EP2499350A1 - Verfahren zum herstellen eines kraftstoffeinspritzventils und kraftstoffeinspritzventil - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines kraftstoffeinspritzventils und kraftstoffeinspritzventil

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EP2499350A1
EP2499350A1 EP10762648A EP10762648A EP2499350A1 EP 2499350 A1 EP2499350 A1 EP 2499350A1 EP 10762648 A EP10762648 A EP 10762648A EP 10762648 A EP10762648 A EP 10762648A EP 2499350 A1 EP2499350 A1 EP 2499350A1
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EP
European Patent Office
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control chamber
valve needle
valve
fuel
volume
Prior art date
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EP10762648A
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English (en)
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Susanne Spindler
Stephan Amelang
Matthias Burger
Christian Faltin
Hans-Christoph Magel
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • Y10T29/49425—Valve or choke making with assembly, disassembly or composite article making including metallurgical bonding

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a fuel injection valve according to the preamble of claim 1.
  • Such a method for producing a fuel injection valve (hereinafter also sometimes referred to as "injector”) is already well known and is used in particular in fuel injection valves in so-called common rail injection systems
  • the pressure valves are piezo and solenoid valves in use to control the servo loop, and a fast low pressure stage is often used to quickly close the valve needle, creating a permanent, closing force on the valve needle Leakage occurring between the high and low pressure sides Leakage inevitably leads to a higher pumping capacity required in the common rail injection system and thus to loss of efficiency of the system, which is especially the case at higher pressures prescribed table.
  • the latest injectors for highest injection pressures are designed low leakage, by dispensing with the low pressure stage. Due to the absence of the low-pressure stage, however, only low closing forces are available for the valve needle. As a result, the response time between the control of the valve needle and the start of injection relatively low. The response time is mainly dependent on the stiffness of the valve needle. Precisely because it is small in the case of an injector without a low-pressure stage, even a slight change in the needle stiffness leads to a large shift in the start of injection and the injected fuel quantity. The stiffness of the valve needle is dependent on the diameter and the length of the valve needle.
  • the invention has the object, a method for producing a fuel injection valve according to the preamble of claim 1 such that the response time at fuel valves of different length or different length of their valve needles is at least substantially constant.
  • This object is achieved in a method for producing a fuel injection valve having the features of claim 1.
  • the invention is based on the idea of compensating for the different mechanical rigidity due to different lengths of the valve needles by varying the "hydraulic rigidity" of the control space connected to the valve needle In other words, this means that a relatively short and therefore stiff valve needle is thereby compensated for by being connected to a control chamber, which has a relatively large storage volume having fuel and vice versa.
  • Advantageous developments of the method according to the invention for producing a fuel injection valve are specified in the subclaims. All combinations of at least two features disclosed in the description, the claims and / or the figures fall within the scope of the invention.
  • the geometry of the control chamber in the area in which the Valve needle is guided as a cylindrical bore is always formed with the same diameter and always the same depth and that the adjustment of the volume of the control chamber via a shortening or extension of the guided in the control chamber portion of the valve needle.
  • valve needle consists of at least one standardized first section arranged in the control chamber which is connected on the side facing away from the control chamber with a second cylindrical portion and that the diameter of the second portion of the valve needle is varied, such that to shorten the delay time of the diameter of the valve needle increases and to extend the delay time of the diameter of Valve needle is reduced.
  • connection between at least the second section of the valve needle and the standardized first section and optionally between the second section of the valve needle and the third section is preferably carried out by laser welding. As a result, high-strength compounds can be produced relatively economically.
  • Fuel valves produced in accordance with the inventive method can be produced particularly economically with respect to their overall length if the injector housing of the fuel injection valve has a standardized upper part with the closing element, an actuating mechanism for the closing element and optionally the valve piece and a standardized lower part with a nozzle body and that between the Upper part and the lower part a total length of the injector housing defining central part is arranged.
  • Fig. 1 and 2 according to the invention first fuel injection valves, in which the
  • Injector has a maximum or a minimum length, respectively in longitudinal section and
  • Injector have a maximum or a minimum overall length, also in longitudinal section.
  • a first fuel injection valve 10 is shown, as it finds particular use in so-called common rail injection systems.
  • the fuel injection valve 10 is connected via a supply line 1 with a fuel storage, a so-called rail 2, in connection.
  • the rail 2 is stored under high pressure, for example, a pressure of about 2000 bar, standing fuel.
  • the rail 2 is connected to a high-pressure fuel pump 3, which sucks and compresses fuel from a fuel reservoir, in particular a fuel tank 4.
  • Fuel not required by the fuel injection valve 10 is returned to the fuel tank 4 via a return line 5 under low pressure.
  • a fuel injection system 7 described so far has a separate fuel injection valve 10 for each cylinder of an internal combustion engine, all of which are connected to the rail 2.
  • the fuel injection valve! 0 has a total of 11 designated injector housing.
  • the elongated injector housing 11 consists of three modules, a standardized upper part 12, a dependent on the length of the fuel injector 10, in particular annular, possibly formed with different diameters middle part 13 and a likewise standardized lower part 14.
