EP1744054A1 - Aktive Ankerhubeinstellung bei Kraftstoffinjektoren - Google Patents

Aktive Ankerhubeinstellung bei Kraftstoffinjektoren Download PDF

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EP1744054A1
EP1744054A1 EP06114059A EP06114059A EP1744054A1 EP 1744054 A1 EP1744054 A1 EP 1744054A1 EP 06114059 A EP06114059 A EP 06114059A EP 06114059 A EP06114059 A EP 06114059A EP 1744054 A1 EP1744054 A1 EP 1744054A1
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stroke
armature stroke
guide body
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    • F02M63/0043—Two-way valves

Definitions

  • the invention relates to a method for adjusting the armature stroke in a fuel injector of internal combustion engines.
  • stroke-controlled injection systems can be used, with rapidly switching solenoid valves being used to control an injection valve of an electrically controlled fuel injection device with injection valve member.
  • the injection valve member of the fuel injection device is thereby loaded by a prevailing in a control chamber pressure in the closing direction.
  • To initiate the injection of the excited magnet of the solenoid valve leads to a pressure relief of the control chamber, whereupon the injection valve member is lifted by the voltage applied to the opposite side of the high pressure of their seat.
  • DE 196 50 865 A1 describes a solenoid valve for controlling the fuel pressure in a control chamber of an injection valve, for example, a common rail injection system.
  • a stroke movement of a valve piston is controlled, with which an injection port of the injection valve is opened or closed.
  • the solenoid valve comprises an electromagnet, a movable armature and an injection valve member which is moved with the armature and acted upon by a valve closing spring in the closing direction and which cooperates with a valve seat of the solenoid valve and thus controls the fuel drain from the control chamber.
  • the injection valve member includes a closure member and a closure member guide body partially enclosing the closure member.
  • the movable armature is expediently designed in several parts so as to reduce the moving mass of the assembly armature injection valve member and thus the bouncing of the injection valve member at its seat and a ringing of the armature causing kinetic energy.
  • the two-piece armature includes an anchor bolt and an armature plate slidably received on the armature bolt against the force of a return spring in the closing direction of the injection valve member under the action of its inertial mass.
  • the opening stroke of the injection valve member in a fuel injector is decisive for the injected fuel quantity per unit time and is typically at values of 50 ⁇ m with a tolerance range of +/- 4 ⁇ m.
  • the opening stroke adjustment of the injection valve member takes place via shims.
  • the individual dimensions of the components to be joined together of a fuel injector which are relevant for the opening stroke, determined in a mechanical process and then selected according to the determined dimensions and tolerances from a wide range of panes, the correspondingly appropriate adjustment or spacer.
  • the magnet of the solenoid valve is clamped and loaded with a defined hold-down force F1.
  • the armature plate including the armature pin, the valve spring and a valve spring adjustment disc is pressed against the magnet and determines a measure a, which represents the distance between the lower, the injection valve member facing end face of the anchor bolt and the contact surface of the adjusting of the solenoid valve.
  • the measuring of an injector or holding body takes place in which a hold-down force F4 acts on the clamped injector body and the injection valve member is loaded with a hold-down force F5.
  • the difference measure b between the contact surface of the injection valve member with the anchor bolt and the bearing surface of the adjusting washer on the injector body is determined. This determines the thickness of the shim from the difference of the dimension a to measure b plus the set value of the opening stroke, referred to as AH soll .
  • the solenoid valve which is open at the top for a fuel return, is then screwed together with the appropriately dimensioned adjustment dial with the actual injector body. In this screwed or clamped state, the opening stroke is measured with high precision by means of laser distance measurement by means of the fuel return.
  • the injection valve In order to subsequently achieve an adjustment of the armature stroke within the narrow tolerance range, the injection valve must be completely disassembled and the choice of a shim be reset with a different dimensioning of the armature stroke. If necessary, this process is repeated several times until there is an acceptable tolerance setting of the armature stroke in the injection valve. This often iterative approach is extremely time consuming and therefore costly. In addition, the disassembly and selection of the correct shim requires a great deal of experience on the part of the staff to minimize rework. Overall, the currently practiced procedure is considered to be extremely unsatisfactory and is unsuitable for future injector generations, since they require even lower tolerance values.
  • the object of the present invention is to provide a simple method with which an armature stroke adjustment in an injection valve with a fuel return within a solenoid valve is largely independent of individual tolerances of the components and can be actively set in the screwed state of the solenoid valve with an injector body.
  • armature stroke tolerances required for future injector generations are to be made possible without high cost, i. without reducing the manufacturing tolerances of all the individual components of the injection valve, which would require new manufacturing processes, new equipment, more accurate measurement methods for manufacturing tolerance monitoring.
  • the method according to the invention allows the armature stroke adjustment in the screwed state of the injection valve.
  • a direct influence is taken on a measure b, which represents the distance between an upper contact surface of an injection valve member, which comprises a closing element guide body and a closing element, and the bearing surface of the adjusting washer on the injector body.
  • a plastic deformation is preferably introduced exclusively into the closing element guide body by an applied embossing force such that the decisive for the armature stroke dimension b changes, whereby a smaller, standard armature stroke is increased to the target value of the armature lift.
  • embossing of the closing element into the closing element guide body is achieved by the applied embossing force.
  • the stamp used for the inventive method is designed so that it can be safely and easily introduced into the fuel return of the solenoid valve without damaging this during the stamping process.
  • the material used for the die has higher hardness and strength values than the corresponding sizes of material from which the anchor bolt is made.
