EP2100029A1 - Brennstoffeinspritzventil und verfahren zur herstellung eines ventilsitzes für ein brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil und verfahren zur herstellung eines ventilsitzes für ein brennstoffeinspritzventil

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Publication number
EP2100029A1
EP2100029A1 EP07821424A EP07821424A EP2100029A1 EP 2100029 A1 EP2100029 A1 EP 2100029A1 EP 07821424 A EP07821424 A EP 07821424A EP 07821424 A EP07821424 A EP 07821424A EP 2100029 A1 EP2100029 A1 EP 2100029A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve seat
valve
seat body
fuel injection
photoresist
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07821424A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Juergen Hackenberg
Armin Glock
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2100029A1 publication Critical patent/EP2100029A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1853—Orifice plates
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49401—Fluid pattern dispersing device making, e.g., ink jet

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve according to the preamble of independent claim 1 and to a method for producing a valve seat for a fuel injection valve according to the preamble of independent claim 6.
  • a fuel injection valve which has a spherical valve closing body which cooperates with a flat valve seat surface of a valve seat body.
  • a spray perforated disk is firmly connected by means of a weld at the downstream end side thereof.
  • This valve seat part consisting of spray perforated disk and valve seat body is tightly fastened in a valve seat carrier.
  • the firm connection between the valve seat part and the valve seat carrier takes place on a retaining edge of the spray perforated disk, which is under radial tension, with a circumferential weld.
  • the welds are generated in particular by means of laser welding.
  • Perforated disks are pressed against the valve seat member and held there. This whole arrangement is additionally secured by an inwardly projecting collar of the valve seat carrier which, like a bead, engages under the securing element. In such an arrangement there is a risk that over the lifetime of the Fuel injection valve, the safe and stable mounting position of the nozzle-side components in the valve seat carrier can not be guaranteed.
  • the fuel injection valve according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage of a simple and inexpensive solution to achieve a solid secure connection between a valve seat body and a Zerstäubervorsatz which performs the function of a known spray perforated disc.
  • the Zerstäubervorsatz is integrated into the valve seat body so that any slippage of the components as well as a delay of valve seat body and / or Zerstäubervorsatz (spray perforated plate) are excluded by avoiding welds, so that the tightness function of the valve over the entire lifetime is guaranteed guaranteed ,
  • this is achieved in that the atomizer attachment is adhered to the adhesion directly on the valve seat body.
  • valve seat body together with the atomizer attachment formed on it forms a valve seat part which can be introduced and fastened in a simple manner in a valve seat carrier of the fuel injection valve.
  • At least one injection opening in the atomizer attachment which preferably widens in a funnel shape in the downstream direction.
  • the inventive method for producing a valve seat for a fuel injection valve having the characterizing features of independent claim 6 has the advantage that any temperature load on the valve seat body is avoided and completely eliminates the usual process steps for joining a spray perforated disk on the valve seat body. Instead, the atomizer attachment is built up directly on the valve seat body by a microgalvanization process. This process creates a flat, gap-free connection of the atomizer attachment and the Valve seat body with the usual adhesion to 450 N / mm 2 for electrochemical deposited metals.
  • an adapted metal foil with a conductive adhesive or a conductive foil resist is applied directly to a lower end face of the valve seat body.
  • about the size, shape and dimensions of the metal foil or the film resist can be the size, shape and dimensions of a Anströmhohlraums set within the subsequent Zerstäubervorsatzes.
  • the Anströmhohlraum can be freely chosen in its design and, for. be formed over a large area or multiple channels.
  • FIG. 1 shows a partially illustrated prior art fuel injector according to the prior art
  • Figures 2 to 4 process steps for producing a valve seat body according to the invention with an integrated spray perforated disk atomizer for a fuel injector
  • Figure 5 is a schematic bottom view of the valve seat body with two flow variants in the molded atomizer attachment
  • FIG. 1 an already known valve in the form of an injection valve for fuel injection systems of mixture-compression spark-ignited internal combustion engines is partially shown.
  • the injection valve has a tubular valve seat carrier 1 in which a longitudinal opening 3 is formed concentrically to a valve longitudinal axis 2.
  • a longitudinal opening 3 is formed concentrically to a valve longitudinal axis 2.
  • tubular valve needle 5 is arranged, which are provided at its downstream end 6 with a spherical valve closing body 7, at the periphery, for example, five Abfiach Institute 8 are provided.