  • a sealing ring 15 is inserted in a sealing groove, wherein the pressure-resistant connection between the central part 13 and the upper part 12, for example, by a circumferential laser welding or by a circumferential beading.
  • a screw connection 8 is formed in order to connect the middle part 13 with the lower part 14 in a pressure-resistant manner.
  • a pressure-balanced solenoid valve 20 is used or arranged, which has a magnetic core 21 and arranged in the magnetic core 21 magnetic coil 22.
  • the solenoid valve 20 furthermore has a magnet armature 23 which acts as a closing element and is guided in an axially movable manner in a pin-shaped guide member 24.
  • the foundedsgüed 24 is disposed in a through hole 25 of the magnetic core 21 and has a step 26, between which and the facing side of the armature 23, a compression spring 28 is supported.
  • the compression spring 28 is in this case arranged in a spring chamber 29, which as well as the region of the upper part 12, in which the
  • Magnetic core 21 is located, at least indirectly connected to the return line 5 and thus with low pressure.
  • the armature 23 is pressed in the de-energized state of the solenoid 22 against a seat 30 of a valve member 32.
  • the valve member 32 is screwed into an upper portion of the central part 13 and in this case sits on a step 33 of the central part 13.
  • a through hole 34 is arranged with a flow restrictor 35.
  • the outflow throttle 35 is connected to a control chamber 37, which is formed as a blind hole 38 on the magnet armature 23 opposite side of the valve member 32.
  • a first guide portion 39 of a valve needle 40 into it.
  • the substantially cylindrically shaped valve needle 40 has at its the
  • Valve piece 32 opposite end to a second guide portion 41, to which a valve tip 42 connects.
  • a compression spring 43 which is supported between a collar 44 of the valve needle 40 and the facing end face of the valve piece 32, the valve tip 42 is pressed against a seat 46 of a nozzle body 47.
  • the seat 46 defines a nozzle space 48, in FIG the at least one serving as a fuel outlet opening 49 through hole opens.
  • the nozzle body 47 is in this case inserted into the lower part 14 of the injector housing 11.
  • the valve needle 40 Due to its length U and its material and thus its modulus of elasticity and its cross-sectional area A, the valve needle 40 has a certain rigidity. In the de-energized state of the solenoid valve 20, the valve needle 40 is pressed against the seat 46, wherein an elastic deformation of the valve needle 40 due to the material properties described above and the geometry of the valve needle 40 sets. When energizing the solenoid coil 20 and the associated pressure reduction in the control chamber 37, the lifting of the valve needle 40 from the seat 46 takes place only when the pressure prevailing on the upper end surface 53 of the valve needle 40 pressure or the corresponding axial force is reduced to the valve needle 40 returns to its original length.
  • the pressure reduction in the control chamber 37 ie the period between the lifting of the armature 23 from the seat 30 to the reduction of the axial force on the end face 53, a certain period of time claimed, which depends on the size of the volume of the control chamber 37 .
  • the sum of the delays caused by the pressure reduction in the first place Control chamber 37 and the other with respect to the elastic deformation of the valve needle 40 referred to as delay time or drive time t.
  • FIG. 2 shows a fuel injection valve 10a, which differs from the fuel injection valve 10 shown in FIG. 1 in that it has an overall smaller overall length.
  • the smaller overall length is achieved by reducing or shortening the middle part 13, while the lower part 14 and the upper part 12 are each formed as standardized components, which are present both in the fuel injection valve 100 and the fuel injection valve 10a in an identical manner.
  • the fuel injection valve 10a differs from the fuel injection valve 10 only in the length of the middle part 13 and in the length of the valve needle 40a. Since the length L 2 of the valve needle 40a, as well as the length of the central portion 13 with respect to the fuel injection valve 10 is lower, the fuel injection valve 10a with respect to the valve needle 40a has a lower response time, (provided that the valve needle 40 and the valve needle 40a from the same Material consist and the same Querterrorismsflä- surface A have) the length L 2 of the valve needle 40 a with respect to the length L of
  • Valve needle 40 is lower. This would thus also lead overall to a shortened drive time t of the fuel injection valve 10a.
  • the part of the activation time t which is influenced by the volume of the control chamber 37, in the case of the fuel injection valve 10a with respect to the fuel injection valve 10 is enlarged. This is done by increasing the volume of the control chamber 37 such that the projecting into the control chamber 37 guide portion 39a of the valve needle 40a is reduced in its length.
  • a third fuel injection valve 60 and a fourth fuel injection valve 60a are illustrated.
  • the fuel injectors 60, 60a differ from the fuel injectors 10, 10a through the use of a differently constructed valve needle 62, 62a.
  • the valve needles 62 and 62a are each formed in three parts.
  • Each of the valve needles 62, 62a consists of a standardized, protruding into the control chamber 37 upper part 63 and a standardized lower part 64, which carries the second guide portion 41 and the valve tip 42.
  • the upper part 63 and the lower part 64 are interconnected by means of a cylindrically shaped middle part 65, 65a. This takes place as a connection technique between the middle part 65, 65a and the upper part
  • the middle part 65 has a larger diameter than the middle part 65 a with the diameter D 2 .