  • the closing element which is preferably designed as a ball, consists in particular of passenger car injection valves made of silicon nitride, which ensures that deform during the embossing process only the closing element guide body and the valve seat of the valve piece according to the embossing.
  • the deformation of the valve seat on the valve piece can influence the flow conditions in the valve opening area.
  • the closing element guide body is modified such that the embossing force applied by the embossing stamp almost exclusively leads to a plastic deformation on the closing element guide body, while the valve seat remains unchanged on the valve piece.
  • Figure 1 shows a section through a fuel injector with a solenoid valve with an integrated fuel return, wherein an armature stroke is set via a shim, according to the prior art.
  • the fuel injector 1 illustrated in FIG. 1 comprises an injector body 2 in which an injection valve member 5 that is movable in the axial direction is movably guided in a cylinder bore 3, which is introduced into a valve piece 4.
  • the injection valve member 5 is acted upon at one end face via the pressure prevailing in a control chamber 6 pressure.
  • the relief channel 8 opens into a conically countersunk region 12 on the outer end side of the valve piece 4.
  • the valve piece 4 is clamped in a flange 13 fixed by a screw 14 with the injector 2.
  • a valve seat 15 is formed, with which a closing element 16 of a solenoid valve actuating the injection valve 17 cooperates.
  • the ball-shaped closing element 16 in FIG. 1 is partially enclosed by a closing element guiding body 18 adapted to the contour of the closing element 16.
  • the closing element guide body 18 bears against an end face 19 of an anchor bolt 21, which forms an anchor plate 22 a multi-part armature 20. This cooperates with an electromagnet 23 of the solenoid valve 17.
  • the armature plate 22 is mounted dynamically displaceable on the anchor bolt 21 under the action of its inertial mass against the biasing force of a return spring 24 and is pressed by the return spring 24 against a stop 25 on the anchor bolt 21.
  • the return spring 24 is supported on the housing side against a contact surface 26 of the anchor bolt 21 leading screw piece 14, which is clamped in the injector body 2. Also on the contact surface 26 is a shim 27, which limits the path of the armature plate 22 in the closing direction.
  • the anchor bolt 21 and the closing element 16 coupled with it, as well as the anchor plate 22 are constantly acted upon by a valve spring 28 which is fixed to the housing and bears against a valve spring adjustment disk 29 in the closing direction, so that the closing element 16 is normally in the closed position on the valve seat 15.
  • a valve spring 28 which is fixed to the housing and bears against a valve spring adjustment disk 29 in the closing direction, so that the closing element 16 is normally in the closed position on the valve seat 15.
  • a shim 30 of a thickness s determined in a measuring method is inserted, which defines an armature stroke of the closing element 16 in the clamped state of the magnetic valve 17 and injector body 2.
  • FIG. 2 illustrates the relevant dimensions for determining the armature stroke of the closing element 16.
  • a measure a represents the situation when the electromagnet 23 is energized and gives the distance between the end face 19 of the anchor bolt 21, wherein the position of the end face 19 is designated 19 'in the energized state of the electromagnet 23 to the contact surface 31 on the solenoid valve 17 for classifying dial 30 in the open state of the injection valve member 5 again.
  • a measure b is determined on the injector body 2 in a state that simulates the closed position of the injection valve member 5. The dimension b represents the distance between an end face 32 of the closing member guide body 18, which comes to rest with the end face 19 of the anchor bolt 21, to a bearing surface 33 on the injector body 2 for the shim 30 to be inserted.
  • the thickness s of the shim 30 results from the difference between the dimension a and the dimension b plus the desired value of the armature stroke AH Soll , which is designated in Figure 2 by reference numeral 34.
  • the shim 30 with the thickness s can now be placed on the support surface 33 and solenoid valve 17 and injector 2 are braced against each other.
  • the fixed armature stroke of the closing element 16 is measured.
  • the tolerance of the armature stroke is particularly dependent on the manufacturing tolerances of the individual components of the fuel injector 1 and can not be changed in the present fuel injector 1 without a complete disassembly of the fuel injector 1.
  • an embossing punch 35 is introduced by the integrated fuel return 11, which is adapted in its configuration of the geometry of the fuel return 11.
  • the embossing punch 35 shown in FIG. 4, which is preferably made of a material which has a higher hardness / strength than that of the anchor bolt 21, comprises regions of different diameters, which produce a step-shaped outer contour.
  • an end face 36 of the embossing punch 35 bears against a contact surface 37 of the anchor bolt 21 during the embossing process, whereby the embossing force introduced into the embossing punch 35 from above is transmitted via the contact surface 37 in the anchor bolt 21, via the locking element guide body 18 to the closing element 16.
  • the applied stamping force leads to deformation of the closing element guide body 18, in particular on a contact surface 38 of the closing element guide body 18 and for deformation of the valve piece 4, in particular in the tapered region 12 of the valve seat 15
  • Valve seat 15 resulting from the embossing change in shape can affect the flow conditions in the opening region of the discharge channel 8 on the valve seat 15 have.
  • Plastic deformation is therefore desired only on the closure element guide body 18.
  • a correspondingly modified design of the contact surface 38 on the closing element guide body 18 can be formed, as illustrated in FIG.
  • the contact surface 38 on the closure element guide body 18 for receiving the closure element 16 has a contour which provides exposed regions 39 which, due to the plastic deformation introduced during the embossing process, approximate to the shape of the closure element 16.
  • the successful implementation of the method according to the invention sets in tensioned fuel injectors 1 an armature stroke AH is predicted, which is smaller than the desired armature stroke AH Soll .
