einen Boden mit einer Abspritzöffnung haben und bei
denen das Ventilschließteil nicht im Düsenkörper geführt
wird.
Weiterhin ist durch die DE-OS 22 54 660 ein hydraulisches
Schleifverfahren bekannt, durch das Grate von Löchern
beseitigt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoff
einspritzventil derart weiterzubilden, daß die Herstell
barkeit vereinfacht wird und Exzentrizitäten zwischen Bau
teilen vermieden werden. Diese Aufgabe wird durch die
Merkmale des Anspruches 1 bzw. 5 gelöst.
Die Anwendung des Verfahrens zur Einstellung des Kraft
stoffeinspritzventils entsprechend Anspruch 5 bietet den
Vorteil, daß das Hydroschleifen der Abspritzöffnungen eine
hochgenaue Einstellung der statischen Einspritzmenge des
Kraftstoffeinspritzventils mit relativ geringem Aufwand
bei gleichzeitiger Entgratung ermöglicht.
Durch die in den Unteransprüchen 2 bis 4 aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbes
serungen des im Anspruch 1 angeführten Kraftstoffein
spritzventiles möglich. Von Vorteil ist insbesondere die
Verwendung einer vor dem Kraftstoffeinspritzventil
befestigbaren Hülse, welche zugleich dem mechanischen
Schutz des Kraftstoffeinspritzventiles und der Formung des
abgespritzten Kraftstoffstrahles dient. Anders als bei dem
bekannten Kraftstoffeinspritzventil wird die Hülse nicht
zur Befestigung des Plättchens herangezogen, so daß eine
aufwendige Bearbeitung der jeweiligen Paßflächen entfällt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung verein
facht dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Fig. 1
zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil, Fig. 2 einen
Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab. Die Fig. 3 und 4
zeigen schematisch ein Verfahren zur Einstellung der statischen
Durchflußmenge eines Kraftstoffeinspritzventiles.
Das in der Zeichnung beispielsweise dargestellte Kraftstoffein
spritzventil für eine Kraftstoffeinspritzanlage einer gemischver
dichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine hat ein Ventilgehäuse
1 aus ferromagnetischem Material, in dem auf einem Spulenträger 2
eine Magnetspule 3 angeordnet ist. Die Magnetspule 3 hat eine Strom
zuführung über einen Steckanschluß 4, der in einem das Ventilgehäuse
1 teilweise umgreifenden Kunststoffring 5 eingebettet ist.
Der Spulenträger 2 der Magnetspule 3 sitzt in einem Spulenraum 6 des
Ventilgehäuses 1 auf einem den Kraftstoff, beispielsweise Benzin,
zuführenden Anschlußstutzen 7, der teilweise in das Ventilgehäuse 1
ragt. Das Ventilgehäuse 1 umschließt dem Kraftstoffstutzen 7 abge
wandt teilweise einen Düsenkörper 9.
Zwischen einer Stirnfläche 11 des Anschlußstutzens 7 und einer zum
genauen Einstellen des Ventils eine bestimmte Dicke aufweisenden An
schlagplatte 12, die auf eine Innenschulter 13 des Ventilgehäuses 1
aufgesetzt ist, befindet sich ein zylindrischer Anker 14. Der Anker
14 besteht aus einem nicht korrosionsanfälligen, magnetischen Mate
rial und befindet sich mit geringem radialen Abstand zu einem magne
tisch leitfähigen Absatz des Ventilgehäuses 1, auf diese Weise zwi
schen Anker 14 und Absatz einen ringförmigen Magnetspalt bildend,
koaxial im Ventilgehäuse 1. Von seinen beiden Stirnflächen aus ist
der zylindrische Anker 14 mit einer ersten 15 und einer zweiten 16
koaxialen Sackbohrung versehen, wobei die zweite Sackbohrung 16 sich
zum Düsenkörper 9 hin öffnet. Erste 15 und zweite 16 Sackbohrung
sind miteinander durch eine koaxiale Öffnung 17 verbunden. Der
Durchmesser der Öffnung 17 ist kleiner als der Durchmesser der zwei
ten Sackbohrung 16. Der dem Düsenkörper 9 zugewandte Endabschnitt
des Ankers 14 ist als Verformungsbereich 18 ausgeführt. Dieser Ver
formungsbereich 18 hat die Aufgabe, durch Umgreifen eines die zweite
Sackbohrung 16 ausfüllenden Haltekörpers 26, welcher Bestandteil ei
nes als Ventilnadel 27 ausgebildeten Ventilschließteils ist, den An
ker 14 mit der Ventilnadel 27 formschlüssig zu verbinden. Das Um
greifen des Haltekörpers 26 durch den Verformungsbereich 18 des An
kers 14 wird durch Einpressen von Material des Verformungsbereichs
18 in am Haltekörper 26 befindliche Rillen 29 erreicht.