  • the actuation of the injection valve takes place in a known manner, for example, electromagnetically.
  • piezoelectric or magnetostrictive actuators are likewise conceivable as excitation elements.
  • a solenoid 10 For axial movement of the valve needle 5 and thus to open against the spring force of a return spring or closing the injector, not shown, serves an indicated electromagnetic circuit with a solenoid 10, an armature 11 and a core 12.
  • the armature 11 is facing away with the valve closing body 7 End of the valve needle 5 by z.
  • B. a weld by means of a laser and aligned with the core 12.
  • the magnet coil 10 surrounds the core 12, which represents the end of an inlet nozzle (not shown in greater detail) enclosing the magnet coil 10 and serving to supply the fuel to be metered by means of the valve.
  • the core 11 remote from the end of the valve seat support 1 is in the concentric to the valve longitudinal axis 2 extending longitudinal opening 3 of the cylindrical valve seat body 16 is tightly mounted by welding in order to guide the valve closing body 7 during the axial movement.
  • the circumference of the valve seat body 16 has a slightly smaller diameter than the longitudinal opening 3 of the valve seat carrier 1.
  • valve seat body 16 and spray disk 21 are carried out by a circumferential and sealed, z. B. formed by a laser first weld 22 in its central region 24, the bottom part 20 of the spray disk 21 at least one, for example four formed by eroding or punching injection orifices 25 on.
  • a circumferential retaining edge 26 which faces away from the valve seat body 16 in the axial direction and is bent conically outwards to its end 27.
  • the retaining edge 26 exerts a radial spring action on the wall of the longitudinal opening 3.
  • the insertion depth of the consisting of valve seat body 16 and cup-shaped spray disc 21 valve seat part in the longitudinal opening 3 determines the size of the stroke of the valve needle 5, since the one end position of the valve needle 5 in non-energized solenoid 10 by the contact of the valve closing body 7 on a valve seat surface 29 of the valve seat body 16th is fixed.
  • the other end position of the valve needle 5 is fixed in the excited magnet coil 10, for example, by the system of the armature 11 to the core 12.
  • the path between these two end positions of the valve needle 5 thus represents the hub.
  • the spherical valve closing body 7 cooperates with the valve seat surface 29 of the valve seat body 16, which tapers in the direction of the flow in the flow direction and is formed in the axial direction between the guide opening 15 and the lower end side 17 of the valve seat body 16.
  • the invention is therefore based on the object, a spray disk 21 to be integrated on a valve seat body 16 that any slippage of the components as well as a delay of valve seat body 16 and / or spray orifice plate 21 by avoiding Welds are excluded, so that the tightness function of the valve over the entire lifetime is guaranteed guaranteed.
  • FIGS. 2 to 4 schematically show method steps for producing a valve seat body 16 according to the invention with an integrated spray perforated disk 21 for a fuel injection valve.
  • the spray perforated disk 21 is referred to below as atomizer attachment 121, since the structure formed on the valve seat body 16 can also deviate significantly from a disk shape.
  • the Zerstäubervorsatz 121 is characterized in that it is provided in at least one spray orifice 125, which determines the beam shape, the beam angle and the flow rate by their size, contouring, opening width and tilt.
  • the erfmdungshacke method for producing a valve seat for a fuel injection valve has the great advantage that any temperature load on the valve seat body 16 is avoided and conventional process steps for joining the spray perforated disk 21 on the valve seat body 16 completely eliminated.
  • the atomizer attachment 121 is constructed directly on the valve seat body 16 by a microgalvanization process. This process produces a flat, gap-free connection of the atomizer attachment 121 and the valve seat body 16 with the adhesive strength values customary for electrochemically deposited metals up to 450 N / mm 2 .
  • valve seat body 16 which ideally already has a finished valve seat surface 29.
  • valve seat body 16 already has a downstream of the valve seat surface 29 formed outlet opening 31, which opens at the lower end face 17 of the valve seat body 16.
  • a metal foil 35 adapted to the valve seat body 16 is applied to the end face 17 with conductive adhesive.
  • conductive film resist can also be applied directly to the end face 17.
  • the size, shape and dimensions of the metal foil 35 determine the size, shape and dimensions of the Anströmhohlraums 135 within the later Zerstäubervorsatzes 121.
  • a negative structure of the later atomizer attachment 121 is produced by means of photolithography.
  • the photolithography comprises the application of a photoresist 36 in the form of structured photoresist towers, the exposure of the photoresist 36 and the development of the photoresist 36.