  • the exact setting of the armature stroke AH Soll with small tolerance can be done by embossing.
  • embossing a distinction is made between a method which represents an achieved embossing depth as a function of the applied embossing force and a method which represents the embossing depth achieved as a function of the path of the embossing punch.
  • the prevailing armature stroke AH Ist in the strained fuel injector 1 which results after the assembly of the individual components, is first determined.
  • the embossing punch 35 is introduced into the fuel return 11 such that the end face 36 of the embossing punch 35 comes to lie against the contact surface 37 of the anchor bolt 21.
  • the embossing punch 35 is acted upon by a first embossing force with direction of action toward the anchor bolt 21, which leads to a deformation of the contact surface 38 on the closing member guide body 18 by impressing the closing element 16.
  • the now prevailing armature stroke AH is again measured.
  • armature stroke AH determined actual or from the target value of the armature stroke AH from target, then in a further embossing or steps can be changed with decreasing embossing forces of the armature travel until the desired armature stroke is achieved AH target with the desired tolerance.
  • prevailing stamping forces can be in a range of a few kN, whereby embossing depths up to a few microns can be achieved.
  • the prevailing armature stroke AH Ist is determined in the fuel injector 1.
  • a deviation of the prevailing armature lift AH is from the desired armature travel AH
  • the prevailing armature stroke AH Ist is determined and compared with the target value of the armature lift AH Soll . Depending on this, this process can be repeated until the desired result is achieved.
  • an active armature stroke adjustment can be achieved which avoids disassembly of the fuel injector and thus presents itself as extremely inexpensive and easy to handle.
  • embossing according to the invention not only the armature stroke can be adjusted, but also the narrowest tolerance ranges of the armature stroke are maintained, without causing high costs at the same time. Since this procedure is performed on the finished fuel injector, drastically reduces the amount of waste fuel injectors, which have previously proved unsuitable for further use, since their anchor strokes were outside the tolerance range.
  • the method according to the invention proves to be particularly advantageous with regard to the constancy of the injection quantity of fuel, since an armature lifting drift, which arises in the first operating times of the fuel injector, is anticipated by the stamping in of the closing element in particular.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Einstellung des Ankerhubs eines mehrteiligen Ankers (20) in einem Kraftstoffinjektor (1), welcher ein Magnetventil (17) mit einer integrierten Kraftstoffrückführung (11) und einen Injektorkörper (2) mit einem Ventilstück (4) umfasst, wobei der mehrteilige Anker (20) einen Ankerbolzen (21) und eine auf dem Ankerbolzen (21) verschiebbare Ankerplatte (22) aufweist und mit einem ein Schließelement (16) teilweise umschliessenden Schließelementführungskörper (18) verbunden ist, wobei die Ankerhubeinstellung durch eine hervorgerufene plastische Verformung an dem Schließelementführungskörper (18) erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung des Ankerhubs in einem Kraftstoffinjektor von Verbrennungskraftmaschinen. Zur Versorgung von Brennräumen selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoff können hubgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt werden, wobei schnell schaltende Magnetventile zur Steuerung eines Einspritzventils einer elektrisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Einspritzventilglied eingesetzt werden. Das Einspritzventilglied der Kraftstoffeinspritzeinrichtung wird dabei von einem in einem Steuerraum herrschenden Druck in Schließrichtung belastet. Zur Einleitung der Einspritzung führt der angeregte Magnet des Magnetventils zu einer Druckentlastung des Steuerraums, worauf das Einspritzventilglied durch den an der gegenüberliegenden Seite anliegenden Hochdruck von ihrem Sitz abgehoben wird.
    • Stand der Technik
  • DE 196 50 865 A1 beschreibt ein Magnetventil zur Steuerung des Kraftstoffdrucks in einem Steuerraum eines Einspritzventils, für z.B. ein Common-Rail-Einspritzsystem. Über den Kraftstoffdruck im Steuerraum wird eine Hubbewegung eines Ventilkolbens gesteuert, mit dem eine Einspritzöffnung des Einspritzventils geöffnet oder geschlossen wird. Das Magnetventil umfasst einen Elektromagneten, einen beweglichen Anker und ein mit dem Anker bewegtes und von einer Ventilschließfeder in Schließrichtung beaufschlagtes Einspritzventilglied, das mit einem Ventilsitz des Magnetventils zusammenwirkt und so den Kraftstoffabfluß aus dem Steuerraum steuert. Das Einspritzventilglied umfasst ein Schließelement und einen Schließelementführungskörper, der das Schließelement teilweise umschließt. Der bewegliche Anker ist zweckmäßig mehrteilig ausgebildet, um so die bewegte Masse der Baugruppe Anker-Einspritzventilglied und damit die ein Prellen des Einspritzventilglieds an seinem Sitz und ein Nachschwingen des Ankers verursachende kinetische Energie zu verringern. Der zweiteilige Anker umfasst einen Ankerbolzen und eine auf dem Ankerbolzen gegen die Kraft einer Rückstellfeder in Schließrichtung des Einspritzventilglieds unter Einwirkung ihrer trägen Masse verschiebbar aufgenommene Ankerplatte.