  • the middle part 65 has a larger cross-sectional area than the middle part 65a with the cross-sectional area A 2 .
  • the driving time t of the fuel injection valves 60, 60a mainly by a variation of the diameter D and the cross-sectional area A, respectively of the central part 65, 65a influenced.
  • the different diameters D of the middle parts 65, 65a are present only in stages for reducing the variety of types, ie that only a limited number of diameters D is provided or in the production for assembly of
  • Fuel injection valves 60, 60a are present. About the variation or selection of the middle parts 65, 65a while a coarse adjustment of the drive times t is effected. It is provided that, should a certain activation time t be realized by means of two different diameters D, the smaller diameter D is always used. This has the consequence that (compared to the larger diameter D), the volume of the control chamber 37 is smaller, to compensate for the lower rigidity of the equipped with the relatively smaller diameter D middle part 65.
  • the fine tuning with respect to the activation time t takes place at the selected diameter D by a corresponding shortening or reduction of the length of the middle part 65, 65 a in such a way, that the region of the upper part 63, which is located in the valve piece 32, projects somewhat less into the control chamber 37.
  • the ratio of the increase in the valve needle lift ⁇ due to the increase in the volume of the control chamber 37 for shortening the needle stroke due to the shortening of the valve needle AL can be calculated according to:
  • E (65; 65a) is the modulus of elasticity of section 65; 65a,
  • the fuel injection valves 10, 10a and 60, 60a described so far can be modified or modified in a variety of ways.
  • the magnet assembly or the solenoid valve 20 may be constructed differently or replaced by a piezo.
  • the design of the fuel injection valves 10, 10a, 60, 60a can take place so that the solenoid valve 20 can already be closed again before the injection begins or the through-bore 34 is released. In this way, variations between successive injections and Jacobruckjankeiten can be reduced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffeinspritzventils (10; 10a; 60; 60a), bei dem eine wenigstens eine Kraftstoffaustrittsöffnung (49) verschließende Ventilnadel (40; 40a; 62; 62a) in ein Injektorgehäuse (11) eingesetzt wird, wobei das dem wenigstens eine Kraftstoffaustrittsöffnung (49) gegenüberliegende Ende der Ventilnadel (40; 40a; 62; 62a) in einem Ventilstück (32) geführt ist, das einen unter Druck stehenden, mit Kraftstoff befüllten Steuerraum (37) aufweist, wobei der Steuerraum (37) auf der der Ventilnadel (40; 40a; 62; 62a) abgewandten Seite von einem beim Öffnen einen Durchlass bildenden Schließelement (23) verschließbar ist, das zumindest mittelbar mit einem unter Niederdruck stehenden Kraftstoffrücklauf (5) verbunden ist, wobei nach dem Öffnen des Steuerraums (37) mittels des Schließelementes (23) im Steuerraum (37) vorhandenes Kraftstoffvolumen durch den Durchlass abströmt, wobei sich die Ventilnadel (40; 40a; 62; 62a) in Richtung des Schließelements (23) bewegt, wobei die wenigstens eine Kraftstoffaustrittsöffnung (49) freigegeben wird und wobei zwischen dem Öffnen des Steuerraums (37) und dem Öffnen der wenigstens einen Kraftstoffaustrittsöffnung (49) eine Verzugszeit (t) aufgrund der Größe des Volumens des Steuerraumes (37) und aufgrund der durch den Elastizitätsmodul, den Durchmesser (D) und die Länge (L) der Ventilnadel (40; 40a; 62; 62a) hervorgerufenen Steifigkeit der Ventilnadel (40; 40a; 62; 62a) auftritt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Erzielung gleicher Verzugszeiten (t) bei Kraftstoffeinspritzventilen (10; 10a; 60; 60a) mit unterschiedlich langen Injektorgehäusen (11) und unterschiedlich langen Ventilnadeln (40; 40a; 62; 62a) zumindest das Volumen des Steuerraums (37) derart angepasst wird, dass zur Verkürzung der Verzugszeit (t) das Volumen des Steuerraums (37) verkleinert und zu einer Verlängerung der Verzugszeit (t) das Volumen des Steuerraums (37) vergrößert wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffeinspritzventils und Kraftstoff ei nspritz- ventil
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffeinspritzventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffeinspritzventils (im Folgenden auch teilweise als„Injektor" bezeichnet) ist bereits allgemein bekannt und wird insbesondere bei Kraftstoffeinspritzventilen in so genannten Common-Rail- Einspritzsystemen angewandt. Bekannt sind dabei hubgesteuerte Common-Rail- Injektoren, deren Düsennadel servobetrieben ist. Ais Drucksteller sind Piezo- und Magnetventile im Einsatz, mit denen der Servokreislauf gesteuert wird. Zum schnellen Schließen der Ventilnadel wird häufig eine dauerhafte Niederdruckstufe eingebaut, die eine permanente, schließende Kraft auf die Ventilnadel ausübt. Der Nachteil hierbei ist jedoch die relativ hohe Leckage, die sich zwischen der Hoch- und der Niederdruckseite einstellt. Eine Leckage führt unweigerlich zu einer höheren Pumpenleistung, die in dem Common-Rail-Einspritzsystem benötigt wird, und somit zu Einbußen in der Effizienz des Systems. Dieser Sachverhalt wird besonders bei höheren Drücken problematisch.
