EP2320062B1 - Einspritzventil und Herstellungsverfahren desselben - Google Patents

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EP2320062B1
EP2320062B1 EP10178585A EP10178585A EP2320062B1 EP 2320062 B1 EP2320062 B1 EP 2320062B1 EP 10178585 A EP10178585 A EP 10178585A EP 10178585 A EP10178585 A EP 10178585A EP 2320062 B1 EP2320062 B1 EP 2320062B1
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EP
European Patent Office
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valve seat
valve
region
seat carrier
carrier
Prior art date
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Application number
EP10178585A
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English (en)
French (fr)
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EP2320062A1 (de
Inventor
Dieter Maier
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • 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
    • 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
    • F02M51/0671—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 having an elongated valve body attached thereto
    • F02M51/0682—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 having an elongated valve body attached thereto the body being hollow and its interior communicating with the fuel flow
    • 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
    • F02M61/166—Selection of particular materials

Definitions

  • the invention relates to an injection valve, in particular for fuel injection systems of internal combustion engines in motor vehicles, according to the preamble of claim 1 and of a method for producing an injection valve according to the preamble of claim 9.
  • an injection valve with a valve seat carrier with a located at the end of the valve seat carrier, a valve opening enclosing the valve seat, arranged coaxially in the valve seat carrier, axially displaceably guided valve needle at its valve seat facing the needle end with the valve seat for closing and releasing the valve opening cooperating valve closing member carries, with an electromagnet for lifting actuation of the valve needle having an inner, hollow cylindrical magnetic core, an outer magnet pot, an intermediate, connected to a connector solenoid and a magnet core axially opposite magnet armature disposed on the side facing away from the valve closure member needle end of the valve needle is, wherein valve opening and valve seat are formed on the one-piece valve seat carrier itself, wherein the axially displaceable guide of the valve needle is assigned to the valve seat carrier, wherein Magnet coil and connector are combined in a plastic-coated separate coil part.
  • the injection valve according to claim 1 and the independent claims and the inventive method for producing an injection valve according to claim 8 and the independent claims have the advantage over the prior art that the valve seat carrier is made in a one-piece component and thus no connection processes are necessary. In particular, no weld connection is necessary, so that deformation due to the effect of heat is avoided.
  • a one-piece component which consists essentially of a magnetic and a non-magnetic material (hereinafter also called magnetic separation or magnetic throttle) (hereinafter also 2-component component or 3-component component called), a comparatively high magnetic force for lifting operation of the valve needle achieved. Furthermore, only comparatively small space for valve seat, valve seat carrier and magnetic separation is required. In addition, a relatively round run an upper to a lower needle guide is reached. Overall, it is possible according to the invention to adapt various areas of the valve seat carrier largely optimal in terms of their material to their respective tasks yet to ensure cost-effective manufacturability by the one-piece arrangement and to avoid the disadvantages of connection processes (such as the reduction of dimensional accuracy).
  • the valve seat carrier is made as MIM (Metal Injection Molding) part.
  • MIM Metal Injection Molding
  • valve seat carrier is made in the region of the valve seat substantially of the first material. Furthermore, the valve seat carrier on the valve seat axially opposite end of the second material (magnetic separation) is made. As a result, a comparatively high magnetic force for lifting the valve needle achievable with one-piece design of valve seat carrier and valve seat.
  • the valve seat carrier has injection holes in the region of the valve seat. Characterized in that the injection holes are introduced into the valve seat, a gluing example, a spray-orifice plate is no longer necessary and it is a manufacturing process saved.
  • the injection holes are drilled into the valve seat after the shaping or the injection holes are made by means of a laser method or by means of a removal method. This makes it possible that the injection holes are also introduced after the shaping of the valve seat carrier in these and manufactured by known technologies.
  • a surface of the valve seat carrier facing the valve needle is hardened in the region of the valve seat by means of a nitriding method or a surface coating method.
  • the valve seat carrier is manufactured as a 3-component component and is made in the region of the valve seat substantially of a third material, wherein the third material has a comparatively high hardness.
  • Another object of the invention is a method for producing an injection valve according to claim 8.
  • the valve seat carrier is manufactured in a one-piece component and there are no connection processes necessary. In particular, no weld connection is necessary, so that deformation due to the effect of heat is avoided.
  • the production of a one-piece component which essentially comprises a magnetic and a non-magnetic material, achieves a comparatively high magnetic force for the lifting operation of the valve needle.
  • valve seat only comparatively small space for valve seat, valve seat carrier and magnetic separation is required.