  • Der Öffnungshub des Einspritzventilglieds in einem Kraftstoffinjektor, auch als Ankerhub bezeichnet, ist dabei entscheidend für die eingespritzte Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit und liegt typischerweise bei Werten von 50 µm mit einem Toleranzbereich von +/- 4 µm. Gemäß der Lösung aus DE 196 50 865 A1 erfolgt die Öffnungshubeinstellung des Einspritzventilglieds über Einstellscheiben. Dazu werden in einem mechanischen Verfahren die Einzelmaße der miteinander zu fügenden Bauteile eines Kraftstoffinjektors, die relevant für den Öffnungshub sind, ermittelt und anschließend entsprechend der ermittelten Maße und Toleranzen aus einem umfangreichen Scheibensortiment die entsprechend passende Einstell- bzw. Distanzscheibe ausgewählt. Hierfür wird der Magnet des Magnetventils eingespannt und mit einer definierten Niederhaltekraft F1 belastet. Mit einer Niederhaltekraft F2 wird die Ankerplatte, einschließlich des Ankerbolzens, der Ventilfeder und einer Ventilfedereinstellscheibe gegen den Magneten gedrückt und ein Maß a bestimmt, welches den Abstand zwischen der unteren, dem Einspritzventilglied zugewandten Stirnfläche des Ankerbolzens und der Anlagefläche der Einstellscheibe des Magnetventils repräsentiert. Das Vermessen eines Injektor- bzw. Haltekörpers erfolgt, in dem am eingespannten Injektorkörper eine Niederhaltekraft F4 wirkt und das Einspritzventilglied mit einer Niederhaltekraft F5 belastet wird. Das Differenzmaß b zwischen der Kontaktfläche des Einspritzventilglieds mit dem Ankerbolzen und der Auflagefläche der Einstellscheibe am Injektorkörper wird ermittelt. Hierdurch bestimmt sich die Dicke der Einstellscheibe aus der Differenz des Maßes a zu Maß b zuzüglich des Sollwertes des Öffnungshubes, bezeichnet als AHsoll.
  • Das Magnetventil, das nach oben für eine Kraftstoffrückführung geöffnet ist, wird anschließend zusammen mit der entsprechend der Berechnung dimensionierten Einstellscheibe mit dem eigentlichen Injektorkörper verschraubt. In diesem verschraubten bzw. verspannten Zustand wird der Öffnungshub mittels Laserabstandsmessung durch den Kraftstoffrücklauf hochgenau vermessen.
  • Für eine Verwendung in Höchstdruck-Einspritzsystem-Injektoren sind für den Ankerhub allenfalls Toleranzen im Mikrometerbereich tolerierbar, um ein reproduzierbares Einspritzventilverhalten zu gewährleisten. Aufgrund der erlaubten lediglich sehr gringen Toleranzabweichungen liegt der Ankerhub nach einer wie vorhergehend geschilderten Vorgehensweise nicht immer innerhalb des Toleranzbereichs, der in hohem Maße von den Fertigungstoleranzen der Komponenten des Einspritzventils bestimmt wird. Demnach werden die einzelnen Komponenten eines Einspritzventils derzeit mit aufwendigen Messverfahren außerhalb und innerhalb der Fertigungslinien vermessen und/oder klassiert.
  • Um eine Einstellung des Ankerhubs innerhalb des engen Toleranzbereichs nachträglich zu erzielen, muss das Einspritzventil vollständig demontiert und über die Wahl einer Einstellscheibe mit einer anderen Dimensionierung der Ankerhub neu eingestellt werden. Gegebenfalls wird dieser Vorgang mehrmals wiederholt, bis eine akzeptable Toleranzeinstellung des Ankerhubs im Einspritzventil vorliegt. Diese häufig iterative Vorgehensweise ist äußerst zeitaufwendig und somit kostenintensiv. Zudem erfordert die Zerlegung und Auswahl der richtigen Einstellscheibe eine große Erfahrung seitens des Personals, um eine Nacharbeit möglichst gering zu halten. Die derzeit praktizierte Vorgehensweise ist insgesamt als äußerst unbefriedigend anzusehen und ist für künftige Einspritzventil-Generationen ungeeignet, da sie noch geringere Toleranzwerte erfordern.
    • Vorteile der Erfindung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren bereitzustellen, mit welchem eine Ankerhubeinstellung in einem Einspritzventil mit einer Kraftstoffrückführung innerhalb eines Magnetventils weitgehend unabhängig von Einzeltoleranzen der Komponenten ist und im verschraubten Zustand des Magnetventils mit einem Injektorkörper aktiv eingestellt werden kann. Insbesondere sollen Ankerhubtoleranzen, die für künftige Einspritzventil-Generationen erforderlich sind, ohne hohe Kosten ermöglicht werden, d.h. ohne dass die Fertigungstoleranzen aller Einzelkomponenten des Einspritzventils reduziert werden, was neue Fertigungsverfahren, neue Anlagen, genauere Messverfahren zur Fertigungstoleranz-Überwachung erforderlich machen würde.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Ankerhubeinstellung im verschraubten Zustand des Einspritzventils. Hierbei wird direkt Einfluß genommen auf ein Maß b, welches den Abstand zwischen einer oberen Kontaktfläche eines Einspritzventilglieds, welches einen Schließelementführungskörper und ein Schließelement umfasst, und der Auflagefläche der Einstellscheibe am Injektorkörper darstellt. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren wird durch eine aufgebrachte Prägekraft eine plastische Verformung vorzugsweise ausschließlich in den Schließelementführungskörper derart eingeleitet, dass sich das für den Ankerhub maßgebliche Maß b verändert, wodurch ein kleinerer, serienmäßig vorliegender Ankerhub auf den Sollwert des Ankerhubs vergrößert wird. Insbesondere wird durch die aufgebrachte Prägekraft ein Prägen des Schließelements in den Schließelementführungskörper erreicht.
