EP0312708B1 - Elektromagnetisches Einspritzventil für Brennkraftmaschinen und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Elektromagnetisches Einspritzventil für Brennkraftmaschinen und Verfahren zu seiner Herstellung Download PDF

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EP0312708B1 EP88111303A EP88111303A EP0312708B1 EP 0312708 B1 EP0312708 B1 EP 0312708B1 EP 88111303 A EP88111303 A EP 88111303A EP 88111303 A EP88111303 A EP 88111303A EP 0312708 B1 EP0312708 B1 EP 0312708B1
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    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F02M51/0625—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
    • F02M51/0664—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding
    • F02M51/0667—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding the armature acting as a valve or having a short valve body attached thereto
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    • F02M61/168—Assembling; Disassembling; Manufacturing; Adjusting

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic injection valve for internal combustion engines according to the preamble of patent claim 1 and a method for its production according to the preamble of patent claim 3.
  • an element is axially displaced within a tube arranged centrally in the valve, whereby the preload of the spring loading the valve closing body is to be adjusted.
  • the named element is secured in different ways. If the tube is at the same time the magnetic core, at the free end of which the magnet armature strikes, there is a risk that the armature will tilt after a long period of operation if it has worked something into the tube due to asymmetrical impact. The valve then no longer measures precisely and is no longer leakproof.
  • JP-A-5815758 discloses an electromagnetic injection valve for internal combustion engines, the fuel outlet of which is controlled by a valve closing body which is loaded by a spring onto a valve seat and acts as an armature under the force of an excited magnetic field generated by an electrical coil and an iron circuit in an iron-free gap and lifts off the valve seat, the iron core protruding into the coil being designed as a round rod and fixed with a section, but adjustable in the longitudinal direction, clamped in the valve housing and, after adjustment, fixed to the valve housing by laser welding.
  • this adjustment does not allow adjustment in the fuel throughput.
  • the object of the invention is therefore to design an injection valve of the type mentioned in such a way that, in the method for its production, the setting processes of spring force and stroke which are decisive for the function of the valve can be carried out simply and precisely and can be permanently secured.
  • the claim 3 relates to a method for its production.
  • the advantage that can be achieved with the invention is, in particular, that very simple adjustment methods of the highest accuracy can be achieved at a low cost by a change in length formed by deformation for adjusting the stroke with subsequent adjustment of the spring force via a clamping ring.
  • a valve upper part 1 is made of magnetizable soft iron as an extruded part or the like and in connection with a round rod 2 made of magnetizable material with the function of an adjusting pin and a valve housing 3.
  • An electrical coil 4 is inserted in the annular space remaining between round rod 2 and valve housing 3. which is excitable via leads, not shown.
  • the fuel flows from a supply line 5 around the coil to the fuel return 6 and in this way cools the coil.
  • the fuel is in contact with a valve seat 8 in the region of a valve seat body 7 fastened to the valve housing 3 in accordance with its delivery pressure.
  • On the round rod 2 there is a clamping ring 9 (shown in FIG. 2) which cooperates with a spring 10 which loads a valve closing body 11 in the direction of the valve seat 8.
  • the stroke of the valve closing body 11, which acts as an armature, is located between the end face of the round rod 2 and the spherical end face of the valve closing body 11, which can be designed as a round rod, but also as a plate, ball or hemisphere.
  • the preassembled fuel injector is adjusted in several steps:
  • the centrally arranged round rod 2 is, when the coil is energized (tightened valve closing member 11), by a tool around a specified setpoint, e.g. approx. 0.03-0.08 mm, axially displaced towards valve seat 8 and in this position with neck 12 of valve upper part 1 by e.g. Laser welding connected.
  • the coarse adjustment can also be achieved by pressing, if the affected parts are designed accordingly, whereby laser welding is not required. It is also conceivable to specify a flow value as a reference variable for the axial displacement.
  • the length of the rod 2 is changed by means of an embossing device 15 by the radial force acting on it.
  • the embossing process is carried out depending on the flow of a test medium under pressure (air, fuel or other medium) and taking into account the springback of the deformed material. It is important that the embossing is carried out at a constant speed and that after the setpoint has been reached, the embossing dies are immediately pulled out of the embossing marks 16 in order to avoid further flow of the material and thus a further undesired change in length.
  • the embossing dies are advantageously cylindrical in a certain diameter and with a small lift-off bevel in order to achieve a desired constant, finely metered change in length, in this case in a ratio of approx. 10: 1 on the other hand to avoid jamming when the dies are withdrawn from the deformed material.
  • a stroke adjustment method an adjustment accuracy of ⁇ 0.001 mm can be achieved.
  • the spring force of the spring 10 is adjusted during dynamic operation of the valve, i.e. This is clocked with a fixed frequency and opening time, with fuel under operating pressure.
