DE3801778A1 - Blende fuer elektromagnetisch betaetigbares kraftstoffeinspritzventil und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Blende für ein elektro­ magnetisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es sind bereits elektromagnetisch betätigbare Kraft­ stoffeinspritzventile für Einspritzanlagen von Brenn­ kraftmaschinen bekannt, bei denen innerhalb eines Ven­ tilgehäuses ein elektromagnetisches Stellglied zur Bewe­ gung eines in Schließrichtung federbelasteten Ventil­ schließgliedes aus einer eine Durchtrittsöffnung absper­ renden Schließstellung in eine Öffnungsstellung angeord­ net ist.

Bei derartigen bekannten Kraftstoffeinspritzventilen, die den Vorteil einer einfachen und kostengünstigen Herstellbarkeit haben, hängt beim Betrieb mit gleich­ bleibendem Betriebsdruck des zuläufenden Kraftstoffs der Durchsatz im wesentlichen von der Geometrie der freige­ gebenen Durchtrittsöffnung ab. Wegen der sehr geringen Öffnungsdurchmesser werden an die Genauigkeit bei der Herstellung sehr hohe Anforderungen gestellt. So bedeu­ tet z.B. bei einem bestimmten Kraftstoffeinspritzventil eine Änderung des Durchmessers der Durchtrittsöffnung um 1 µm eine Durchsatzänderung von etwa 0,7%. Wenn bei der Serienfertigung Durchsatztoleranzen von +/- 2% zuge­ lassen sind, so müssen die Durchtrittsöffnungen sehr genau gefertigt sein. Die so erzielte Durchsatzgröße in der Zeiteinheit soll im Betrieb des Kraftstoffeinspritz­ ventils lange Zeit konstant bleiben. Aus diesem Grund soll der Querschnitt und die Form der Durchtrittsöffnung insbesondere nicht durch mit dem Kraftstoff mitgeführte Verunreinigungen abrasiv verändert werden. Daher werden die die Durchtrittsöffnungen enthaltenden Ventilplatten bei Kraftstoffeinspritzventilen nach dem Stand der Tech­ nik gehärtet. Das Fertigungsverfahren ist dementspre­ chend aufwendig und damit teuer.

Bekannte Kraftstoffeinspritzventile mit Drallräumen vor den Durchtrittsöffnungen erteilen dem Kraftstoff einen Drall um die Längsachse des Kraftstoffeinspritzventils und verbessern so die Zerstäubung. Anordnung, Gestalt und Anbindung der Drallräume an die Durchtrittsöffnungen bestimmen in hohem Maße die Zerstäubungsleistung des jeweiligen Kraftstoffeinspritzventils. Aus diesem Grund ist eine gute Wiederholgenauigkeit bei der Herstellung der Drallräume erwünscht. Auch hier verteuert der härtere Grundwerkstoff den Fertigungsprozeß. Ein solches elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil ist z.B. aus der EP-A1-1 86 788 bekannt.

Der Erfindung liegt däher die Aufgabe zu Grunde, eine Blende für ein elektromagnetisch betätigbares Kraft­ stoffeinspritzventil nach dem Gattungsbegriff so auszubilden, daß sie mit großer Genauigkeit auch in großen Stückzahlen einfach und preisgünstig herstellbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeich­ nenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen. Dabei ist vorteilhaft, daß die Anfangseigenschaften auch nach langer Betriebszeit erhalten bleiben.

Weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Blende sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei ist weiter vorteilhaft, daß bewährte Verfahren der Massenfertigung entsprechend abgewandelt einsetzbar sind.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist daher die Angabe eines Verfahrens zur Herstellung einer Blende für ein elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil entsprechend dem kennzeichnenden Teil des nebengeordne­ ten Anspruchs 3.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil, in dem die erfindungsgemäße Blende zum Einsatz kommen kann, in Halbschnittdarstellung,

Fig. 2 verschiedene Ausführungsformen der Blende in vergrößertem Maßstab im Längsschnitt.