  • Im verschraubten bzw. verspannten Zustand des Magnetventils mit integrierter Kraftstoffrückführung mit dem Injektorkörper wird ein geeigneter Prägestempel durch die Kraftstoffrückführung eingeführt und wirkt auf eine dem Einspritzventilglied entgegengesetzte Stirnfläche des Ankerbolzens mit einer defmierten Prägekraft. Als Folge dieser Belastung wirkt die Prägekraft über den Ankerbolzen, auf den Schließelementführungskörper, auf das Schließelement, welches in seinen Sitz am Schließelementführungskörper und gegebenenfalls in seinen Ventilsitz an einem Ventilstück des Injektorkörpers entsprechend eingeprägt wird. Hierdurch verändert sich das Maß b und damit über den vorher erwähnten Zusammenhang der Ankerhub AHsoll.
  • Somit ist eine aktive Einstellung eines gewünschten Ankerhubs, behaftet mit einem engen Toleranzbereich, in dem montierten Zustand des Einspritzventils möglich, welches weitgehend entkoppelt ist von Fertigungsschwankungen der einzelnen Komponenten des Einspritzventils. Die Genauigkeit der Ankerhubeinstellung ist in hohem Maße von den Toleranzen der Komponenten unabhängig. Das erfindungsgemäße Verfahren selbst basiert nicht länger auf aufwendige Messverfahren zur Prüfung der Einspritzventil-Komponenten, so dass diese reduziert wenn nicht sogar entfallen können. Die Ausführung der Montage des Einspritzventils, d.h. das Verschrauben von Magnetventil und Injektorkörper beeinflusst nicht mehr den erzielten Ankerhub und seine Toleranzwerte. Iterative Verfahren zur Berechnung der Dimensionierung der Einstellscheibe entfallen und die Klassierung der Einstellscheibe reduziert sich im Aufwand. Das Verfahren bietet eine kostengünstige und vergleichsweise einfache Lösung der exakten Einstellung des Ankerhubs.
  • Der für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzte Prägestempel ist so konzipiert, dass er sicher und problemlos in die Kraftstoffrückführung des Magnetventils eingeführt werden kann, ohne diesen beim Prägevorgang zu beschädigen. Das für den Prägestempel verwendete Material weist bezüglich seiner Härte und Festigkeit höhere Werte auf als die entsprechenden Größen des Materials, aus dem der Ankerbolzen gefertigt ist. Das Schließelement, welches vorzugsweise als Kugel ausgebildet ist, besteht insbesondere bei PKW Einspritzventilen aus Silizium-Nitrid, wodurch gewährleistet wird, dass sich beim Prägevorgang nur der Schließelementführungskörper und der Ventilsitz des Ventilstücks entsprechend der Prägung verformen.
  • Allerdings kann die Verformung des Ventilsitzes an dem Ventilstück Einfluß auf die Strömungsverhältnisse im Ventilöffnungsbereich nehmen. Um dem entgegenzuwirken, wird der Schließelementführungskörper derart modifiziert, dass die durch den Prägestempel aufgebrachte Prägekraft nahezu ausschließlich zu einer plastischen Verformung am Schließelementführungskörper führt, während der Ventilsitz am Ventilstück unverändert bleibt.
    • Zeichnung
  • Anhand der Zeichnung wird die Erfmdung nachstehend näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • Figur 1
    einen Schnitt durch einen Kraftstoffinjektor mit einem Magnetventil mit einer integrierten Kraftstoffrückführung und einer Einstellscheibe zur Festlegung eines Ankerhubs gemäß des Standes der Technik;
    Figur 2
    einen Schnitt durch einen Kraftstoffinjektor mit einem Magnetventil und den zur Klassierung der Einstellscheibe relevanten Maßen, gemäß des Standes der Technik;
    Figur 3
    einen Schnitt durch einen Kraftstoffinjektor mit einem Magnetventil und einem eingeführten Prägestempel während einer erfindungsgemäßen aktiven Ankerhubeinstellung;
    Figur 4
    einen erfindungsgemäßen Prägestempel;
    Figur 5
    einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Schließelementführungskörper.
    Ausführungsbeispiele
  • Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen Kraftstoffinjektor mit einem Magnetventil mit einer integrierten Kraftstoffrückführung, wobei ein Ankerhub über eine Einstellscheibe, gemäß des Standes der Technik festgelegt ist.
  • Der in Figur 1 dargestellte Kraftstoffinjektor 1 umfasst einen Injektorkörper 2, in dem in einer Zylinderbohrung 3, die in einem Ventilstück 4 eingebracht ist, ein in axialer Richtung bewegbares Einspritzventilglied 5 beweglich geführt ist. Das Einspritzventilglied 5 wird an einer Stirnseite über den in einem Steuerraum 6 herrschenden Druck beaufschlagt. Die Befüllung des Steuerraums 6 erfolgt über eine Zulaufdrossel 7. Koaxial zum Einspritzventilglied 5 zweigt aus dem Steuerraum 6 ein im Ventilstück 4 verlaufender Entlastungskanal 8 ab, der eine Ablaufdrossel 9 enthält und in einen Entlastungsraum 10 mündet, der in nicht näher dargestellter Weise mit einer Kraftstoffrückführung 11 des Kraftstoffinjektors 1 verbunden ist.