  • the clamping ring 9 arranged on the round rod 2 is axially displaced by means of a tool 17.
  • the tool 17 is equipped with two punches which engage through two opposing return bores 6 in the valve upper part 1 in recesses 18, 19 of the clamping ring 9, the one punch first pushing the clamping ring 9 apart and thus releasing the clamping connection. Both stamps raise or lower the loosened clamping ring 9, whereby the spring 10 is more or less tensioned.
  • the position in which the defined fuel throughput is measured is fixed by tensioning the clamping ring 9 on the round rod 2, supported by both arms of the device 17.
  • One arm of the device 17 moves out of the recess 18 of the clamping ring 9 until the clamping connection between the clamping ring 9 and the round rod 2 is restored.
  • a further advantage is that the change in the stroke due to springing back of the material deformed transversely to the longitudinal direction can only occur in a ratio of approximately 1:10 in the event of aging. An associated change in throughput remains within narrow tolerances.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Einspritzventil für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu seiner Herstellung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.
  • Derartige Einspritzventile sind bekannt. Hier tritt das Problem auf, daß zur Durchflußmengenbestimmung die Notwendigkeit besteht, eine Abstimmung zwischen der den Ventilkörper belastenden Federkraft und der Magnetöffnungskraft herzustellen, so daß gewährleistet ist, daß das Ventil bei abgeschaltetem Erregerstrom sicher auf dem Ventilsitz aufliegt und diesen abdichtet und andererseits die in Öffnungsrichtung wirkende Magnetkraft hohe Schaltfrequenzen ermöglicht, ohne daß dies durch die Federkraft beeinträchtigt wird. Ferner ist es erforderlich, daß zum gleichen Zweck der Durchflußmengenbestimmung der Hub des Ventilkörpers genau justiert wird. Für die Justierung ist es bekannt, daß der den Ventilsitz tragende Düsenkopf aus Blech ausgebildet ist und in der Einstelloperation solange deformiert wird, bis das geforderte Maß des Hubes erreicht ist. Ferner ist es bekannt, daß innerhalb eines zentrisch im Ventil angeordneten Rohres ein Element axial verschoben wird, womit die Vorspannung der den Ventilschließkörper belastenden Feder eingestellt werden soll. Das genannte Element wird auf verschiedene Weise gesichert. Sofern das Rohr gleichzeitig der Magnetkern ist, an dessen freies Ende der Magnetanker anschlägt, so besteht die Gefahr, daß sich der Anker nach längerer Betriebszeit verkantet, wenn er sich durch asymmetrisches Aufschlagen etwas in das Rohr eingearbeitet hat. Das Ventil mißt dann nicht mehr präzise zu und ist auch nicht mehr dicht.
  • Aus der DE-OS 34 31 677 ist bereits bekannt, daß eine Anschlagbuchse durch Verquetschen von Material in Einstiche, die sich am Umfang der Ventilnadel befinden, mit dieser formschlüssig zu verbinden. Da jedoch das Material der Anschlagbuchse im Quetschbereich zu Rückfederung neigen kann, bestehen hinsichtlich der Dauerhaltbarkeit dieser Verbindung Probleme.
    Die JP-A-5815758 offenbart ein elektromagnetisches Einspritzventil für Brennkraftmaschinen, dessen Brennstoffaustritt von einem durch eine Feder auf einen Ventilsitz belasteten Ventilschließkörper kontrolliert wird, der unter der Kraftwirkung eines erregten, mittels einer elektrischen Spule und Eisenkreis in einem eisenfreien Spalt erzeugten Magnetfeldes als Anker wirkt und vom Ventilsitz abhebt, wobei der in die Spule hineinragende Eisenkern als Rundstab ausgeführt und mit einem Abschnitt fest, aber in Längsrichtung justierbar, im Ventilgehäuse eingespannt ist und nach der Justierung durch Laserschweißen mit dem Ventilgehäuse fixiert wird. Diese Justierung ermöglicht jedoch keine Einstellung bei Brennstoffdurchsatz.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Einspritzventil eingangs genannter Art derart auszubilden, daß bei dem Verfahren zu seiner Herstellung die für die Funktion des Ventils maßgeblichen Einstellvorgänge von Federkraft und Hub einfach und präzise durchgeführt und dauerhaft gesichert werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 hinsichtlich des Einspritzventils gelöst. Der Anspruch 3 bezieht sich auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.
  • Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin, daß durch eine durch Verformung gebildete Längenänderung zur Hubeinstellung mit nachfolgender Federkrafteinstellung über einen Spannring sehr einfache Einstellmethoden höchster Genauigkeit bei geringen Kosten erreicht werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1 einen Schnitt durch ein Einspritzventil,
    • Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Spannring.