Am Boden der ersten koaxialen Sackbohrung 15 liegt eine Druckfeder
30 mit ihrem einen Ende an, welche andererseits an einem im An
schlußstutzen 7 durch Verschrauben oder Verstemmen befestigten Rohr
einsatz 31 anliegt und welche bestrebt ist, Anker 14 und Ventilnadel
27 mit einer vom Anschlußstutzen 7 abgewandten Kraft zu beaufschla
gen.
Die Ventilnadel 27 durchdringt mit radialem Abstand eine Durchgangs
bohrung 34 in der Anschlagplatte 12 und wird in einer Führungsboh
rung 35 des Düsenkörpers 9 geführt. In der Anschlagplatte 12 ist
eine von der Durchgangsbohrung 34 zum Umfang der Anschlagplatte 12
führende Aussparung 37 vorgesehen, deren Lichte Weite größer ist als
der Durchmesser der Ventilnadel 27 in ihrem von der Anschlagplatte
12 umgebenen Bereich.
Die Ventilnadel 27 hat zwei Führungsabschnitte 39 und 40, die der
Ventilnadel 27 in der Führungsbohrung 35 Führung geben sowie einen
Axialdurchgang für den Kraftstoff freilassen und die beispielsweise
als Vierkante oder Fünfkante ausgebildet sind.
An den stromabwärts liegenden zweiten Führungsabschnitt 40 schließt
sich ein zylindrischer Abschnitt 43 geringeren Durchmessers an. Der
zylindrische Abschnitt 43 wiederum geht über einen Dichtsitz 44 in
einen kegeligen Abschnitt 45 über, welcher in einem koaxialen, be
vorzugt zylindrischen Zapfen 46 ausläuft.
In der einen Ausschnitt aus Fig. 1 darstellenden Fig. 2 ist zu er
kennen, daß der Übergang zwischen dem zylindrischen Abschnitt 43 und
dem kegeligen Abschnitt 45 gerundet ist - etwa in Form eines Ra
dius - und den Dichtsitz 44 bildet, welcher im Zusammenwirken mit
einer am Düsenkörper 9 eingearbeiteten kegeligen Ventilsitzfläche 48
ein Öffnen bzw. Schließen des Kraftstoffeinspritzventiles bewirkt.
Die kegelige Ventilsitzfläche 48 des Düsenkörpers 9 setzt sich in
der dem Anker 14 abgewandten Richtung in einem zylindrischen Sack
loch 49 fort, dessen Tiefe etwa der Länge des Zapfens 46 entspricht,
so daß zwischen der Mantelfläche des zylindrischen Sacklochs 49 und
dem zylindrischen Zapfen 46 ein Ringspalt konstanten Querschnitts
verbleibt. Die Übergänge zwischen der kegeligen Ventilsitzfläche 48
einerseits und dem Sackloch 49 andererseits sowie dem kegeligen Ab
schnitt 45 der Ventilnadel 27 einerseits und dem Zapfen 46 anderer
seits sind gerundet, um einen guten Strömungsverlauf zu gewährlei
sten. Das zylindrische Sackloch 49 ist durch einen Boden 50 abge
schlossen, welcher über eine innere, der Ventilnadel 27 zugewandte
Wand 51 und eine äußere, der Ventilnadel 27 abgewandte Wand 52 ver
fügt, wobei zumindest die äußere Wand 52 vollkommen plan ausgebildet
ist und einen Teil einer dem Anker 14 abgewandten Stirnfläche 54 des
Düsenkörpers 9 bildet. Vorzugsweise ist auch die innere Wand 51
vollkommen plan ausgebildet, so daß der Boden 50 die Gestalt eines
Plättchens aufweist.