Aus diesem Grund werden neueste Injektoren für höchste Einspritzdrücke (gemeint sind hier Drücke im Bereich von etwa 2000bar) leckagearm ausgeführt, indem auf die Niederdruckstufe verzichtet wird. Durch das Fehlen der Niederdruckstufe stehen jedoch nur geringe Schließkräfte für die Ventilnadel zur Verfügung. Dadurch ist die Ansprechzeit zwischen der Ansteuerung der Ventilnadel und dem Einspritzbeginn relativ gering. Die Ansprechzeit ist vor allem von der Steifigkeit der Ventilnadel abhängig. Gerade weil sie bei einem Injektor ohne Niederdruckstufe gering ist, führt bereits eine kleinste Änderung der Nadelsteifig- keit zu einer großen Verschiebung des Spritzbeginns und der eingespritzten Kraftstoffmenge. Die Steifigkeit der Ventil nadel ist vom Durchmesser und der Länge der Ventilnadei abhängig. Will man Injektoren verschiedener Baulänge bezüglich ihrer Ansprechzeit gleich ausbilden, so muss für jedes Muster bzw. jede Länge des Injektors eine entsprechende Taillierung bzw. Durchmesservariation der Ventilnadel ausgeführt werden. Auf diese Art und Weise kann die Steifigkeit der Ventilnadeln für alle Injektoren angeglichen werden. Dies hat jedoch relativ hohe Rüstzeiten zur Folge. Ideal wäre eine reine Variation der Nadellänge, während der Nadeldurchmesser für alle Injektorbaulängen gleich ist. Dies ist jedoch aufgrund der daraus begründeten Unterschiede in der Steifigkeit der Ventilnadeln nicht möglich.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffeinspritzventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass die Ansprechzeit bei Kraftstoffventiien unterschiedlicher Baulänge bzw. unterschiedlicher Länge ihrer Ventilnadeln zumindest weitgehend konstant ist. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffeinspritzventils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, die unterschiedliche mechanische Steifigkeit aufgrund unterschiedlicher Längen der Ventilnadeln durch eine Variation der„hydraulischen Steifigkeit" des mit der Ventilnadel in Wirkverbindung geschalteten Steuerraums auszugleichen. Hierbei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass je größer das Volumen im Steuerraum ausgebildet ist, desto größer ist die Verzögerung bzw. die Ansprechzeit bis zum Öffnen der Einspritzöffnungen. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass eine relativ kurze und somit steife Ventilnadel dadurch ausgeglichen wird, indem diese mit einem Steuerraum in Wirkverbindung geschaltet wird, welcher ein relativ großes Speichervolumen an Kraftstoff aufweist und umgekehrt. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Kraftstoffeinspritzventils sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
Um eine besonders wirtschaftliche Herstellbarkeit des Kraftstoffeinspritzventils, bei der stets dasselbe Ventilstück mit stets derselben Ausnehmung für den Steuerraum verwendet werden kann, zu ermöglichen, wird in einer konstruktiv besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Geometrie des Steuerraums in dem Bereich, in dem die Ventilnadel geführt ist, als zylindrische Bohrung mit stets demselben Durchmesser und stets derselben Tiefe ausgebildet ist und, dass die Anpassung des Volumens des Steuerraums über eine Verkürzung oder Verlängerung des in dem Steuerraum geführten Abschnitts der Ventilnadel erfolgt.
Sollte eine Variation der Länge des in dem Steuerraum geführten Abschnitts der Ventilnadel nicht genügen, um die gewünschte Ansteuerzeit des Kraftstoffeinspritzventils zu erzielen, so ist es in einer weiteren konstruktiv besonders vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, dass die Ventilnadel aus zumindest einem im Steuerraum angeordneten, standardisierten ersten Abschnitt besteht, welcher auf der der Steuerkammer abgewandten Seite mit einem zweiten zylindrischen Abschnitt verbunden wird und, dass der Durchmesser des zweiten Abschnitts der Ventilnadel variiert wird, derart, dass zur Verkürzung der Verzugszeit der Durchmesser der Ventilnadel vergrößert und zu einer Verlängerung der Verzugszeit der Durchmesser der Ventilnadel verkleinert wird.
Hierbei ist es zu einer Begrenzung der Anzahl der möglichen unterschiedlichen Durchmesser der Ventilnadeln besonders vorteilhaft, wenn der Durchmesser der Ventil nadel in Durchmesserstufen variiert wird und, dass eine Feinabstimmung der Verzugszeit über eine Anpassung des Volumens des Steuerraums über eine Variation der Länge des zweiten zylindrischen Abschnitts erfolgt. Es findet hiermit eine Kombination einer Ventilnadel mit einem bestimmten Durchmesser mit einer Ventilnadel einer bestimmten Länge statt, derart, dass der in den Steuerraum hineinragende Abschnitt des standardisierten ersten Abschnitts ein bestimmtes Steuervolumen ausbildet.