  • the metal structure to be realized is to be transferred inversely in the photoresist 36 with the aid of a photolithographic mask.
  • a photolithographic mask there is the possibility of exposing the photoresist 36 directly via the mask by means of UV exposure (UV depth lithography with UV lamp or UV LED).
  • a laser ablation is suitable, wherein after the application of a mask explosively material of the photoresist 36 is removed by means of a laser. After the development of the UV-exposed photoresist 36 or the use of other methods (dry etching, ablation) results in a predetermined structure by the mask in the photoresist 36, which is a negative structure to the later Zerstäubervorsatz 121 ( Figure 2).
  • the subsequent process step of electroplating is an electrochemical metal deposition.
  • the deposition of the metal 37 begins at the same time on the exposed annular surface of the lower end face 17 of the valve seat body 16 and on the metal foil 35 or on the conductive foil resist.
  • the metal 37 is applied by the plating closely to the contour of the negative structure of the photoresist 36, so that the predetermined contours are faithfully reproduced in it.
  • the height of the electroplating layer of the metal 37 should largely correspond to the height of the photoresist 36.
  • the choice of material to be deposited depends on the particular requirements of the atomizer attachment 121, with particular emphasis on the factors of mechanical strength, chemical resistance, weldability and others. Usually, Ni, NiCo, NiFe or Cu are used; but there are also other metals and alloys conceivable ( Figure 3).
  • the metal foil 35 and the photoresist 36 are dissolved out of the wrapped structure of metal 37.
  • This can be z. B. by a KOH treatment or by an oxygen plasma or by means of solvents (eg acetone) in polyimides.
  • solvents eg acetone
  • These processes of dissolving out the photoresist 36 are generally below
  • the removal of the photoresist 36 and the metal foil 35 results in an atomizer attachment 121, which is directly molded onto the valve seat body 16, having at least one, usually a multiplicity of In the galvano formation, the growth of the metal 37 takes place, for example, in such a way that arched marginal areas remain when the metal deposit is stopped, through which the ejection openings 125 extend in a funnel shape in the downstream direction (FIG.
  • the valve seat body 16 forms, together with the atomizer attachment 121, a valve seat part which can be introduced into the longitudinal opening 3 of a valve seat carrier 1 and fastened there.
  • Figure 5 shows a schematic bottom view of the valve seat body 16 with two Anströmsupplementaryn in the molded atomizer attachment 121. While on the left side of an embodiment of a single circular sector-shaped Anströmhohlraums 135 is shown, from which all spray orifices 125 are supplied with the fluid to be sprayed, is on the 5 shows a variant in which each ejection opening 125 is connected to a single channel-like Anströmhohlraum 135.
  • a conductive film resist is applied directly to the lower end face 17 of the valve seat body 16 and structured as a negative mold of these channel-like Anströmhohltechnik 135. This is followed by a second structuring step with conventional photoresist 36 for producing the ejection openings 125 in the manner described with reference to FIGS. 2 to 4.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil, das einen Ventilsitzkörper (16) mit einer festen Ventilsitzfläche (29) aufweist, wobei mit dem Ventilsitz (29) ein Ventilschließkörper (7) zum Öffnen und Schließen des Ventils zusammenwirkt. Der Ventilsitzkörper (16) ist in einer Längsöffnung (3) eines Ventilsitzträgers (1) aufgenommen und mit diesem fest verbunden. Unmittelbar an einer unteren Stirnfläche (17) des Ventilsitzkörpers (16) ist ein Zerstäubervorsatz (121) haftfest galvanoangeformt. In dem Zerstäubervorsatz (121) ist wenigstens eine Abspritzöffnung (125) vorgesehen, die sich vorzugsweise in stromabwärtiger Richtung trichterförmig erweitert. Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich besonders für den Einsatz in Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraft maschinen.

Description

Beschreibung
Titel
Brennstoffeinspritzventil und Verfahren zur Herstellung eines Ventilsitzes für ein Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1 sowie von einem Verfahren zur Herstellung eines Ventilsitzes für ein Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 6.