  • a relatively round run of the upper to the lower needle guide is reached. Because the injection holes are introduced directly into the valve seat, gluing in, for example, a spray perforated disk is no longer necessary and a manufacturing process is saved. Manufacturing using MIM technology requires comparatively few production steps.
  • the valve seat carrier is made in the region of the valve seat substantially of a third material, wherein the third material has a comparatively high hardness.
  • FIG. 1 In longitudinal section schematically illustrated injection valve according to the prior art is used in fuel injection systems of internal combustion engines in motor vehicles. It has a carrier 11 ', a valve needle 12 arranged coaxially in the carrier 11', an electromagnet 13 for actuating the valve needle 12, and a connecting piece 14 for supplying fuel.
  • the carrier 11 ' has a lower region, which is also referred to below as a valve seat carrier 11, and an upper region 201.
  • valve opening 15 and a valve seat 16 enclosing it are formed or formed in its bottom region.
  • a recess coaxial with the valve opening 15 is formed in the bottom of the valve seat carrier 11 on the outside facing away from the valve seat 16, in which a spray-orifice plate 17 is glued.
  • end of the carrier 11 ' is provided with an outer peripheral annular groove 18.
  • the hollow cylindrical valve needle 12 is open at its end remote from the valve seat 16 to the fuel inlet and carries at its valve seat 16 facing the other end a valve closure member 19 which cooperates with the valve seat 16 for releasing and closing the valve opening 15.
  • the valve needle 12 is provided with a radially through the cylinder wall passing through hole 20.
  • a magnet armature 21 is arranged, via which the valve needle 12 is guided axially displaceably in the valve seat carrier 11.
  • An aligned inside the valve closure member 19 flat surface 22 serves as a reflection surface for a Laser beam during dry adjustment of the valve lift.
  • the electromagnet 13 comprises, in addition to the integrally formed with the valve needle 12 magnet armature 21 an inner, hollow cylindrical magnetic core 23, an outer, deep-drawn magnet pot 24 and a magnetic core 23 and magnetic pot 24 inset magnetic coil 25, which consists of wound on a bobbin field windings.
  • the magnetic coil 25 is connected to a connector 26.
  • the hollow-cylindrical magnetic core 23 is pressed into the end of the carrier 11 'facing away from the valve seat 16 in this. Its offset determines the stroke of the valve needle 12th
  • the magnet coil 25 and the connector 26 are combined to form a plastic-encased coil part 27, which is pushed onto the carrier 11 '.
  • On the plastic-coated coil part 27 of the magnet pot 24 is placed, which surrounds the carrier 11 'with its cup bottom 241 and with its cup jacket 242 at the pot opening edge integrally formed on a valve seat carrier 11 radial flange 111 almost without play.
  • the radial flange 111 is arranged at the level of the magnetic core 23 on the valve needle 12.
  • valve needle 12 is pressed with its valve closure member 19 by a pressure spring designed as a valve closing spring 28 on the valve seat 16.
  • the valve closing spring 28 is supported on the one hand in a radial annular shoulder 121 formed in the interior of the valve needle 12 and on the other hand on an adjusting sleeve 29, which is pressed into the magnetic core 23.
  • the offset of the adjusting sleeve 29 determines the spring bias of the valve closing spring 28 and thus the closing force of the valve needle 12.
  • the connecting piece 14 is made as a separate plastic injection molded part with integrated filter 31. On the one hand, it has an annular web 141, which produces a clip connection with the annular groove 18 on the carrier 11 ', and a radially projecting mounting nose 142, which serves as an anti-rotation device and serves for the correct insertion of the injection valve into a fuel manifold.
  • FIG. 2 shows a schematic representation in longitudinal section of a first embodiment of an injection valve according to the invention.
  • the valve seat carrier 11 has the valve seat 16 with two spray holes 69. Furthermore, the valve seat carrier 11 on the radial flange 111.
  • the valve seat carrier 11 is connected by means of a gluing, soldering or welding connection 200 to the upper region of the carrier 11 '(hereinafter also referred to as the remaining valve structure 201).
  • the valve seat carrier 11 is made of a substantially magnetic first material in a first region 91 comprising at least the valve seat 16.
  • This first magnetic material comprises, for example, a ferromagnetic material, in particular an iron material, a cobalt material or a nickel material.
  • the valve seat carrier 11 is made according to the first embodiment in a second seat 92 facing away from the valve seat 16 made of a substantially non-magnetic second material (magnetic separation).
  • This second material comprises, for example, an austenitic material, in particular a steel material.