Darüber hinaus ist es besonders vorteilhaft, wenn unter Berücksichtigung des minimal und maximal möglichen Volumens des Steuerraums und der zur Verfügung stehenden Durchmesserstufen der Ventilnadeln derjenige Durchmesser der Ventilnadel ausgewählt wird, weicher zu einem minimalen Volumen des Steuerraums führt. Dies bedeutet, dass stets die Ventilnadel ausgewählt wird, welche den geringsten Durchmesser aufweist. Die weitere Anpassung der Verzugszeit wird somit über eine Verlängerung bzw. Verkürzung der Ventilnadel ausgeführt.
Eine besonders wirtschaftliche Herstellbarkeit der Kraftstoffventile ergibt sich darüber hinaus, wenn der zweite Abschnitt der Ventilnadel auf der dem standardisierten ersten Abschnitt gegenüberliegenden Seite mit einem standardisierten dritten Abschnitt verbunden ist.
Die Verbindung zwischen zumindest dem zweiten Abschnitt der Ventilnadel und dem standardisierten ersten Abschnitt sowie ggf. zwischen dem zweiten Abschnitt der Ventilnadel und dem dritten Abschnitt erfolgt bevorzugt durch Laserschweißen. Dadurch lassen sich hochfeste Verbindungen relativ wirtschaftlich herstellen.
Besonders wirtschaftlich lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kraftstoffventile bezüglich ihrer Baulänge herstellen, wenn das Injektorgehäuse des Kraftstoffeinspritzventils ein standardisiertes Oberteil mit dem Schließelement, einem Betätigungsmechanismus für das Schließelement und ggf. dem Ventilstück und ein standardisiertes Unterteil mit einem Düsenkörper aufweist und, dass zwischen dem Oberteil und dem Unterteil ein die Gesamtbaulänge des Injektorgehäuses bestimmendes Mittelteil angeordnet ist.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Kraftstoffeinspritzventils sowie des Kraftstoffventils ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
Fig. 1 und 2 erfindungsgemäße erste Kraftstoffeinspritzventile, bei denen deren
Injektorgehäuse eine maximale bzw. eine minimale Baulänge aufweist, jeweils im Längsschnitt und
Fig. 3 und 4 zweite erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventile, bei denen die
Injektorgehäuse eine maximale bzw. eine minimale Gesamtlänge aufweisen, ebenfalls im Längsschnitt.
Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit derselben Bezugsziffer versehen.
In der Fig. 1 ist ein erstes Kraftstoffeinspritzventil 10 dargestellt, wie es insbesondere in sogenannten Common-Rail-Einspritzsystemen Verwendung findet. Hierbei steht das Kraftstoffeinspritzventil 10 über eine Zulaufleitung 1 mit einem Kraftstoffspeicher, einem sogenannten Rail 2, in Verbindung. In dem Rail 2 ist unter hohem Druck, beispielsweise einem Druck von etwa 2000bar, stehender Kraftstoff gespeichert. Hierbei steht das Rail 2 mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe 3 in Verbindung, welche aus einem Kraftstoffspeicher, insbesondere einem Kraftstofftank 4, Kraftstoff ansaugt und verdichtet. Von dem Kraftstoffeinspritzventil 10 nicht benötigter Kraftstoff wird über eine unter niedrigem Druck stehende Rücklaufleitung 5 wieder dem Kraftstofftank 4 rückgeführt.
Ein soweit beschriebenes Kraftstoffeinspritzsystem 7 weist für jeden Zylinder einer Brennkraftmaschine ein eigenes Kraftstoffeinspritzventil 10 auf, die allesamt mit dem Rail 2 verbunden sind.
Das Kraftstoffeinspritzventi! 0 weist ein insgesamt mit 11 bezeichnetes Injektorgehäuse auf. Hierbei besteht das längliche Injektorgehäuse 11 aus drei Baugruppen, einem standardisierten Oberteil 12, einem von der Baulänge des Kraftstoffeinspritzventils 10 abhängigen, insbesondere ringförmig, ggf. mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildeten Mittelteil 13 und einem ebenfalls standardisierten Unterteil 14. Zwischen dem Oberteil 12 und dem Mittelteil 13 ist in einer Dichtungsnut ein Dichtring 15 eingesetzt, wobei die druckfeste Verbindung zwischen dem Mittelteil 13 und dem Oberteil 12 beispielsweise durch eine umlaufende Laserverschweißung oder durch ein umlaufendes Bördeln erfolgt. Demgegenüber ist zwischen dem Mittelteil 13 und dem Unterteil 14 unter Zwischenlage eines Dichtrings 17 beispielhaft eine Schraubverbindung 8 ausgebildet, um das Mittelteil 13 mit dem Unterteil 14 druckfest zu verbinden.