Aus der DE 40 26 721 Al ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das einen kugelförmigen Ventilschließkörper aufweist, der mit einer ebenen Ventilsitzfläche eines Ventilsitzkörpers zusammenwirkt. An dem Ventilsitzkörper ist an dessen stromabwärtiger Stirnseite eine Spritzlochscheibe mittels einer Schweißnaht fest verbunden. Dieses aus Spritzlochscheibe und Ventilsitzkörper bestehende Ventilsitzteil ist in einem Ventilsitzträger dicht befestigt. Die feste Verbindung zwischen dem Ventilsitzteil und dem Ventilsitzträger erfolgt an einem Halterand der Spritzlochscheibe, der unter radialer Spannung steht, mit einer umlaufenden Schweißnaht. Die Schweißnähte werden insbesondere mittels Laserschweißen erzeugt.
Bereits bekannt ist aus der US 5,570,841 A ein Brennstoffeinspritzventil, das stromabwärts seines Ventilsitzelements ein zweilagiges Lochscheibenpaket aufweist. Das Lochscheibenpaket ist dabei lose in eine Längsöffnung eines Ventilsitzträgers eingelegt und mit einem Dichtring gegen das Ventilsitzelement abgedichtet. Stromabwärts dieser Lochscheibenanordnung ist ein Sicherungselement vorgesehen, das dafür sorgt, dass die
Lochscheiben gegen das Ventilsitzelement gedrückt und dort festgehalten werden. Gesichert wird diese ganze Anordnung noch zusätzlich durch einen nach innen ragenden Kragen des Ventilsitzträgers, der ähnlich einer Umbördelung das Sicherungselement untergreift. Bei einer solchen Anordnung besteht die Gefahr, dass über die Lebenszeit des Brennstoffeinspritzventils die sichere und stabile Einbaulage der düsenseitigen Bauteile im Ventilsitzträger nicht garantiert werden kann.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil einer einfachen und kostengünstigen Lösung zur Erzielung einer festen sicheren Verbindung zwischen einem Ventilsitzkörper und einem Zerstäubervorsatz, der die Funktion einer bekannten Spritzlochscheibe ausübt. In vorteilhafter Weise ist der Zerstäubervorsatz derart an dem Ventilsitzkörper integriert, dass jegliches Verrutschen der Bauteile ebenso wie ein Verzug von Ventilsitzkörper und/oder Zerstäubervorsatz (Spritzlochscheibe) durch Vermeidung von Schweißnähten ausgeschlossen sind, so dass die Dichtheitsfunktion des Ventils über die gesamte Lebenszeit sicher garantiert ist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, dass unmittelbar am Ventilsitzkörper der Zerstäubervorsatz haftfest galvanoangeformt ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Von besonderem Vorteil ist es, dass der Ventilsitzkörper zusammen mit dem an ihm angeformten Zerstäubervorsatz ein Ventilsitzteil bildet, das auf einfache Art und Weise in einem Ventilsitzträger des Brennstoffeinspritzventils einbringbar und befestigbar ist.
Von Vorteil ist es, in dem Zerstäubervorsatz wenigstens eine Abspritzöffnung vorzusehen, die sich vorzugsweise in stromabwärtiger Richtung trichterförmig erweitert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Ventilsitzes für ein Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 6 hat den Vorteil, dass jegliche Temperaturbelastung des Ventilsitzkörpers vermieden ist und übliche Verfahrensschritte zum Fügen einer Spritzlochscheibe an dem Ventilsitzkörper vollständig entfallen. Der Zerstäubervorsatz wird vielmehr durch einen Mikrogalvanoformungsprozess direkt auf dem Ventilsitzkörper aufgebaut. Dieser Prozess erzeugt eine flächige, spaltfreie Verbindung des Zerstäubervorsatzes und des Ventilsitzkörpers mit den für elektrochemisch abgeschiedene Metalle üblichen Haftfestigkeitswerten bis 450 N/mm2.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 6 angegebenen Verfahrens möglich.