  • Der Entlastungskanal 8 mündet in einen kegelförmig angesenkten Bereich 12 an der außenliegenden Stirnseite des Ventilstücks 4. Das Ventilstück 4 ist dabei in einem Flanschbereich 13 fest über ein Schraubstück 14 mit dem Injektorkörper 2 verspannt. Im Bereich des Austritts des Entlastungskanals 8 an dem kegelförmig angesenkten Bereich 12 ist ein Ventilsitz 15 ausgebildet, mit dem ein Schließelement 16 eines das Einspritzventil betätigenden Magnetventils 17 zusammenwirkt. Das in der Figur 1 kugelförmig ausgebildete Schließelement 16 ist von einem der Kontur des Schließelements 16 angepassten Schließelementführungskörper 18 teilweise umschlossen. Der Schließelementführungskörper 18 liegt an einer Stirnfläche 19 eines Ankerbolzens 21 an, welcher einer Ankerplatte 22 einen mehrteiligen Anker 20 bildet. Dieser wirkt mit einem Elektromagneten 23 des Magnetventils 17 zusammen. Die Ankerplatte 22 ist unter der Wirkung ihrer trägen Masse gegen die Vorspannkraft einer Rückholfeder 24 dynamisch verschiebbar auf dem Ankerbolzen 21 gelagert und wird durch die Rückholfeder 24 gegen einen Anschlag 25 am Ankerbolzen 21 gedrückt. Die Rückholfeder 24 stützt sich gehäuseseitig gegen eine Anlagefläche 26 des den Ankerbolzen 21 führenden Schraubstücks 14 ab, welches in dem Injektorkörper 2 verspannt ist. Ebenfalls auf der Anlagefläche 26 liegt eine Einstellscheibe 27 an, welche den Weg der Ankerplatte 22 in Schließrichtung begrenzt. Der Ankerbolzen 21 und das mit ihm gekoppelte Schließelement 16, sowie die Ankerplatte 22 sind ständig durch eine sich gehäusefest abstützende Ventilfeder 28, welche an einer Ventilfederkrafteinstellscheibe 29 anliegt, in Schließrichtung beaufschlagt, so dass das Schließelement 16 normalerweise in Schließstellung am Ventilsitz 15 ist. Bei Erregung des Elektromagneten 23 wird die Ankerplatte 22 vom Elektromagneten 23 angezogen und damit der Entlastungskanal 8 zum Steuerraum 6 hin geöffnet.
  • Zwischen Magnetventil 17 und Injektorkörper 2 wird eine in einem Messverfahren ermittelte Einstellscheibe 30 einer Dicke s eingelegt, die im verspannten Zustand von Magnetventil 17 und Injektorkörper 2 einen Ankerhub des Schließelements 16 festlegt.
  • In Figur 2 sind die relevanten Maße zur Bestimmung des Ankerhubs des Schließelements 16 verdeutlicht. Ein Maß a repräsentiert die Situation bei erregtem Elektromagneten 23 und gibt den Abstand zwischen der Stirnfläche 19 des Ankerbolzens 21, wobei im erregten Zustand des Elektromagneten 23 die Position der Stirnfläche 19 mit 19' bezeichnet ist, zu der Anlagefläche 31 am Magnetventil 17 für die zu klassierende Einstellscheibe 30 im geöffneten Zustand des Einspritzventilglieds 5 wieder. Ein Maß b wird am Injektorkörper 2 in einem Zustand ermittelt, der die Schließstellung des Einspritzventilglieds 5 nachbildet. Das Maß b repräsentiert den Abstand zwischen einer Stirnfläche 32 des Schließelementführungskörpers 18, welche zur Anlage mit der Stirnfläche 19 des Ankerbolzens 21 kommt, zu einer Auflagefläche 33 am Injektorkörper 2 für die einzulegende Einstellscheibe 30. Die Dicke s der Einstellscheibe 30 ergibt sich aus der Differenz zwischen dem Maß a und dem Maß b plus des Sollwertes des Ankerhubes AHSoll, welches in Figur 2 mit Bezugszeichen 34 bezeichnet ist. Nach der einzeln durchgeführten Bestimmung der Maße a und b und unter Einbeziehen des Sollwertes des Ankerhubs AHSoll kann nun die Einstellscheibe 30 mit der Dicke s auf die Auflagefläche 33 eingelegt werden und Magnetventil 17 und Injektorkörper 2 werden gegeneinander verspannt. Mittels einer Laserabstandsmessung durch die Kraftstoffrückführung 11 wird nun der festgelegte Ankerhub des Schließelements 16 gemessen. DieToleranz des Ankerhubs ist dabei in besonderem Maße von den Fertigungstoleranzen der einzelnen Komponenten des Kraftstoffinjektors 1 abhängig und kann in dem vorliegenden Kraftstoffinjektor 1 nicht ohne eine vollständige Demontage des Kraftstoffinjektors 1 verändert werden.
  • In Figur 3 wird das Verfahren der Erfindung verdeutlicht.
  • In den Kraftstoffinjektor 1 wird durch die integrierte Kraftstoffrückführung 11 ein Prägestempel 35 eingeführt, der in seiner Ausgestaltung der Geometrie der Kraftstoffrückführung 11 angepasst ist. Der Prägestempel 35, dargestellt in Figur 4, der vorzugsweise aus einem Material gefertigt ist, welches eine höhere Härte/Festigkeit als dasjenige Material des Ankerbolzens 21 aufweist, umfasst Bereiche unterschiedlicher Durchmesser, die eine stufenförmige Außenkontur ergeben. Insbesondere liegt eine Stirnfläche 36 des Prägestempels 35 während des Prägevorganges an einer Konaktfläche 37 des Ankerbolzens 21 an, wodurch die in den Prägestempel 35 von oben eingeleitete Prägekraft über die Kontaktfläche 37 in den Ankerbolzen 21, über den Scließelementführungskörper 18 auf das Schließelement 16 übertragen wird.