  • Ein Ventiloberteil 1 ist aus magnetisierbarem Weicheisen als Fließpreßteil oder dergleichen hergestellt und in Verbindung mit einem aus magnetisierbarem Werkstoff bestehenden Rundstab 2 mit der Funktion eines Justierstiftes und einem Ventilgehäuse 3. In dem zwischen Rundstab 2 und Ventilgehäuse 3 verbleibenden Ringraum ist eine elektrische Spule 4 eingesetzt, die über nicht dargestellte Zuleitungen erregbar ist. Der Brennstoff fließt von einer Zuleitung 5 um die Spule herum zum Brennstoffrücklauf 6 und kühlt auf diese Weise die Spule. Gleichzeitig steht der Brennstoff entsprechend seinem Förderdruck im Bereich eines am Ventilgehäuse 3 befestigten Ventilsitzkörpers 7 an einem Ventilsitz 8 an. Auf dem Rundstab 2 befindet sich ein Spannring 9 (in Fig. 2 dargestellt), der mit einer Feder 10 zusammenwirkt, die einen Ventilschließkörper 11 in Richtung des Ventilsitzes 8 belastet.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich der Hub des als Anker wirkenden Ventilschließkörpers 11 zwischen der Stirnfläche des Rundstabes 2 und der balligen Stirnfläche des Ventilschließkörpers 11, der als Rundstab, jedoch auch als Platte, Kugel oder Halbkugel ausgebildet sein kann.
  • Bevor zur Vervollständigung des Ventils die dazu benötigten Bauteile (in der Zeichnung nicht dargestellt) montiert werden, erfolgen nachstehend beschriebene Einstellvorgänge.
  • Das vormontierte Einspritzventil wird in seinem Ventilhub in mehreren Schritten justiert:
    • a) Grobeinstellung
  • Der zentrisch angeordnete Rundstab 2 (Justierstift) wird bei erregter Spule (angezogenes Ventilschließglied 11) durch ein Werkzeug um einen festgelegten Sollwert, z.B. ca. 0,03-0,08 mm, axial in Richtung Ventilsitz 8 verschoben und in dieser Stellung mit dem Hals 12 des Ventiloberteils 1 durch z.B. Laserschweißung verbunden. Die Grobeinstellung kann auch, bei entsprechender Auslegung der betroffenen Teile, durch Pressen erreicht werden, wodurch das Laserschweißen entfällt. Ebenso ist es denkbar als Führungsgröße der axialen Verschiebung einen Durchflußwert vorzugeben.
    • b) Feineinstellung
  • Durch zwei sich im Hals 12 des Ventiloberteils 1 gegenüberliegende Bohrungen 13,14 erfolgt mit Hilfe einer Prägevorrichtung 15 durch radiale Krafteinwirkung auf den Rundstab 2 eine Längenänderung desselben. Der Prägungsvorgang wird in Abhängigkeit des Durchflußes eines unter Betriebsdruck stehenden Prüfmediums (Luft, Kraftstoff oder anderes Medium) und unter Berücksichtigung der Rückfederung des verformten Materials durchgeführt. Dabei ist es wichtig, daß die Prägung mit einer konstanten Geschwindigkeit ausgeführt wird und nach Erreichen des Sollwertes die Prägestempel sofort aus den Prägemarken 16 gezogen werden, um ein weiteres Fließen des Materials und damit eine weitere ungewünschte Längenänderung zu vermeiden.
  • Vorteilhafterweise sind die Prägestempel abhängig vom zu verformenden Material und dessen Profil und Durchmesser zylindrisch in einem bestimmten Durchmesser und mit einer geringen Aushebeschräge ausgebildet, um einmal eine gewünschte konstante, fein dosierte Längenänderung, in diesem Fall im Verhältnis von ca. 10: 1, zu erreichen, zum anderen, um ein Klemmen beim Zurückziehen der Prägestempel aus dem verformten Material zu vermeiden. Mit diesem Hubeinstellverfahren ist eine Einstellgenauigkeit von ≧  0.001 mm erreichbar.