Von besonderem Vorteil ist es, dass unmittelbar an einer unteren Stirnfläche des Ventilsitzkörpers eine angepasste Metallfolie mit leitfähigem Kleber oder ein leitfähiger Folienresist appliziert wird. Über die Größe, Form und Abmessungen der Metallfolie bzw. des Folienresists lassen sich dabei die Größe, Form und Abmessungen eines Anströmhohlraums innerhalb des späteren Zerstäubervorsatzes festlegen. Der Anströmhohlraum kann in seiner Ausgestaltung frei gewählt werden und z.B. großflächig oder mehrfach kanalartig ausgebildet werden.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein teilweise dargestelltes bekanntes Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik, Figuren 2 bis 4 Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Ventilsitzkörpers mit einer integrierten Spritzlochscheibe als Zerstäubervorsatz für ein Brennstoffeinspritzventil und Figur 5 eine schematische Unteransicht auf den Ventilsitzkörper mit zwei Anströmvarianten in dem angeformten Zerstäubervorsatz.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der Figur 1 ist ein bereits bekanntes Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen teilweise dargestellt. Das Einspritzventil hat einen rohrförmigen Ventilsitzträger 1, in dem konzentrisch zu einer Ventillängsachse 2 eine Längsöffnung 3 ausgebildet ist. In der Längsöffnung 3 ist eine z. B. rohrförmige Ventilnadel 5 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende 6 mit einem kugelförmigen Ventilschließkörper 7, an dessen Umfang beispielsweise fünf Abfiachungen 8 vorgesehen sind, verbunden ist. Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise beispielsweise elektromagnetisch. Ebenso sind jedoch auch piezoelektrische oder magnetostriktive Aktoren als Erregerelemente denkbar. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 5 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder bzw. Schließen des Einspritzventils dient ein angedeuteter elektromagnetischer Kreis mit einer Magnetspule 10, einem Anker 11 und einem Kern 12. Der Anker 11 ist mit dem dem Ventilschließkörper 7 abgewandten Ende der Ventilnadel 5 durch z. B. eine Schweißnaht mittels eines Lasers verbunden und auf den Kern 12 ausgerichtet. Die Magnetspule 10 umgibt den Kern 12, der das sich durch die Magnetspule 10 umschließende Ende eines nicht näher gezeigten Einlassstutzens, der der Zufuhr des mittels des Ventils zuzumessenden Brennstoffs dient, darstellt.
Zur Führung des Ventilschließkörpers 7 während der Axialbewegung dient eine Führungsöffnung 15 eines Ventilsitzkörpers 16. In das stromabwärts liegende, dem Kern 11 abgewandte Ende des Ventilsitzträgers 1 ist in der konzentrisch zur Ventillängsachse 2 verlaufenden Längsöffnung 3 der zylinderförmige Ventilsitzkörper 16 durch Schweißen dicht montiert. Der Umfang des Ventilsitzkörpers 16 weist einen geringfügig kleineren Durchmesser auf als die Längsöffnung 3 des Ventilsitzträgers 1. An seiner einen, dem Ventilschließkörper 7 abgewandten, unteren Stirnseite 17 ist der Ventilsitzkörper 16 mit einem Bodenteil 20 einer z.B. topfförmig ausgebildeten Spritzlochscheibe 21 konzentrisch und fest verbunden.
Die Verbindung von Ventilsitzkörper 16 und Spritzlochscheibe 21 erfolgt durch eine umlaufende und dichte, z. B. mittels eines Lasers ausgebildete erste Schweißnaht 22. In seinem zentralen Bereich 24 weist das Bodenteil 20 der Spritzlochscheibe 21 wenigstens eine, beispielsweise vier durch Erodieren oder Stanzen ausgeformte Abspritzöffnungen 25 auf.
An das Bodenteil 20 der topfförmigen Spritzlochscheibe 21 schließt sich ein umlaufender Halterand 26 an, der sich in axialer Richtung dem Ventilsitzkörper 16 abgewandt erstreckt und bis zu seinem Ende 27 hin konisch nach außen gebogen ist. Der Halterand 26 übt eine radiale Federwirkung auf die Wandung der Längsöffnung 3 aus. Dadurch wird beim Einschieben des aus Ventilsitzkörper 16 und Spritzlochscheibe 21 bestehenden Ventilsitzteils in die Längsöffnung 3 des Ventilsitzträgers 1 eine Spanbildung am Ventilsitzteil und an der Längsöffhung 3 vermieden. An seinem Ende 27 ist der Halterand 26 der Spritzlochscheibe 21 mit der Wandung der Längsöffnung 3 durch eine umlaufende und dichte zweite, z. B. mittels eines Lasers ausgebildete Schweißnaht 30 verbunden.
Die Einschubtiefe des aus Ventilsitzkörper 16 und topfförmiger Spritzlochscheibe 21 bestehenden Ventilsitzteils in die Längsöffnung 3 bestimmt die Größe des Hubs der Ventilnadel 5, da die eine Endstellung der Ventilnadel 5 bei nicht erregter Magnetspule 10 durch die Anlage des Ventilschließkörpers 7 an einer Ventilsitzfläche 29 des Ventilsitzkörpers 16 festgelegt ist. Die andere Endstellung der Ventilnadel 5 wird bei erregter Magnetspule 10 beispielsweise durch die Anlage des Ankers 11 an dem Kern 12 festgelegt. Der Weg zwischen diesen beiden Endstellungen der Ventilnadel 5 stellt somit den Hub dar.