  • Bei geeigneter Materialwahl von Prägestempel 35, Ankerbolzen 21 und Schließelement 16 führt die beaufschlagte Prägekraft zur Verformung des Schließelementführungskörpers 18, insbesondere an einer Kontaktfläche 38 des Schließelementführungskörpers 18 und zur Verformung des Ventilstücks 4, insbesondere im kegelförmig angesenktem Bereich 12 des Ventilsitzes 15. Die an dem Ventilsitz 15 durch das Prägen resultierende Formveränderung kann Auswirkungen auf die Strömungsverhältnisse im Öffnungsbereich des Entlastungskanals 8 am Ventilsitz 15 haben. Eine plastische Verformung ist demnach nur an dem Schließelementführungskörper 18 erwünscht. Um die häufig unerwünschte Auswirkung auf die Strömungsverhältnisse im Öffnungsbereich zu vermeiden, kann eine entsprechend modifizierte Gestaltung der Kontaktfläche 38 am Schließelementführungskörper 18 ausgebildet werden, wie dies in Figur 5 verdeutlicht wird. Die Kontaktfläche 38 am Schließelementführungskörper 18 zur Aufnahme des Schließelements 16 weist eine Kontur auf, welche exponierte Bereiche 39 vorsieht, welche sich durch die beim Prägevorgang eingeleitete plastische Verformung an die Gestalt des Schließelements 16 angleicht.
  • Das erfolgreiche Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt in verspannten Kraftstoffinjektoren 1 einen Ankerhub AHIst voraus, der kleiner ist als der angestrebte Ankerhub AHSoll. Die exakte Einstellung des Ankerhubs AHSoll mit kleiner Toleranz kann durch Prägeverfahren erfolgen. Hierbei wird unterschieden zwischen einem Verfahren, welches eine erzielte Prägetiefe als Funktion der aufgebrachten Prägekraft darstellt und einem Verfahren, welches die erzielte Prägetiefe als Funktion des Weges des Prägestempels darstellt.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem sich die Prägetiefe als Funktion der Prägekraft darstellt, wird zunächst der herrschende Ankerhub AHIst in dem verspannten Kraftstoffinjektor 1 bestimmt, der sich nach der Montage der einzelnen Komponenten ergibt. In die Kraftstoffrückführung 11 wird der Prägestempel 35 derart eingeführt, dass die Stirnfläche 36 des Prägestempels 35 an der Kontaktfläche 37 des Ankerbolzens 21 zu liegen kommt. Der Prägestempel 35 wird mit einer ersten Prägekraft mit Wirkrichtung hin zum Ankerbolzen 21 beaufschlagt, die zu einer Verformung der Anlagefläche 38 am Schließelementführungskörpers 18 durch Einprägen des Schließelements 16 führt. Nach diesem ersten Prägevorgang mit einer ersten Prägekraft wird der nun herrschende Ankerhub AHIst erneut vermessen. Weicht der ermittelte Ankerhub AHIst noch von dem Sollwert des Ankerhubs AHSoll ab, so kann in einem oder weiteren Prägeschritten mit kleiner werdenden Prägekräften der Ankerhub verändert werden, bis der gewünschte Ankerhub AHSoll mit der gewünschten Toleranz erreicht wird. Hierbei herrschende Prägekräfte können in einem Bereich von wenigen kN liegen, wodurch Prägetiefen bis zu einigen µm erzielt werden können.
  • Insbesondere ist bei der Wahl der aufgebrachten Prägekräfte darauf zu achten, dass das Schließelement 16 nicht beschädigt wird. Separat durchgeführte Versuche haben gezeigt, dass die Bruchgrenze eines kugelförmig ausgebildeten Schließelements 16 über dem angegebenen Kräftebereich liegt und darüber hinaus eine stabilsierende Wirkung durch die teilweise Umschließung des Schließelements 16 durch den Schließelementführungskörper 18 erreicht wird.
  • Eine alternative Vorgehensweise basiert auf den funktionalen Zusammenhang zwischen der erzielten Prägetiefe und dem Weg, den der Prägestempel 35 durchläuft. Hierfür wird der herrschende Ankerhub AHIst in dem Kraftstoffinjektor 1 bestimmt. Bei einer Abweichung des herrschenden Ankerhubs AHIst von dem angestrebten Ankerhub AHSoll wird der in die Kratstoftrückführung 11 eingeführte Prägestempel 35 mit einer Vorprägekraft beaufschlagt, die insbesondere an dem Schließelementführungskörper 18 keine plastische Verformung hervorruft, sondern nur zu einer Materialsetzung an der Kontaktfläche 38 führt. Bei konstanter Vorprägekraft wird der Prägestempel 35 um eine bestimmte Weglänge in Prägerichtung bewegt. Anschließend wird der herrschende Ankerhub AHIst bestimmt und mit dem Sollwert des Ankerhubs AHSoll verglichen. Je nach dem kann dieser Vorgang wiederholt werden, bis das gewünschte Ergebnis erzielt ist.