In dem Boden 50 befinden sich mehrere Abspritzöffnungen 55, welche
von stromauf nach stromab des Bodens 50 führen. Stromaufwärts des
Bodens 50 beginnen die Abspritzöffnungen 55 in dem zwischen Sackloch
49 und Zapfen 46 gebildeten Ringraum. Die Mittelachsen der Abspritz
öffnungen 55 sind vorzugsweise nicht axial ausgerichtet, sondern
verlaufen geneigt zur Längsachse des Kraftstoffeinspritzventils, und
zwar sowohl mit radialer als auch mit tangentialer Komponente.
An der Stirnfläche 54 des Düsenkörpers 9 liegt eine Hülse 58 mit ei
ner Schulter 59 an, welche einen in Form eines Absatzes ausgebilde
ten Übergang zwischen einer sich nach außen hin öffnenden Aufberei
tungsbohrung 62 kleineren Durchmessers und einer Aufnahmebohrung 63
größeren Durchmessers bildet. Die Hülse 58 umfaßt mit der Aufnahme
bohrung 63 eine äußere Mantelfläche 64 des Düsenkörpers 9 auf einem
Teil von deren Länge und ist durch Einbördelung 66 von Material der
Hülse 58 in eine ringförmige Nut 67 in der äußeren Mantelfläche 64
des Düsenkörpers 9 am Düsenkörper 9 befestigt. Die Aufbereitungsboh
rung 62 weist eine zylindrische oder eine sich konisch erweiternde
Form auf und geht stromabwärts über eine Kante 69 in einen Absatz 70
über. Der Absatz 70 ist durch einen vorspringenden Kragen 71 einge
faßt, welcher das am weitesten vorspringende Bauteil des Kraftstoff
einspritzventiles bildet und welcher dem Schutz vor mechanischen Be
schädigungen des Kraftstoffeinspritzventiles dient.
Die Hülse 58 besteht vorzugsweise aus Aluminium, kann jedoch, da an
ihr keine exakt zu bearbeitenden Paßflächen ausgebildet sind und
auch keine besonderen Anforderungen an die mechanische Stabilität
bestehen, ebenfalls aus einem nichtmetallischen Werkstoff, z. B.
Kunststoff, gefertigt sein.
Je nach Verwendungszweck des Kraftstoffeinspritzventiles kann es
zweckmäßig sein, die Kante 69 als Aufbereitungskante zu nutzen, auf
welche die aus den Abspritzöffnungen 55 austretenden Kraftstoff
strahlen gerichtet sind. Dies ermöglicht eine gute Zerstäubung des
Kraftstoffes.
Die Funktion des Kraftstoffeinspritzventiles ist wie folgt:
Bei von Strom durchflossener Magnetspule 3 wird der Anker 14 in
Richtung auf den Anschlußstutzen 7 gezogen. Die mit dem Anker 14
fest verbundene Ventilnadel 27 hebt mit ihrem Dichtsitz 44 von der
kegeligen Ventilsitzfläche 48 ab, zwischen Dichtsitz 44 und kegeli
ger Ventilsitzfläche 48 wird ein Strömungsquerschnitt freigegeben,
wodurch der Kraftstoff durch den zwischen Sackloch 49 und Zapfen 46
gelegenen Ringraum zu den Abspritzöffnungen 55 gelangt. Die Ab
spritzöffnungen 55 werden vom Kraftstoff unter hohem Druckabfall
durchströmt, da diese den engsten Strömungsquerschnitt innerhalb des
Kraftstoffeinspritzventiles bilden. Die Größe der Abspritzöffnungen
55 entscheidet also über den Mengenstrom des abgespritzten Kraft
stoffes, der Fachmann spricht hierbei von "Zumessung". Die Länge des
Zapfens 46 ist so bemessen, daß sich dessen Stirnfläche bei ge
schlossenem Kraftstoffeinspritzventil in unmittelbarer Nähe der in
neren Wand 51 des Bodens 50 befindet. Der Zapfen 46 dient dazu, das
Volumen zwischen Dichtsitz 44 und Boden 50 zu verkleinern und die
Kraftstoffströmung in Richtung auf die Abspritzöffnungen 55 zu füh
ren.
Da das exakte Einhalten der geforderten Größe der Abspritzöffnungen
55 entscheidend ist für die Kraftstoffzumessung, kommt der Kali
brierung der Abspritzöffnungen 55 eine große Bedeutung zu. Deshalb
wird, nachdem die Herstellung der Abspritzöffnungen 55 durch ein
Erodierverfahren, beispielsweise mit Silberdraht, vorgenommen ist,
die endgültige Kalibrierung der Abspritzöffnungen 55 durch Hydro
schleifen vorgenommen.