Der kugelförmige Ventilschließkörper 7 wirkt mit der sich in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig verjüngenden Ventilsitzfläche 29 des Ventilsitzkörpers 16 zusammen, die in axialer Richtung zwischen der Führungsöffnung 15 und der unteren Stirnseite 17 des Ventilsitzkörpers 16 ausgebildet ist.
Durch örtlich und zeitlich ungleichmäßigen Energieeintrag beim Schweißprozess zur Erzielung der Schweißnähte 22, 30 kann es zum Verzug des Ventilsitzkörpers 16 und damit auch der Ventilsitzfläche 29 kommen, wodurch sich die Dichtfunktion des Ventils verschlechtern kann. Als Messgröße für den Verzug kann die Rundheit des Dichtbereichs an der Ventilsitzfläche 29 herangezogen werden, die nach dem Schweißprozess möglicherweise schlechter wird. Außerdem kann es durch die Verschweißungen auch zum Verzug der Spritzlochscheibe 21, im negativen Falle auch im zentralen Bereich 24 des Bodenteils 20 kommen, mit der Folge, dass sich eine Deformation der Abspritzöffnungen 25 ergibt, die die Ursache für eine Veränderung des Strahlwinkels und/oder eine Änderung des Durchflusswertes sein kann. Hieraus folgt eine größere Fertigungsstreuung dieser genannten Ventilkenngrößen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Spritzlochscheibe 21 derart an einem Ventilsitzkörper 16 zu integrieren, dass jegliches Verrutschen der Bauteile ebenso wie ein Verzug von Ventilsitzkörper 16 und/oder Spritzlochscheibe 21 durch Vermeidung von Schweißnähten ausgeschlossen sind, so dass die Dichtheitsfunktion des Ventils über die gesamte Lebenszeit sicher garantiert ist.
Figuren 2 bis 4 zeigen schematisch Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Ventilsitzkörpers 16 mit einer integrierten Spritzlochscheibe 21 für ein Brennstoffeinspritzventil. Die Spritzlochscheibe 21 wird im Folgenden als Zerstäubervorsatz 121 bezeichnet, da die am Ventilsitzkörper 16 angeformte Struktur auch deutlich von einer Scheibenform abweichen kann. Der Zerstäubervorsatz 121 zeichnet sich dadurch aus, dass in ihm wenigstens eine Abspritzöffnung 125 vorgesehen ist, die durch ihre Größe, Konturgebung, Öffnungsweite und Neigung die Strahlform, den Strahlwinkel sowie die Durchflussmenge festlegt.
Das erfmdungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Ventilsitzes für ein Brennstoffeinspritzventil besitzt den großen Vorteil, dass jegliche Temperaturbelastung des Ventilsitzkörpers 16 vermieden ist und übliche Verfahrensschritte zum Fügen der Spritzlochscheibe 21 an dem Ventilsitzkörper 16 vollständig entfallen. Der Zerstäubervorsatz 121 wird vielmehr durch einen Mikrogalvanoformungsprozess direkt auf dem Ventilsitzkörper 16 aufgebaut. Dieser Prozess erzeugt eine flächige, spaltfreie Verbindung des Zerstäubervorsatzes 121 und des Ventilsitzkörpers 16 mit den für elektrochemisch abgeschiedene Metalle üblichen Haftfestigkeitswerten bis 450 N/mm2.
Die wesentlichen Prozessschritte zur Herstellung des Ventilsitzteils bestehend aus dem Ventilsitzkörper 16 und dem Zerstäubervorsatz 121 werden anhand der Figuren 2 bis 4 näher beschrieben. Zuerst wird ein Ventilsitzkörper 16 bereitgestellt, der idealerweise bereits eine endbearbeitete Ventilsitzfläche 29 aufweist. Zudem besitzt der Ventilsitzkörper 16 bereits eine stromabwärts der Ventilsitzfläche 29 ausgeformte Austrittsöffnung 31 , die an der unteren Stirnfläche 17 des Ventilsitzkörpers 16 mündet. An dieser unteren Stirnfläche 17 wird nachfolgend der Zerstäubervorsatz 121 angeformt. Dazu wird eine an den Ventilsitzkörper 16 angepasste Metallfolie 35 mit leitfähigem Kleber an der Stirnfläche 17 appliziert. Alternativ kann auch leitfähiger Folienresist direkt auf die Stirnfläche 17 appliziert werden. Die Größe, Form und Abmessungen der Metallfolie 35 legen dabei die Größe, Form und Abmessungen des Anströmhohlraums 135 innerhalb des späteren Zerstäubervorsatzes 121 fest. Nachfolgend wird mit Hilfe der Fotolithographie eine Negativstruktur des späteren Zerstäubervorsatzes 121 hergestellt. Die Fotolithographie umfasst dabei die Applikation eines Fotoresists 36 in Form von strukturierten Fotolacktürmen, das Belichten des Fotoresists 36 sowie das Entwickeln des Fotoresists 36.