  • Mit dem vorgeschlagenen Verfahren, wobei zwei Vorgehensweisen möglich sind, kann eine aktive Ankerhubeinstellung erzielt werden, die eine Demontage des Kraftstoffinjektors vermeidet und somit sich als äußerst kostengünstig und einfach in der Handhabung darstellt. Durch das erfindungsgemäße Prägen kann nicht nur der Ankerhub eingestellt werden, sondern es werden auch engste Toleranzbereiche des Ankerhubs eingehalten, ohne gleichzeitig hohe Kosten zu verursachen. Da dieses Verfahren am fertigen Kraftstoffinjektor durchgeführt wird, reduziert sich drastisch die Ausschußmenge an Kraftstoffinjektoren, die sich bisher für eine weitere Verwendung ungeeignet erwiesen haben, da ihre Ankerhübe ausserhalb des Toleranzbereichs lagen. Darüberhinaus erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren hinsichtlich der Konstanz der Einspritzmenge an Kraftstoff als besonders vorteilhaft, da eine Ankerhubdrift, die in den ersten Betriebszeiten des Kraftstoffinjektors entsteht, durch das Einprägen insbesondere des Schließelements vorweg genommen wird.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kraftstoffinjektor
    2
    Injektorkörper
    3
    Zylinderbohrung
    4
    Ventilstück
    5
    Einspritzventilglied
    6
    Steuerraum
    7
    Zulaufdrossel
    8
    Entlastungskanal
    9
    Ablaufdrossel
    10
    Entlastungsraum
    11
    Kraftstoffrückführung
    12
    kegelförmig angesenkter Bereich
    13
    Flanschbereich
    14
    Schraubstück
    15
    Ventilsitz
    16
    Schließelement
    17
    Magnetventil
    18
    Schließelementführungskörper
    19
    Stirnfläche
    19'
    Position der Stirnfläche 19 im geöffneten Zustand
    20
    mehrteiliger Anker
    21
    Ankerbolzen
    22
    Ankerplatte
    23
    Elektromagnet
    24
    Rückholfeder
    25
    Anschlag
    26
    Anlagefläche
    27
    Einstellscheibe
    28
    Ventilfeder
    29
    Ventilfederkrafteinstellscheibe
    30
    Einstellscheibe
    31
    Anlagefläche
    32
    Stirnfläche
    32'
    Position der Stirnfläche im geschlossenen Zustand
    33
    Auflagefläche
    34
    AHSoll Sollwert des Öffnungshubs
    35
    Prägestempel
    36
    Stirnfläche Prägestempel
    37
    Kontaktfläche Ankerbolzen
    38
    Kontaktfläche
    39
    Bereiche
    s
    Dicke Einstellscheibe
    a
    Abstand in Magnetventil
    b
    Abstand in Injektorkörper
    AH
    Ankerhub

Claims (9)

  1. Verfahren zur Einstellung des Ankerhubs eines mehrteiligen Ankers (20) in einem Kraftstoffinjektor (1), welcher ein Magnetventil (17) mit einer integrierten Kraftstoffrückführung (11) und einen Injektorkörper (2) mit einem Ventilstück (4) umfasst, wobei der mehrteilige Anker (20) einen Ankerbolzen (21) und eine auf dem Ankerbolzen (21) verschiebbare Ankerplatte (22) aufweist und mit einem ein Schließelement (16) teilweise umschliessenden Schließelementführungskörper (18) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Schließstellung des Schließelements (16) der Ankerbolzen (21) mit einer Kraft beaufschlagt wird, die eine plastische Verformung derart hervorruft, dass der Ankerhub verändert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die plastische Verformung am Schließelementführungskörper (18) hervorgerufen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die plastische Verformung an einer Kontaktfläche (38) des Schließelementführungskörpers (18) mit dem Schließelement (16) hervorgerufen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die plastische Verformung an einer Stirnfläche (19) des Schließelementführungskörpers (18) hervorgerufen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prägestempel (35) durch die Kraftstoffrückführung (11) des Kraftstoffinjektors (1) eingeführt wird, über den der Ankerbolzen (21) mit einer Kraft beaufschlagt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägestempel (35) aus einem Material gefertigt ist, welches eine höhere Härte und Festigkeit als das Material des Ankerbolzens (21) aufweist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Ankerhubs des mehrteiligen Ankers (20) folgende Schritte umfasst:
    a) Messung des herrschenden Ankerhubs (AHIst) des mehrteiligen Ankers (20) des Kraftstoffinjektors (1);
    b) Beaufschlagen des Prägestempels (35) mit einer Kraft, die zu einer plastischen Verformung an dem Schließelementführungskörper (18) und/oder dem Ventilstück (4) führt;
    c) Messung des veränderten Ankerhubs (AHIst) des mehrteiligen Ankers (20);
    d) Wiederholen der Schritte a) bis c) bis der herrschende Ankerhub (AHIst) in einem vorgegebenen Toleranzbereich des Ankerhubs (AHSoll) liegt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Ankerhubs des mehrteiligen Ankers (20) folgende Schritte umfasst:
    a) Messung des herrschenden Ankerhubs (AHIst) des mehrteiligen Ankers (20) des Kraftstoffinjektors (1);
    b) Beaufschlagen des Prägestempels (35) mit einer Kraft, die keine plastische Verformung hervorruft;
    c) Wegzustellung des Prägstempels (35) bei konstanter Kraftbeaufschlagung,
    d) Messung des veränderten Ankerhubs (AHIst) des mehrteiligen Ankers (20);
    e) Wiederholen der Schritte a) bis d) bis der herrschende Ankerhub (AHIst) in einem vorgegebenen Toleranzbereich des Ankerhubs (AHSoll) liegt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (16) aus Silizium-Nitrid gefertigt ist.
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