  • Anschließend an die unter angelegter Spannung bei stets geöffnetem Einspritzventil durchgeführte Hubeinstellung erfolgt die Einstellung der Federkraft der Feder 10 bei dynamischem Betrieb des Ventils, d.h. dieses wird mit einer festgelegten Frequenz und Öffnungsdauer getaktet, wobei Brennstoff unter Betriebsdruck anliegt. Dabei wird der auf dem Rundstab 2 angeordnete Spannring 9 mittels eines Werkzeugs 17 axial verschoben. Das Werkzeug 17 ist mit zwei Stempeln ausgerüstet, die durch zwei sich in dem Ventiloberteil 1 befindliche, gegenüberliegende Rücklaufbohrungen 6 in Ausnehmungen 18,19 des Spannrings 9 eingreifen, wobei der eine Stempel zuerst den Spannring 9 auseinanderdrückt und somit die Klemmverbindung löst. Beide Stempel heben oder senken den gelösten Spannring 9, wodurch die Feder 10 mehr oder weniger gespannt wird. Die Position, in der der festgelegte Brennstoffdurchsatz gemessen wird, wird durch Spannen des Spannringes 9 auf den Rundstab 2, unterstützt durch beide Arme der Vorrichtung 17, fixiert. Dabei fährt der eine Arm der Vorrichtung 17 soweit aus der Ausnehmung 18 des Spannringes 9 heraus, bis die Klemmverbindung zwischen Spannring 9 und Rundstab 2 wieder hergestellt ist.
  • Für sämtliche Einstellvorgänge wird nur eine Vorrichtung benötigt, wobei darauf zu achten ist, daß das Einspritzventil dabei schwimmend auf gehängt ist, um die beim Prägevorgang auftretenden Querkräfte nicht auf das Ventilgehäuse zu übertragen.
  • Weiter von Vorteil ist, daß bei Alterung die Veränderung des Hubes durch Zurückfedern des quer zur Längsrichtung verformten Materials maximal nur im Verhältnis ca. 1: 10 auftreten kann. Eine damit verbundene Durchsatzänderung bleibt innerhalb enger Toleranzen.

Claims (3)

1. Elektromagnetisches Einspritzventil für Brennkraftmaschinen, dessen Brennstoffaustritt von einem durch eine Feder auf einen Ventilsitz (8) belasteten Ventilschliebkörper (11) kontrolliert wird, der unter der Kraftwirkung eines erregten, mittels einer elektrischen Spule (4) und Eisenkreis in einem eisenfreien Spalt erzeugten Magnetfeldes als Anker wirkt und vom Ventilsitz (8) abhebt, wobei der in die Spule (4) hineinragende Eisenkern als Rundstab (2) ausgeführt und mit einem Abschnitt fest in einem Ventilgehäuseoberteil (1) eingespannt ist und am nicht eingespannten Abschnitt einen Anschlag für den Ventilschließkörper bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht eingespannte Abschnitt des Rundstabes (2) quer zur Längsrichtung wenigstens zwei zur Rundstabmitte gerichtete Prägemarken (16) aufweist und am Ventiloberteil (1) im Bereich der Prägemarken (16) Öffnungen (13, 14) zum Einführen von Prägewerkzeugen (15) angeordnet sind.
2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht eingespannte Abschnitt des Rundstabes (2) einen in Längsrichtung des Rundstabes durch Ventilgehäuseöffnungen (6) hindurch verstellbaren als Spannring (9) ausgeführten Federanschlag aufweist.
3. Herstellungsverfahren eines elektromagnetischen Einspritzventils für Brennkraftmaschinen, dessen Brennstoffaustritt von einem durch eine Feder auf einen Ventilsitz belasteten Ventilschließkörper kontrolliert wird, der unter der Kraftwirkung eines erregten, mittels einer elektrischen Spule und Eisenkreis in einem eisenfreien Spalt erzeugten Magnetfeldes als Anker wirkt und vom Ventilsitz abhebt, wobei der in die Spule hineinragende Eisenkern als Rundstab ausgeführt einen Anschlag für den Ventilschließkörper bildet und einen Federanschlag aufweist nach den Ansprüchen 1 und 2 und in einem
1. Verfahrensschritt als Grobeinstellung des Ventilhubes mit Hilfe eines Werkzeuges eine axiale Verstellung in Richtung Ventilsitz erfährt und in einem
2. Verfahrensschritt in dieser Stellung mit seinem ersten Abschnitt im Ventilgehäuse fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem
3. Verfahrensschritt eine Feineinstellung des Ventilhubes durch eine bleibende Längsverformung des nicht fixierten Abschnittes des Rundstabes (2) durch Prägen von in Prägemarken (16) eingreifenden Prägewerkzeugen (15) erreicht wird, und in einem
4. Verfahrensschritt eine Federkraftjustierung der den Ventilschließkörper (11) einerseits belastenden Feder (10) dadurch erfolgt, daß ein auf dem nicht fixierten Abschnitt des Rundstabes (2) angeordneter Anschlag (9), auf dem sich die Feder (10) andererseits abstützt, axial verstellt und anschließend festgespannt wird.
EP88111303A 1987-10-17 1988-07-14 Elektromagnetisches Einspritzventil für Brennkraftmaschinen und Verfahren zu seiner Herstellung Expired - Lifetime EP0312708B1 (de)

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