Die zu realisierende Metallstruktur soll mit Hilfe einer fotolithographischen Maske invers in dem Fotoresist 36 übertragen werden. Es gibt zum einen die Möglichkeit, den Fotoresist 36 direkt über die Maske mittels UV-Belichtung zu belichten (UV-Tiefenlithographie mit UV- Lampe oder UV-LED). Außerdem bietet sich eine Laserablation an, wobei nach dem Aufbringen einer Maske explosionsartig Material des Fotoresists 36 mit Hilfe eines Lasers abgetragen wird. Nach der Entwicklung des UV-belichteten Fotoresists 36 bzw. der Anwendung anderer Verfahren (Trockenätzen, Ablatieren) ergibt sich eine durch die Maske vorbestimmte Struktur im Fotoresist 36, die eine Negativstruktur zum späteren Zerstäubervorsatz 121 darstellt (Figur 2).
Je nach gewünschter Struktur des Zerstäubervorsatzes 121 erfolgt nachfolgend eine Applikation, Belichtung und Entwicklung einer weiteren Lage des Fotoresists 36.
Bei dem nachfolgenden Verfahrensschritt der Galvano formung handelt es sich um eine elektrochemische Metallabscheidung. Die Abscheidung des Metalls 37 beginnt dabei auf der freiliegenden Ringfläche der unteren Stirnfläche 17 des Ventilsitzkörpers 16 und auf der Metallfolie 35 bzw. auf dem leitfähigen Folienresist gleichzeitig. Das Metall 37 legt sich durch das Galvanisieren eng an die Kontur der Negativstruktur des Fotoresists 36 an, so dass die vorgegebenen Konturen formtreu in ihm reproduziert werden. Um mehrere Funktionsebenen umfassende Strukturen des Zerstäubervorsatzes 121 herzustellen, sollte die Höhe der Galvanikschicht des Metalls 37 weitgehend der Höhe des Fotoresists 36 entsprechen. Die Wahl des abzuscheidenden Materials hängt von den jeweiligen Anforderungen an den Zerstäubervorsatz 121 ab, wobei besonders die Faktoren mechanische Festigkeit, chemische Beständigkeit, Schweißbarkeit und andere gewichtig sind. Üblicherweise kommen Ni, NiCo, NiFe oder Cu zum Einsatz; es sind aber auch andere Metalle und Legierungen denkbar (Figur 3).
Abschließend werden die Metallfolie 35 und der Fotoresist 36 aus der umwachsenen Struktur aus Metall 37 herausgelöst. Dies kann z. B. durch eine KOH-Behandlung oder durch ein Sauerstoffplasma bzw. mittels Lösungsmitteln (z. B. Aceton) bei Polyimiden ermöglicht werden. Diese Prozesse des Herauslösens des Fotoresists 36 sind allgemein unter dem Oberbegriff „Strippen" bekannt. Die Metallfolie 35 besteht vorzugsweise aus Aluminium, das beim Strippen mitaufgelöst wird. Nach dem Entfernen des Fotoresists 36 sowie der Metallfolie 35 liegt ein an dem Ventilsitzkörper 16 unmittelbar angeformter Zerstäubervorsatz 121 mit wenigstens einer, üblicherweise mit einer Vielzahl von Abspritzöffnungen 125 vor. Das Wachstum des Metalls 37 erfolgt bei der Galvano formung z.B. derart, dass gewölbte Randbereiche beim Stoppen der Metallabscheidung verbleiben, durch die sich die Abspritzöffnungen 125 in stromabwärtiger Richtung trichterförmig erweitern (Figur 4).
Der Ventilsitzkörper 16 bildet zusammen mit dem Zerstäubervorsatz 121 ein Ventilsitzteil, das in die Längsöffnung 3 eines Ventilsitzträgers 1 einbringbar und dort befestigbar ist.