In dem Oberteil 12 ist ein druckausgeglichenes Magnetventil 20 eingesetzt bzw. angeordnet, welches einen Magnetkern 21 sowie eine in dem Magnetkern 21 angeordnete Magnetspule 22 aufweist. Das Magnetventil 20 weist weiterhin ei- nen als Schließelement wirkenden Magnetanker 23 auf, der in einem stiftförmi- gen Führungsglied 24 axial beweglich geführt ist. Das Führungsgüed 24 ist in einer Durchgangsbohrung 25 des Magnetkerns 21 angeordnet und weist eine Stufe 26 auf, zwischen der und der zugewandten Seite des Magnetankers 23 sich eine Druckfeder 28 abstützt. Die Druckfeder 28 ist hierbei in einem Federraum 29 angeordnet, welcher ebenso wie der Bereich des Oberteils 12, in dem sich der
Magnetkern 21 befindet, zumindest mittelbar mit der Rücklaufleitung 5 und somit mit Niederdruck verbunden ist.
Der Magnetanker 23 wird in unbestromtem Zustand der Magnetspule 22 gegen einen Sitz 30 eines Ventilstücks 32 gedrückt. Hierbei ist das Ventilstück 32 in einen oberen Abschnitt des Mittelteils 13 eingeschraubt und sitzt hierbei an einer Stufe 33 des Mittelteils 13 auf. In der Längsachse des Ventilstücks 32 ist eine Durchgangsbohrung 34 mit einer Abströmdrossel 35 angeordnet. Die Abströmdrossel 35 ist mit einem Steuerraum 37 verbunden, welcher als Sacklochbohrung 38 auf der dem Magnetanker 23 gegenüberliegenden Seite des Ventilstücks 32 ausgebildet ist. In die Sacklochbohrung 38 ragt auf der der Abström drossel 35 gegenüberliegenden, offenen Stirnseite ein erster Führungsabschnitt 39 einer Ventilnadel 40 hinein. Die im Wesentlichen zylindrisch ausgebildete Ventilnadel 40 weist an ihrem dem
Ventilstück 32 gegenüberliegenden Ende einen zweiten Führungsabschnitt 41 auf, an den sich eine Ventilspitze 42 anschließt. Mittels einer Druckfeder 43, die sich zwischen einem Bund 44 der Ventilnadel 40 und der zugewandten Stirnfläche des Ventilstücks 32 abstützt, wird die Ventilspitze 42 gegen einen Sitz 46 et- nes Düsenkörpers 47 gedrückt. Der Sitz 46 begrenzt einen Düsenraum 48, in den wenigstens eine als Kraftstoffaustrittsöffnung 49 dienende Durchgangsbohrung mündet. Der Düsenkörper 47 ist hierbei in das Unterteil 14 des Injektorgehäuses 11 eingesetzt.
Die Funktion eines soweit beschriebenen Kraftstoffernspritzventiis 10 ist bereits allgemein bekannt und wird daher wie folgt nur kurz erläutert: In unbestromtem Zustand des Magnetventils 20 wird der Magnetanker 23 durch die Kraft der Druckfeder 28 gegen den Sitz 30 gedrückt, sodass der Steuerraum 37 verschlossen ist. Weiterhin wird die Ventilnadel 40 mittels der Druckfeder 43 gegen den Sitz 46 gedrückt, sodass auch die Kraftstoffaustrittsöffnung 49 verschlossen ist. Bei einer Bestromung des Magnetventils 20 bzw. der Magnetspule 22 hebt der Magnetanker 23 von dem Sitz 30 ab, sodass ein Durchgang von dem unter hohem Kraftstoffdruck stehenden Steuerraum 37 in einen Ankerraum 51 geschaffen wird, der mit der Rücklaufleitung 5 in Verbindung steht. Das Abströmen des Kraftstoffes aus dem Steuerraum 37 bewirkt, dass die Ventilnadel 40 von ihrem Sitz 46 abhebt, und Kraftstoff aus dem über die Zulaufleitung 1 unter Hochdruck stehenden Hochdruckspeicherraum 52 und dem Düsenraum 48 durch die Kraftstoff austrittsöffnung 49 aus dem Kraftstoffeinspritzventil 10 ausströmt und in den Brennraum der Brennkraftmaschine abgegeben wird.
Die Ventilnadel 40 weist aufgrund ihrer Länge U sowie ihres Materials und somit ihres Elastizitätsmoduls und ihrer Querschnittsfläche A eine bestimmte Steifigkeit auf. In unbestromtem Zustand des Magnetventils 20 wird die Ventilnadel 40 gegen den Sitz 46 gedrückt, wobei sich eine elastische Verformung der Ventilnadel 40 aufgrund der oben beschriebenen Materialeigenschaften sowie der Geometrie der Ventilnadel 40 einstellt. Beim Bestromen der Magnetspule 20 und des damit verbundenen Druckabbaus in dem Steuerraum 37 erfolgt das Abheben der Ventilnadel 40 von dem Sitz 46 erst, sobald der an der oberen Stirnfläche 53 der Ventilnadel 40 herrschende Druck bzw. die entsprechende Axialkraft soweit reduziert ist, bis die Ventilnadel 40 wieder ihre ursprüngliche Länge annimmt. Gleichzeitig wird erwähnt, dass auch der Druckabbau im Steuerraum 37, d.h. der Zeitraum zwischen dem Abheben des Magnetankers 23 von dem Sitz 30 bis zur Reduktion der Axialkraft an der Stirnfläche 53, einen gewissen Zeitraum beansprucht, der von der Größe des Volumens des Steuerraums 37 abhängt. Die Summe der Verzögerungen, hervorgerufen zum einen durch den Druckabbau im Steuerraum 37 und zum anderen hinsichtlich der elastischen Verformung der Ventilnadel 40, wird als Verzugszeit oder Ansteuerzeit t bezeichnet.