  • Valve seat 16 with spray holes 69 and the remaining valve seat carrier 11 are manufactured in a one-piece component, in particular by means of a 2-component MIM (Metal Injection Molding) method by injection molding of the two components and subsequent sintering produced.
  • MIM Metal Injection Molding
  • By manufacturing a one-piece component a comparatively improved concentricity of an upper to a lower needle guide 400 can be achieved (upper needle guide not shown for better illustration).
  • a welding of a portion of the valve seat with the rest of the valve seat carrier 11 is not required, so that distortion due to the effect of heat is avoidable.
  • a sealing seat region 300 is arranged on a valve needle 12 facing surface of the valve seat 16 and ensures the tight fit between the valve seat and (not shown here for clarity) valve needle 12.
  • the sealing seat portion 300 for example, by nitriding the surface of the valve seat 16 curable. In nitriding, the workpiece is heated in an evacuated oven, for example up to half the melting temperature. Then, inside the furnace, a nitrogen or carbon atmosphere is generated (carburizing). The nitrogen or carbon atoms then diffuse into the outermost layers of the workpiece. This method requires that the soft magnetic areas be shielded.
  • a hardening of the surface of the valve seat 16 by surface hardening in particular by inductive hardening by means of a frequency-dependent magnetic field or by flame curing, possible, whereby the edge layers of the workpiece are austenitized. Furthermore possible is hardening by means of laser or electron beam hardening.
  • FIG. 3 shows a schematic representation in longitudinal section of a second embodiment of an injection valve according to the invention.
  • the valve seat carrier 11 has at least one injection hole 69.
  • the valve seat carrier 11 on the radial flange 111.
  • the valve seat carrier 11 is formed of three materials. In the first region 91 of the valve seat carrier 11 is made of the magnetic first material. This first area 91 is shown hatched. Furthermore, the valve seat carrier 11 in the valve seat 16 facing away from the second region 92 of the non-magnetic second material (magnetic separation) is made. Furthermore, the valve seat 16 is made of a third material, wherein the third material is essentially a particularly hard material. As a particularly hard material, for example, a steel material or alternatively a hard metal can be used.
  • This 3-component component is molded by means of MIM technology, for example, the three components corresponding to the three materials.
  • the component or the valve seat carrier 11 is manufactured.
  • a subsequent hardening of the surface of the valve seat 16 is not necessary, so that it is possible to reduce the number of manufacturing steps considerably.
  • Each material component of the 2-component or 3-component according to the present invention comprises, for example, a metal powder with a binder, e.g. a plastic binder. By sintering the respective binder is removed again.
  • the injection holes 69 are produced, for example, directly during the manufacture of the one-piece valve seat carrier 11 by means of MIM process. Alternatively, it is possible to introduce the injection holes into the valve seat 16 only after the manufacture of the valve seat carrier 11. This is done, for example, by drilling, by a laser method or by a removal method, for example an ECM method (Electrochemical Machining).
  • the electrochemical machining process in the ECM process is characterized by an anodic electrochemical dissolution of the workpiece to be machined.
  • An electrolyte that flows through a gap between the tool and the workpiece removes the dissolved material and simultaneously cools the workpiece.
  • This electrochemical machining method it is possible to finish the workpiece in a single operation.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Einspritzventil, insbesondere für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. von einem Verfahren zur Herstellung eines Einspritzventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
  • Solche Einspritzventile sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 10 2004 058 803 A1 ein Einspritzventil mit einem Ventilsitzträger bekannt, mit einem am Ende des Ventilsitzträgers sich befindlichen, eine Ventilöffnung umschließenden Ventilsitz, mit einer im Ventilsitzträger koaxial angeordneten, axial verschiebbar geführten Ventilnadel, die an ihrem dem Ventilsitz zugekehrten Nadelende eine mit dem Ventilsitz zum Schließen und Freigeben der Ventilöffnung zusammenwirkendes Ventilschließglied trägt, mit einem Elektromagneten zur Hubbetätigung der Ventilnadel, der einen inneren, hohlzylindrischen Magnetkern, einen äußeren Magnettopf, eine dazwischenliegende, an einem Anschlussstecker angeschlossene Magnetspule und einen dem Magnetkern axial gegenüberliegenden Magnetanker aufweist, der an dem vom Ventilschließglied abgekehrten Nadelende der Ventilnadel angeordnet ist, wobei Ventilöffnung und Ventilsitz am einteiligen Ventilsitzträger selbst ausgebildet sind, wobei die axial verschiebbar Führung der Ventilnadel dem Ventilsitzträger zugewiesen ist, wobei Magnetspule und Anschlussstecker in einem kunststoffumspritzten separaten Spulenteil zusammengefasst sind.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Einspritzventil gemäß Anspruch 1 sowie den nebengeordneten Ansprüchen und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Einspritzventils gemäß Anspruch 8 sowie den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass der Ventilsitzträger in einem einteiligen Bauteil hergestellt ist und somit keine Verbindungsprozesse notwendig sind. Insbesondere ist keine Schweißverbindung notwendig, sodass eine Verformung aufgrund der Hitzeeinwirkung vermieden wird.