Das in Fig. 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzventil weist ein Ventilgehäuse 1 auf, in dem ein Wickelkörper 2 mit der Magnetwicklung 3 angeordnet ist. Innerhalb des Wickelkörpers 2 erstreckt sich ein mit einer Durchgangs­ bohrung 5 versehener Weicheisenkern 4, dessen eines aus dem Ventilgehäuse 1 herausragendes Ende einen Einlaß­ stutzen 6 bildet, während die Stirnseite des entgegen­ gesetzten Endes des Weicheisenkerns 4 unter Bildung eines Luftspalts einer einen magnetischen Anker bildenden Ventilverschlußplatte 7 gegenübersteht. An ihrer dem Weicheisenkern 4 abgewandten Seite weist die Ventilverschlußplatte 7 eine Dichtfläche 8 auf. Eine Druckfeder 9 stützt sich am Weicheisenkern 4 ab und bringt die Ventilverschlußplatte 7 an einem koaxial zur Ventilverschlußplatte 7 liegenden Ringsitz 10, der eine Durchtrittsöffnung 11 umschließt, zur Anlage.

Der Ringsitz 10 ist Teil eines in Strömungsrichtung des Kraftstoffs nach der Ventilverschlußplatte 7 angeordne­ ten Auslaßstutzens 12, in den eine Lochblende 14 aus­ wechselbar eingesetzt ist. In der gezeigten Ausführung des Kraftstoffeinspritzventils ist der Lochblende 14 ein scheibenartiger Drallkörper 13 vorgeschaltet, wobei die Lochblende 14 und der Drallkörper 13 durch eine Arretierung 15 an einer Ringschulter 16 der Auslaß­ bohrung 17 des Auslaßstutzens 12 in Anlage gehalten sind. Je nach der erwünschten Strahlform oder dem Zerstäubungswinkel känn jedoch auch nur die Lochblende 14 in entsprechender Weise im Auslaß­ stutzen 12 befestigt sein.

Beim Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils gelangt der Kraftstoff vom Einlaßstutzen 6 durch die Durchgangs­ bohrung 5 und die Durchgangsnuten 22 an der Stirnseite des Weicheisenkerns 4 zu den Durchgangsbohrungen 23 der Ventilverschlußplatte 7 und zu dem durch die Ventilver­ schlußplatte 7 abgesperrten Ringsitz 10. Wird die Magnetentwicklung von einem vorgegebenen Strom durch­ flossen, dann hebt sich die Ventilverschlußplatte 7 infolge magnetischer Durchflutung vom Ringsitz 10 ab und der Kraftstoff gelangt am Ringsitz 10 vorbei durch die Durchtrittsöffnung 11 zur Blendenbohrung 21 der Lochblende 14 und tritt infolge der Blendenwirkung der Blendenbohrung 21 feinstzerstäubt in die Auslaßbohrung 17 des Kraftstoffeinspritzventils aus.

Den in Fig. 2 dargestellten unterschiedlichen Aus­ führungsformen der erfindungsgemäßen Blende ist gemeinsam, daß der Blendenkörper jeweils aus einem Werkstoff besteht, der auch bei der Herstellung von Halbleiterschaltkreisen verwendet wird. Hervorragend geeignet ist dazu monokristallines Silizium, aus dem in bekannter Weise Scheiben abgetrennt werden, aus denen durch fotochemische oder andere abtragende Prozesse, wie z.B. energiereiche Strahlung, die gewünschten Konturen herausgearbeitet werden. Da die elektrischen Eigen­ schaften des verwendeten Monokristalls im vorliegenden Fall keine ausschlaggebende Rolle spielen, lassen sich auch Chargen verwenden, die, z.B. durch Verunreinigungen, als Ausgangsmaterial für die Halb­ leiterherstellung unbrauchbar sind. Es sind jedoch auch andere Materialien als Werkstoff denkbar, sofern sie sich durch einen oder mehrere der erwähnten Gestaltungs­ prozesse bearbeiten lassen.

Für die Blende nach Fig. 2a) wird zweckmäßigerweise eine Scheibe von der Stärke S 1 von dem Werkstoffblock abgetrennt. Dabei kann die Fläche der Werkstoffscheibe ein Mehrfaches der Fläche einer einzelnen Blende betragen, so daß bei den nachfolgenden Gestaltungs­ prozessen im Mehrfachnutzen gearbeitet werden kann.