In Fig. 3 ist dargestellt, wie durch den mit den bereits erodierten
Abspritzöffnungen 55 versehenen Düsenkörper 9 ein Testfluid unter
bestimmtem Druck strömt, dieses in einem Sammelbehälter 81 aufgefan
gen wird und die pro Zeiteinheit durchgeströmte Menge mittels einer
Volumenmeßeinrichtung 82 bestimmt wird. Auf der Basis eines
Soll-Ist-Vergleichs ist die durchströmende Menge Testfluids ein Maß
für die Dauer des daran anschließenden Hydroschleifens. Der Vorgang
des Hydroschleifens selbst ist in Fig. 4 dargestellt: Eine Schleif
paste oder ein mit Schleifzusätzen versehenes Fluid wird unter Druck
in den Düsenkörper 9 gepreßt und entweicht über die Abspritzöffnun
gen 55 in einen Sammelbehälter 83. Durch das hindurchströmende fließfähige
Schleifmittel wird Material von den Mantelflächen der Abspritzöff
nungen 55 abgetragen, so daß sich diese vergrößern. Außerdem bewirkt
das Hydroschleifen eine zunehmende Rundung der Kanten der Abspritz
öffnungen 55, was die Durchströmung der Abspritzöffnungen 55 beim
Betrieb des Kraftstoffeinspritzventiles verbessert. Nach Durchfüh
rung des Hydroschleifens kann eine nochmalige Überprüfung der stati
schen Durchflußmenge mittels des Testfluides erfolgen. Bei abermali
ger Abweichung vom geforderten Sollwert wird das Hydroschleifen wie
derholt.
Claims (5)
1. Kraftstoffeinspritzventil mit einer in einem Ventilgehäuse
angeordneten Magnetspule, einem von der Kraft der Magnetspule
beaufschlagbaren Anker, einem mit dem Anker verbundenen Ventil
schließteil, welches im Zusammenwirken mit einer an einem Düsen
körper ausgebildeten Ventilsitzfläche ein Öffnen bzw. Schließen
des Kraftstoffeinspritzventiles steuert, wobei der Düsenkörper
eine Führungsbohrung zur Führung des Ventilschließteiles hat,
und einem stromab eines Dichtsitzes befindlichen, mit mehreren
Abspritzöffnungen versehenen Bauteil in Gestalt eines dünnwandigen
Plättchens, dadurch gekennzeichnet, daß das mit den
Abspritzöffnungen (55) versehene Bauteil einstückig mit dem
Düsenkörper (9) ausgebildet ist und einen axialen, bodenartigen
Abschluß des Düsenkörpers (9) bildet.
2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, gekennzeich
net durch eine am Düsenkörper (9) befestigbare Hülse (58),
welche mit einer sich stromabwärts des Bodens (50) axial
erstreckenden Aufbereitungsbohrung (62) versehen ist.
3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hülse (58) durch Verstemmen am
Düsenkörper (9) befestigt ist.
4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß knapp stromaufwärts des Bodens (50)
ein am Ventilschließteil (27) ausgebildeter Zapfen (46)
endet.
5. Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffeinspritzventiles
mit einer in einem Ventilgehäuse angeordneten Magnetspule, einem
von der Kraft der Magnetspule beaufschlagbaren Anker, einem mit
dem Anker verbundenen Ventilschließteil, welches im Zusammen
wirken mit einer an einem Düsenkörper ausgebildeten Ventilsitz
fläche ein Öffnen bzw. Schließen des Kraftstoffeinspritzventiles
steuert und einem stromab eines Dichtsitzes befindlichen, mit
mehreren Abspritzöffnungen versehenen Bauteil in Gestalt eines
dünnwandigen Bodens (50), insbesondere nach einem der Ansprüche
1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Einbringen der
Abspritzöffnungen (55) in den dünnwandigen Boden (50) durch
Erodieren erfolgt, dann eine pro Zeiteinheit durch die Abspritz
öffnungen (55) strömende Fluidmenge gemessen wird, danach in
Abhängigkeit von der gemessenen Fluidmenge eine Dauer ermittelt
wird und anschließend während der ermittelten Dauer ein Hydro
schleifen an der Abspritzöffnungen (55) vorgenommen wird, um die
statische Durchflußmenge der Abspritzöffnungen (55) einzustellen.
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