  • Zusätzlich zu diesem Vorteil wird durch die Herstellung eines einteiligen Bauteils, das im Wesentlichen aus einem magnetischen und einem unmagnetischen Material (im Folgenden auch magnetische Trennung oder magnetische Drossel genannt) besteht (im Folgenden auch 2-Komponenten-Bauteil bzw. 3-Komponenten-Bauteil genannt), eine vergleichsweise hohe magnetische Kraft zur Hubbetätigung der Ventilnadel erreicht. Weiterhin ist nur vergleichsweise geringer Bauraum für Ventilsitz, Ventilsitzträger und magnetische Trennung erforderlich. Außerdem ist ein vergleichsweise runder Lauf einer oberen zu einer unteren Nadelführung erreichbar. Insgesamt ist es erfindungsgemäß möglich, verschiedene Bereiche des Ventilsitzträgers hinsichtlich ihres Materials weitgehend optimal an ihre jeweiligen zu erfüllenden Aufgaben anzupassen und dennoch durch die einteilige Anordnung eine kostengünstige Herstellbarkeit zu gewährleisten sowie die Nachteile von Verbindungsprozessen (wie die Verringerung der Maßgenauigkeit) zu vermeiden.
  • Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilsitzträger als MIM (Metall Injection Moulding)-Teil hergestellt ist. Dadurch ist ein erfindungsgemäßes Einspritzventil mit den genannten Vorteilen mittels bekannter Spritzgussverfahren, insbesondere MIM-Technologie, einfach und kostengünstig herstellbar. Insbesondere ist es möglich, dass die Spritzlöcher bereits bei der Formgebung des 2-K-Bauteils bzw. des 3-K-Bauteils erzeugt werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Ventilsitzträger im Bereich des Ventilsitzes im Wesentlichen aus dem ersten Material gefertigt ist. Weiterhin ist der Ventilsitzträger am dem Ventilsitz axial entgegengesetzten Ende aus dem zweiten Material (magnetische Trennung) gefertigt. Dadurch ist eine vergleichsweise hohe magnetische Kraft zur Hubbetätigung der Ventilnadel bei einteiliger Bauweise von Ventilsitzträger und Ventilsitz erreichbar.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Ventilsitzträger im Bereich des Ventilsitzes Spritzlöcher aufweist. Dadurch, dass die Spritzlöcher in den Ventilsitz eingebracht werden, ist ein Einkleben beispielsweise einer Spritzlochscheibe nicht mehr notwendig und es wird ein Fertigungsprozess eingespart.
  • Gemäß zwei anderer bevorzugter Weiterbildungen ist vorgesehen, dass die Spritzlöcher nach der Formgebung in den Ventilsitz gebohrt sind oder die Spritzlöcher mittels eines Laserverfahrens bzw. mittels eines Abtragungsverfahrens gefertigt sind. Dadurch ist es möglich, dass die Spritzlöcher auch erst nach der Formgebung des Ventilsitzträgers in diesen eingebracht werden und mittels bekannter Technologien hergestellt werden.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine der Ventilnadel zugekehrte Oberfläche des Ventilsitzträgers im Bereich des Ventilsitzes mittels eines Nitrierverfahrens oder eines Oberflächenbeschichtungsverfahrens gehärtet ist. Durch diese Härtung werden der Dichtsitz des Ventilsitzes sowie die Nadelführung des Ventilsitzes vergleichsweise erheblich verbessert. Zur Härtung sind bekannte Härteverfahren einsetzbar. Außerdem wird die Verschleißfestigkeit vergleichsweise erheblich verbessert.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Ventilsitzträger als 3-K-Bauteil gefertigt ist und im Bereich des Ventilsitzes im Wesentlichen aus einem dritten Material gefertigt ist, wobei das dritte Material eine vergleichsweise große Härte aufweist. Durch die Herstellung eines Ventilsitzträgers aus drei Materialien (3-Komponenten MIM-Technik) ist es möglich, auf nachträgliche Härteverfahren des Ventilsitzes zu verzichten und den Fertigungsprozess zu verkürzen. Das erste Material ist in diesem Fall zwischen dem Bereich des Ventilsitzes und dem Bereich der magnetischen Drossel angeordnet.
  • Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zu Herstellung eines Einspritzventils gemäß Anspruch 8. Der Ventilsitzträger wird in einem einteiligen Bauteil hergestellt und es sind keine Verbindungsprozesse notwendig. Insbesondere ist keine Schweißverbindung notwendig, sodass eine Verformung aufgrund der Hitzeeinwirkung vermieden wird. Zusätzlich zu diesem Vorteil wird durch die Herstellung eines einteiligen Bauteils, das im Wesentlichen ein magnetisches und ein unmagnetisches Material aufweist, eine vergleichsweise hohe magnetische Kraft zur Hubbetätigung der Ventilnadel erreicht.
  • Weiterhin ist nur vergleichsweise geringer Bauraum für Ventilsitz, Ventilsitzträger und magnetische Trennung erforderlich. Außerdem ist ein vergleichsweise runder Lauf der oberen zur unteren Nadelführung erreichbar. Dadurch, dass die Spritzlöcher direkt in den Ventilsitz eingebracht werden, ist ein Einkleben beispielsweise einer Spritzlochscheibe nicht mehr notwendig und es wird ein Fertigungsprozess eingespart. Die Herstellung mittels MIM-Technologie erfordert vergleichsweise wenige Fertigungsschritte.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Ventilsitzträger im Bereich des Ventilsitzes im Wesentlichen aus einem dritten Material gefertigt wird, wobei das dritte Material eine vergleichsweise große Härte aufweist. Durch die Herstellung eines Ventilsitzträgers aus drei Materialien (3-Komponenten MIM-Technik) ist es möglich, auf nachträgliche Härteverfahren des Ventilsitzes zu verzichten und den Fertigungsprozess zu verkürzen.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen
    • Figur 1 eine schematisierte Darstellung eines Längsschnittes eines Einspritzventils gemäß dem Stand der Technik,
    • Figur 2 eine Prinzipdarstellung eines Längsschnittes eines Einspritzventils gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
    • Figur 3 eine Prinzipdarstellung eines Längsschnittes eines Einspritzventils gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    Ausführungsform(en) der Erfindung
  • In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
  • Das in Figur 1 im Längsschnitt schematisiert dargestellte Einspritzventil gemäß dem Stand der Technik wird in Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Es weist einen Träger 11', eine im Träger 11' koaxial angeordnete Ventilnadel 12, einen Elektromagneten 13 zum Betätigen der Ventilnadel 12, sowie einen Anschlussstutzen 14 zum Zuführen von Kraftstoff auf. Der Träger 11' weist einen unteren Bereich, der im Folgenden auch als Ventilsitzträger 11 bezeichnet wird, und einen oberen Bereich 201 auf.
  • Beim Herstellen des Trägers 11' wird in dessen Bodenbereich eine Ventilöffnung 15 und ein diese umschließender Ventilsitz 16 aus- bzw. angeformt. Gemäß dem Stand der Technik ist im Boden des Ventilsitzträgers 11 auf der vom Ventilsitz 16 abgekehrten Außenseite eine Ausnehmung koaxial zur Ventilöffnung 15 eingeformt, in die eine Spritzlochscheibe 17 eingeklebt ist. An seinem vom Ventilsitz 16 abgekehrten Ende ist der Träger 11' mit einer außen umlaufenden Ringnut 18 versehen.
  • Die hohlzylindrische Ventilnadel 12 ist an ihrem vom Ventilsitz 16 abgekehrten Ende zum Kraftstoffeintritt offen und trägt an ihrem dem Ventilsitz 16 zugekehrten anderen Ende ein Ventilschließglied 19, das mit dem Ventilsitz 16 zum Freigeben und Schließen der Ventilöffnung 15 zusammenwirkt. Zum Kraftstoffaustritt ist die Ventilnadel 12 mit einem radial durch die Zylinderwand hindurchgehenden Austrittsloch 20 versehen. An dem vom Ventilschließglied 19 abgekehrten Ende der Ventilnadel 12 ist ein Magnetanker 21 angeordnet, über den die Ventilnadel 12 in dem Ventilsitzträger 11 axial verschiebbar geführt ist. Eine innen am Ventilschließglied 19 ausgerichtete ebene Fläche 22 dient als Reflexionsfläche für einen Laserstrahl bei der Trockeneinstellung des Ventilhubs.