Die Scheibe von der Stärke S 1 wird dabei mit der Fläche 31 aufgespannt und äuf der Fläche 32 mit einem ätzfesten Lack versehen, der von jeder Blende 30 die Außenkontur 33 und die Bohrung 34 freiläßt. Beim anschließenden Ätzen mit einem dem Werkstoff entsprechenden Reagens, z.B. Flußsäure für Silizium, werden aus der Werkstoffscheibe von der Seite der Fläche 32 her die Konturen jeder Blende 30 mehrfach aus der Scheibe herausgearbeitet. Anschließend wird durch Entfernen des ätzresistenten Lackes und Neubeschichten in ähnlicher Weise der am Umfang der Blende umlaufende Rücksprung 35 hergestellt. Es ist jedoch auch denkbar, die Reihenfolge der beiden Prozesse umzukehren, d.h. zuerst die Abdeckung auf der Fläche 32 so aufzubringen, daß der Rücksprung 35 herausgeätzt wird, dann den ätzresistenten Lack zu entfernen und durch eine Neubeschichtung zu ersetzen, die den größten Durchmesser sowie die Bohrung 34 freiläßt, so daß beim anschließen­ den Ätzvorgang die Bohrung 34 herausgeätzt und die Blende 30 freigeätzt wird.

Wegen der geforderten großen Wiederholgenauigkeit des Bohrungsdurchmessers kann es zweckmäßig sein, die Bohrung in einem nachfolgenden getrennten Arbeitsgäng durch den Einsatz energiereicher Strahlung, z.B. Laser­ strahlung, herzustellen oder nach dem Vorätzen fertig­ zustellen. Dies gilt insbesondere auch für die Ausführungsformen nach den Fig. 2b) und 2c), bei denen die Bohrungen 44, 54 von der Zylinderform abweichende Konturen aufweisen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2b) erfolgt die Herstellung der Außenkontur durch Abätzen in mehreren Schritten, wobei von einer Scheibenstärke S 2 ausgehend zunächst nur die Fläche 42, für den nachfolgenden Bearbeitungsschritt auch die Fläche 46 abgedeckt wird, bis die Stufe 45 herausgeätzt ist. Schließlich wird auch die Stufe 45 durch eine ätzresistente Lackschicht abgedeckt und die Blende 40 freigeätzt. Der Materialabtrag zur Herstellung der Bohrungskontur erfolgt zweckmäßig durch Strahlung, die eine größere Genauigkeit erreichen läßt. Dabei wird der Energiestrahl um den Winkel +/-α während der Bearbeitung geschwenkt.

Analog erfolgt zur Herstellung der Blende 50 ent­ sprechend Fig. 2c) die Gestaltung der Außenkontur mit den Flächen 53, 55, 56 durch stufenweises Ätzen, während die Gestaltung der Bohrung 54 als auch der kegelförmigen Fläche 52 mittels Laserstrahlung durchgeführt wird. Dazu wird zuletzt der Laserstrahl beim Abarbeiten um den Winkel β geschwenkt und zentrisch um die Bohrungsachse geführt.

Claims (4)

1. Blende für ein elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil für Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, dessen Ventilgehäuse im wesentlichen koaxial vom Kraftstoff durchströmt ist und die Blende stromab eines elektromagnetisch betätigbaren, in Schließrichtung federbelasteten Ventilschließgliedes angeordnet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Blende (24, 30, 40, 50) aus einem Werkstoff großer Naturhärte besteht.

2. Blende nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (14, 30, 40, 50) aus monokristallinem Silizium besteht.

3. Verfahren zur Herstellung einer Blende für ein elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffeinspritz­ ventil für Einspritzanlagen von Brennkraft­ maschinen, dessen Ventilgehäuse im wesentlichen koaxial vom Kraftstoff durchströmt ist und die Blende stromab eines elektromagnetisch betätigbaren in Schließrichtung federbelasteten Ventilschließgliedes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Bohrung (21, 34, 44, 54) und/oder der Außenkontur der Blende (14, 30, 40, 50) durch Ätzen erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur der Bohrung durch die Anwendung energiereicher Strahlung herausgearbeitet wird.