In der Fig. 2 ist ein Kraftstoffeinspritzventil 10a dargestellt, welches sich von dem 5 in der Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzventil 10 dadurch unterscheidet, dass es insgesamt eine kleinere Baulänge aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die kleinere Baulänge über eine Verkleinerung bzw. Verkürzung des Mittelteils 13 erfolgt, während das Unterteil 14 und das Oberteil 12 jeweils als standardisierte Bauteile ausgebildet sind, welche sowohl beim Kraftstoffeinspritzventil 100 als auch beim Kraftstoffeinspritzventil 10a in identischer Weise vorhanden sind.
Gleichzeitig sind auch die übrigen, nicht direkt mit dem Mittelteil 13 und der Ventilnadel 40 in Wirkverbindung angeordneten Bauelemente in identischer Art und Weise vorhanden. Somit unterscheidet sich das Kraftstoffeinspritzventil 10a von dem Kraftstoffeinspritzventil 10 lediglich in der Länge des Mittelteiis 13 sowie in5 der Länge der Ventilnadel 40a. Da die Länge L2 der Ventilnadel 40a, ebenso wie die Länge des Mittelteils 13 gegenüber dem Kraftstoffeinspritzventil 10 geringer ist, weist das Kraftstoffeinspritzventil 10a bezüglich der Ventilnadel 40a eine geringere Ansprechzeit auf, da (vorausgesetzt, dass die Ventilnadel 40 und die Ventilnadel 40a aus demselben Material bestehen und dieselbe Querschnittsflä- o che A aufweisen) die Länge L2 der Ventilnadel 40a gegenüber der Länge L der
Ventilnadel 40 geringer ist. Dies würde somit insgesamt gesehen ebenfalls zu einer verkürzten Ansteuerzeit t des Kraftstoffeinspritzventils 10a führen. Um die Ansteuerzeiten t sowohl des Kraftstoffeinspritzventils 10 als auch des Einspritzventils 10a gleich groß auszubilden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass 5 der Teil der Ansteuerzeit t, welcher durch das Volumen des Steuerraums 37 be- einflusst wird, bei dem Kraftstoffeinspritzventil 10a gegenüber dem Kraftstoffeinspritzventil 10 vergrößert ist. Dies erfolgt durch eine Vergrößerung des Volumens des Steuerraums 37 derart, dass der in den Steuerraum 37 hineinragende Führungsabschnitt 39a der Ventilnadel 40a in seiner Länge verringert ist. Mit ande- o ren Worten gesagt bedeutet das, dass die Verkürzung der Ansteuerzeit t aufgrund der geringen Länge L2 der Ventilnadel 40a durch eine Verlängerung des Anteils der Ansteuerzeit t aufgrund des vergrößerten Volumens des Steuerraums 37 ausgeglichen wird. ln den Fig. 3 und 4 ist ein drittes Kraftstoffeinspritzventil 60 und ein viertes Kraftstoffeinspritzventil 60a dargestellt. Die Kraftstoffeinspritzventile 60, 60a unterscheiden sich von den Kraftstoffeinspritzventilen 10, 10a durch die Verwendung einer anders aufgebauten Ventilnadel 62, 62a. Hierbei sind die Ventilnadeln 62 und 62a jeweils dreiteilig ausgebildet. Jede der Ventilnadeln 62, 62a besteht aus einem standardisierten, in den Steuerraum 37 hineinragenden Oberteil 63 sowie einem standardisierten Unterteil 64, welches den zweiten Führungsbereich 41 und die Ventilspitze 42 trägt. Das Oberteil 63 und das Unterteil 64 sind mittels eines zylindrisch ausgebildeten Mittelteils 65, 65a miteinander verbunden. Hierbei findet als Verbindungstechnik zwischen dem Mittelteil 65, 65a und dem Oberteil
63 bzw. zwischen dem Mittelteil 65, 65a und dem Unterteil 64 bevorzugt das Laserschweißen Verwendung.