  • Der Elektromagnet 13 umfasst neben dem mit der Ventilnadel 12 einstückig ausgebildeten Magnetanker 21 einen innenliegenden, hohlzylindrischen Magnetkern 23, einen außenliegenden, tiefgezogenen Magnettopf 24 und eine zwischen Magnetkern 23 und Magnettopf 24 einliegende Magnetspule 25, die aus auf einen Spulenkörper aufgewickelten Erregerwicklungen besteht. Die Magnetspule 25 ist an einem Anschlussstecker 26 angeschlossen. Der hohlzylindrische Magnetkern 23 ist an dem vom Ventilsitz 16 abgekehrten Ende des Trägers 11' in diesen eingepresst. Seine Einpresstiefe bestimmt den Hub der Ventilnadel 12.
  • Die Magnetspule 25 und der Anschlussstecker 26 sind zu einem kunststoffumspritzten Spulenteil 27 zusammengefasst, das auf den Träger 11' aufgeschoben wird. Auf das kunststoffumspritzte Spulenteil 27 wird der Magnettopf 24 aufgesetzt, der mit seinem Topfboden 241 den Träger 11' umschließt und mit seinem Topfmantel 242 am Topföffnungsrand einen am Ventilsitzträger 11 angeformten Radialflansch 111 nahezu spiellos übergreift. Der Radialflansch 111 ist in Höhe des Magnetkerns 23 an der Ventilnadel 12 angeordnet.
  • Die Ventilnadel 12 wird mit ihrem Ventilschließglied 19 durch eine als Druckfeder ausgebildete Ventilschließfeder 28 auf den Ventilsitz 16 aufgepresst. Hierzu stützt sich die Ventilschließfeder 28 einerseits in einer im Innern der Ventilnadel 12 ausgebildeten, radialen Ringschulter 121 und andererseits an einer Einstellhülse 29 ab, die in den Magnetkern 23 eingepresst ist. Die Einpresstiefe der Einstellhülse 29 bestimmt die Federvorspannung der Ventilschließfeder 28 und damit die Schließkraft der Ventilnadel 12. Bei geschlossenem Ventil ist zwischen den ringförmigen Stirnflächen von Magnetanker 21 und Magnetkern 23 ein Arbeitsluftspalt 30 vorhanden. Der Magnetkern 23, der Magnettopf 24, der Radialflansch 111 und der Magnetanker 21 bilden einen Magnetkreis.
  • Der Anschlussstutzen 14 ist als separates Kunststoffspritzgussteil mit integriertem Filter 31 hergestellt. Er weist einerseits einen Ringsteg 141, der mit der Ringnut 18 am Träger 11' eine Klipsverbindung herstellt, und eine radial abstehende Montagenase 142 auf, die als Verdrehsicherung dient und zum lagerichtigen Einsetzen des Einspritzventils in eine Kraftstoffsammelleitung dient.
  • Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung in Längsschnitt einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einspritzventils. Der Ventilsitzträger 11 weist den Ventilsitz 16 mit zwei Spritzlöchern 69 auf. Weiterhin weist der Ventilsitzträger 11 den Radialflansch 111 auf. Der Ventilsitzträger 11 ist mittels einer Kleb-, Löt- oder Schweißverbindung 200 mit dem oberen Bereich des Trägers 11' (nachfolgend auch als übrige Ventilstruktur 201) verbunden. Der Ventilsitzträger 11 ist in einem mindestens den Ventilsitz 16 umfassenden ersten Bereich 91 aus einem im Wesentlichen magnetischen ersten Material gefertigt. Dieses erste magnetische Material weist beispielsweise ein ferromagnetisches Material auf, insbesondere ein Eisenmaterial, ein Kobaltmaterial oder ein Nickelmaterial. Der Ventilsitzträger 11 ist gemäß der ersten Ausführungsform in einem dem Ventilsitz 16 abgekehrten zweiten Bereich 92 aus einem im Wesentlichen unmagnetischen zweiten Material gefertigt (magnetische Trennung). Dieses zweite Material weist beispielsweise ein austenitisches Material, insbesondere ein Stahlmaterial auf.