Figur 5 zeigt eine schematische Unteransicht auf den Ventilsitzkörper 16 mit zwei Anströmvarianten in dem angeformten Zerstäubervorsatz 121. Während auf der linken Seite eine Ausführung eines einzigen kreissektorförmigen Anströmhohlraums 135 gezeigt ist, von dem aus alle Abspritzöffnungen 125 mit dem abzuspritzenden Fluid versorgt werden, ist auf der rechten Seite der Figur 5 eine Variante dargestellt, bei der jede Abspritzöffnung 125 mit einem einzelnen kanalartigen Anströmhohlraum 135 verbunden ist. Für die letztgenannte Ausführungsvariante ist es von Vorteil, wenn ein leitfähiges Folienresist unmittelbar auf der unteren Stirnfläche 17 des Ventilsitzkörpers 16 aufgebracht und als Negativform dieser kanalartigen Anströmhohlräume 135 strukturiert wird. Danach erfolgt ein zweiter Strukturierungsschritt mit konventionellem Fotoresist 36 zur Erzeugung der Abspritzöffnungen 125 in anhand von Figuren 2 bis 4 vorbeschriebener Weise.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer Ventillängsachse (2), mit einem einen festen Ventilsitz (29) aufweisenden Ventilsitzkörper (16) und mit einem Ventilschließkörper (7), der mit dem Ventilsitz (29) des Ventilsitzkörpers (16) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar am Ventilsitzkörper (16) ein Zerstäubervorsatz (121) haftfest galvanoangeformt ist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Zerstäubervorsatzes (121) und des Ventilsitzkörpers (16) eine Haftfestigkeit bis 450 N/mm2 besitzt.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zerstäubervorsatz (121) wenigstens ein Anströmhohlraum (135) vorgesehen ist, der großflächig oder kanalartig ausgebildet ist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zerstäubervorsatz (121) wenigstens eine Abspritzöffnung (125) vorgesehen ist, die sich vorzugsweise in stromabwärtiger Richtung trichterförmig erweitert.
5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzkörper (16) zusammen mit dem Zerstäubervorsatz (121) ein Ventilsitzteil bildet, das in die Längsöffnung (3) eines Ventilsitzträgers (1) einbringbar ist.
6. Verfahren zur Herstellung eines Ventilsitzes für ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, wobei das Brennstoffeinspritzventil eine Ventillängsachse (2), einen einen festen Ventilsitz (29) aufweisenden Ventilsitzkörper (16) und einen Ventilschließkörper (7), der mit dem Ventilsitz (29) des Ventilsitzkörpers (16) zusammenwirkt, hat, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: a) Bereitstellen eines Ventilsitzkörpers (16), b) Galvanoanformen eines Zerstäubervorsatzes (121) unmittelbar haftfest am Ventilsitzkörper (16) und c) Einbau des aus Ventilsitzkörper (16) und Zerstäubervorsatz (121) bestehenden Ventilsitzteils in das Brennstoffeinspritzventil.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einer unteren Stirnfläche (17) des Ventilsitzkörpers (16) eine angepasste Metallfolie (35) mit leitfähigem Kleber appliziert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einer unteren Stirnfläche (17) des Ventilsitzkörpers (16) ein leitfähiger Folienresist appliziert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass nachfolgend eine Fotolithographie angewendet wird, die die Applikation eines Fotoresists (36) in Form von strukturierten Fotolacktürmen, das Belichten des Fotoresists (36) sowie das Entwickeln des Fotoresists (36) umfasst.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtung über eine Maske mittels UV-Belichtung oder Laser erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Metallabscheidung an der unteren Stirnfläche (17) des Ventilsitzkörpers (16) sowie auf der Metallfolie (35) bzw. dem leitfähigen Folienresist beginnt, von wo aus der Fotoresist (36) umwachsen wird.
12. Verfahren nach einem der Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass Ni, NiCo, NiFe oder Cu für die Metallabscheidung zum Einsatz kommen.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Galvanoanformen des Zerstäubervorsatzes (121) durch ein Herauslösen der Metallfolie (35) bzw. des leitfähigen Folienresists und des Fotoresists (36) beendet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das den Ventilsitzkörper (16) zusammen mit dem Zerstäubervorsatz (121) bildende Ventilsitzteil in die Längsöffnung (3) eines Ventilsitzträgers (1) eingebracht und dort befestigt wird.
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