  • Durch die magnetische Trennung als Teil des Ventilsitzträgers 11 ist eine vergleichsweise erhebliche Erhöhung der magnetischen Kraft zur Hubbetätigung der Ventilnadel 12 erreichbar. Ventilsitz 16 mit Spritzlöchern 69 und der restliche Ventilsitzträger 11 sind in einem einteiligen Bauteil gefertigt, insbesondere mittels eines 2-Komponenten-MIM (Metal Injection Moulding) Verfahrens durch Spritzgießen der beiden Komponenten und anschließendem Sintern herstellbar. Durch die Fertigung eines einteiligen Bauteils ist ein vergleichsweise verbesserter Rundlauf einer oberen zu einer unteren Nadelführung 400 erreichbar (obere Nadelführung zur besseren Darstellung nicht abgebildet). Zusätzlich ist es möglich, beispielsweise die untere Nadelführung 400 zu unterbrechen und mindestens eine Durchströmnut derart einzubringen, dass durch diese Durchströmnut der Kraftstoff an der unteren Nadelführung vorbeigeführt wird. Außerdem ist es möglich, den erforderlichen Bauraum des Ventilsitzträgers 11 vergleichsweise erheblich zu reduzieren. Weiterhin ist ein Verschweißen eines Bereiches des Ventilsitzes mit dem restlichen Ventilsitzträger 11 nicht erforderlich, sodass Verzug aufgrund der Hitzeeinwirkung vermeidbar ist.
  • Ein Dichtsitzbereich 300 ist auf einer der Ventilnadel 12 zugekehrten Oberfläche des Ventilsitzes 16 angeordnet und sorgt für den dichten Sitz zwischen Ventilsitz und (hier zur besseren Darstellung nicht abgebildeter) Ventilnadel 12. Der Dichtsitzbereich 300 ist beispielsweise durch Nitrieren der Oberfläche des Ventilsitzes 16 härtbar. Beim Nitrierhärten wird das Werkstück in einem evakuierten Ofen beispielsweise bis zur halben Schmelztemperatur erwärmt. Dann wird im Innern des Ofens eine Stickstoff- oder Kohlenstoffatmosphäre erzeugt (Aufkohlen). Die Stickstoff- oder Kohlenstoffatome diffundieren dann in die äußersten Schichten des Werkstückes ein. Bei diesem Verfahren ist erforderlich, dass die weichmagnetischen Bereiche abgeschirmt werden.
  • Weiterhin ist eine Härtung der Oberfläche des Ventilsitzes 16 durch Randschichthärten, insbesondere durch induktives Härten mittels eines frequenzabhängigen Magnetfeldes oder mittels Flammhärten, möglich, wodurch die Randschichten des Werkstückes austenitisiert werden. Weiterhin möglich ist ein Härten mittels Laser- oder Elektronenstrahlhärten. Durch eine vergleichsweise große Härte der Oberfläche des Ventilsitzes 16 ist eine vergleichsweise hohe Verschleißfestigkeit des Ventilsitzes 16 erreichbar.
  • Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung in Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einspritzventils. Der Ventilsitzträger 11 weist mindestens ein Spritzloch 69 auf. Außerdem weist der Ventilsitzträger 11 den Radialflansch 111 auf. Der Ventilsitzträger 11 ist aus drei Materialien geformt. Im ersten Bereich 91 ist der Ventilsitzträger 11 aus dem magnetischen ersten Material gefertigt. Dieser erste Bereich 91 ist schraffiert dargestellt. Weiterhin ist der Ventilsitzträger 11 im dem Ventilsitz 16 abgekehrten zweiten Bereich 92 aus dem unmagnetischen zweiten Material (magnetische Trennung) gefertigt. Weiterhin ist der Ventilsitz 16 aus einem dritten Material gefertigt, wobei das dritte Material im Wesentlichen ein besonders harter Werkstoff ist. Als besonders harter Werkstoff ist beispielsweise ein Stahlmaterial oder alternativ ein Hartmetall einsetzbar.
  • Dieses 3-Komponenten-Bauteil wird beispielsweise mittels MIM-Technik geformt, wobei die drei Komponenten den drei Materialien entsprechen. Mittels Spritzgussverfahren und anschließendem Sintern wird das Bauteil bzw. der Ventilsitzträger 11 gefertigt. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist ein nachträgliches Härten der Oberfläche des Ventilsitzes 16 nicht notwendig, sodass es möglich ist, die Anzahl der Herstellungsschritte erheblich zu reduzieren.
  • Jede Materialkomponente des 2-K-Bauteils bzw. des 3-K-Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst beispielsweise ein Metallpulver mit einem Bindemittel, z.B. einem Kunststoffbindemittel. Durch Sintern wird das jeweilige Bindemittel wieder entfernt. Die Spritzlöcher 69 werden beispielsweise direkt beim Herstellen des einteiligen Ventilsitzträgers 11 mittels MIM-Verfahren hergestellt. Alternativ ist es möglich, die Spritzlöcher erst nach der Herstellung des Ventilsitzträgers 11 in den Ventilsitz 16 einzubringen. Dies geschieht beispielsweise durch Bohren, durch ein Laserverfahren oder durch ein Abtragungsverfahren, beispielsweise ein ECM-Verfahren (Electrochemical Machining).
  • Der elektrochemische Bearbeitungsprozess beim ECM-Verfahren ist durch eine anodische elektrochemische Auflösung des zu bearbeitenden Werkstückes gekennzeichnet. Durch einen Elektrolyt, der durch einen Spalt zwischen Werkzeug und Werkstück fließt, wird das gelöste Material entfernt und das Werkstück gleichzeitig gekühlt. Mit diesem elektrochemischen Bearbeitungsverfahren ist es möglich, das Werkstück in einem einzigen Arbeitsablauf fertig zu stellen. Beim ECM-Prozess gibt es im Allgemeinen keinen oder nur einen verschwindend geringen Verschleiß an der Werkzeug-Elektrode, und es können sehr hohe Abtragraten erzielt werden.

Claims (9)

  1. Einspritzventil, insbesondere für Kraftstoffeinspritzanlangen von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, mit einem Ventilsitzträger (11), wobei der Ventilsitzträger (11) einen Ventilsitz (16) aufweist, mit einer im Ventilsitzträger (11) angeordneten und verschiebbar geführten Ventilnadel (12), mit einem Elektromagneten (13) zur Hubbetätigung der Ventilnadel (12), wobei der Elektromagnet (13) einen inneren, hohlzylindrischen Magnetkern (23), einen äußeren Magnettopf (24), eine an einem Anschlussstecker (26) angeschlossene Magnetspule (25) und einen dem Magnetkern (23) axial gegenüberliegenden Magnetanker (21) aufweist, wobei der Magnetanker (21) an dem vom Ventilsitz (16) abgekehrten Nadelende der Ventilnadel (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzträger (11) als einteiliges Bauteil hergestellt ist und dass der Ventilsitzträger (11) mindestens einen ersten Bereich (91) und einen zweiten Bereich (92) aufweist, wobei der Ventilsitzträger (11) im ersten Bereich (91) im Wesentlichen aus einem magnetischen ersten Material und im zweiten Bereich (92) im Wesentlichen aus einem unmagnetischen zweiten Material gefertigt ist, wobei der Ventilsitzträger (11) als Metal-Injection-Moulding (MIM)-Teil hergestellt ist.
  2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzträger (11) im Bereich des Ventilsitzes (16) im Wesentlichen aus dem ersten Material gefertigt ist.
  3. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzträger (11) im Bereich des Ventilsitzes (16) Spritzlöcher (69) aufweist.
  4. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzlöcher (69) in den Ventilsitz (16) gebohrt sind.
  5. Einspritzventil nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzlöcher (69) mittels eines Laserverfahrens oder eines Abtragungsverfahrens gefertigt sind.
  6. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Ventilnadel (12) zugekehrte Oberfläche des Ventilsitzträgers (11) im Bereich des Ventilsitzes (16) mittels eines Nitrierverfahrens oder eines Oberflächenbeschichtungsverfahrens gehärtet ist.
  7. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzträger (11) im Bereich des Ventilsitzes (16) im Wesentlichen aus einem dritten Material gefertigt ist, wobei das dritte Material eine vergleichsweise große Härte aufweist.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Einspritzventils, wobei in einem Ventilsitzträger (11) mit einem Ventilsitz (16) eine Ventilnadel (12) verschiebbar geführt wird, wobei die Ventilnadel (12) durch einen Elektromagneten (13) betätigt wird, wobei der Elektromagnet (13) aus einem inneren, hohlzylindrischen Magnetkern (23), einem äußeren Magnettopf (24), einer an einem Anschlussstecker (26) angeschlossene Magnetspule (25) und einem dem Magnetkern (23) axial gegenüberliegenden Magnetanker (21) gefertigt wird, wobei der Magnetanker (21) an dem vom Ventilsitz (16) abgekehrten Nadelende der Ventilnadel (12) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzträger (11) in einem ersten Bereich (91) im Wesentlichen aus einem magnetischen ersten Material gefertigt wird und in einem zweiten Bereich (92) im Wesentlichen aus einem unmagnetischen zweiten Material gefertigt wird, und dass der Ventilsitzträger (11) als einteiliges Bauteil mittels eines MIM-Verfahrens hergestellt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzträger (11) im Bereich des Ventilsitzes (16) im Wesentlichen aus einem dritten Material gefertigt wird, wobei das dritte Material eine vergleichsweise große Härte aufweist.
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