Wie man aus einer Zusammenschau der Fig. 3 und 4 erkennt, weist das Mittelteil 65 einen größeren Durchmesser auf, als das Mittelteil 65a mit dem Durchmesser D2. Somit weist auch das Mittelteil 65 eine größere Querschnittsfläche auf als das Mittelteil 65a mit der Querschnittsfläche A2. Während es bei den Kraftstoffeinspritzventilen 10 und 10a vorgesehen ist, die Ansteuerzeit t ausschließlich über eine Variation des Volumens des Steuerraums 37 zu beeinflus- sen, wird bei den Kraftstoffeinspritzventiien 60, 60a die Ansteuerzeit t hauptsächlich durch eine Variation des Durchmessers D bzw. der Querschnittsfläche A des Mittelteils 65, 65a beeinflusst. Hierbei ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass die unterschiedlichen Durchmesser D der Mittelteile 65, 65a zur Reduktion der Typenvielfalt lediglich in Stufen vorliegen, d.h., dass lediglich eine begrenzte An- zahl von Durchmessern D vorgesehen ist bzw. in der Fertigung zur Montage von
Kraftstoffeinspritzventiien 60, 60a vorliegen. Über die Variation bzw. Auswahl der Mittelteile 65, 65a wird dabei eine Grobanpassung der Ansteuerzeiten t bewirkt. Hierbei ist vorgesehen, dass, sollte sich eine bestimmte Ansteuerzeit t mittels zweier unterschiedlicher Durchmesser D verwirklichen lassen, stets der geringe- re Durchmesser D verwendet wird. Dies hat zur Folge, dass (im Vergleich zu dem größeren Durchmesser D) das Volumen des Steuerraums 37 kleiner ist, um die geringere Steifigkeit des mit dem relativ kleineren Durchmesser D ausgestatteten Mittelteils 65 auszugleichen. Die Feinabstimmung bezüglich der Ansteuerzeit t erfolgt bei dem gewählten Durchmesser D nunmehr durch eine entspre- chende Verkürzung bzw. Reduzierung der Länge des Mittelteils 65, 65a derart, dass der Bereich des Oberteils 63, welcher sich in dem Ventilstück 32 befindet, etwas geringer in den Steuerraum 37 hineinragt.
Hierbei lässt sich das Verhältnis aus der Vergrößerung des Ventilnadelhubs ΔΗ aufgrund der Vergrößerung des Volumens des Steuerraums 37 zur Verkürzung des Nadelhubs aufgrund der Verkürzung der Ventilnadel AL berechnen nach:
ΔΗ / AL = (E(37) x A (37)) / ( E(65; 65a) x (A (65; 65a))
Wobei
E(37) der Elastizitätsmodul des Kraftstoffs im Bereich des Steuerraums 37,
A(37) die Querschnittsfläche A im Bereich des Steuerraums 37,
E(65; 65a) der Elastizitätsmodul des Abschnitts 65; 65a,
A(65; 65a) die Querschnittsfläche A im Bereich' des Abschnitts 65; 65a bedeutet und wobei das Verhältnis ΔΗ / AL erfindungsgemäß zwischen 100 und
500 liegt.
Die soweit beschriebenen Kraftstoffeinspritzventile 10, 10a und 60, 60a lassen sich in vielfältiger Art und Weise abwandeln bzw. modifizieren. Insbesondere kann auch die Magnetbaugruppe bzw. das Magnetventil 20 anders aufgebaut sein bzw. durch einen Piezo ersetzt werden. Auch wird ergänzend erwähnt, dass die Auslegung der Kraftstoffeinspritzventile 10, 10a, 60, 60a so erfolgen kann, dass das Magnetventil 20 bereits wieder geschlossen sein kann, bevor die Einspritzung beginnt bzw. die Durchgangsbohrung 34 freigegeben wird. Auf diese Art und Weise lassen sich Streuungen zwischen hintereinander folgenden Einspritzungen sowie Gegendruckabhängigkeiten reduzieren.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffeinspritzventils (10; 10a; 60; 60a), bei dem eine wenigstens eine Kraftstoffaustrittsöffnung (49) verschließende Ventilnadel (40; 40a; 62; 62a) in ein Injektorgehäuse (11) eingesetzt wird, wobei das dem wenigstens eine Kraftstoffaustrittsöffnung (49) gegenüberliegende Ende der Ventilnadel (40; 40a; 62; 62a) in einem Ventilstück (32) geführt ist, das einen unter Druck stehenden, mit Kraftstoff befüllten Steuerraum (37) aufweist, wobei der Steuerraum (37) auf der der Ventilnadel (40; 40a; 62; 62a) abgewandten Seite von einem beim Öffnen einen Durchiass bildenden Schließelement (23) verschließbar ist, das zumindest mittelbar mit einem unter Niederdruck stehenden Kraftstoffrücklauf (5) verbunden ist, wobei nach dem Öffnen des Steuerraums (37) mittels des Schließelementes (23) im Steuerraum (37) vorhandenes Kraftstoffvolumen durch den Durchiass abströmt, wobei sich die Ventilnadel (40; 40a; 62; 62a) in Richtung des Schließelements (23) bewegt, wobei die wenigstens eine Kraftstoffaustrittsöffnung (49) freigegeben wird und wobei zwischen dem Öffnen des Steuerraums (37) und dem Öffnen der wenigstens einen Kraftstoffaustrittsöffnung (49) eine Verzugszeit (t) aufgrund der Größe des Volumens des Steuerraumes (37) und aufgrund der durch den Elastizitätsmodul, den Durchmesser (D) und die Länge (L) der Ventilnadel (40; 40a; 62; 62a) hervorgerufenen Steifigkeit der Ventilnadel (40; 40a; 62; 62a) auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erziefung gleicher Verzugszeiten (t) bei Kraftstoffeinspritzventilen (10; 10a; 60; 60a) mit unterschiedlich langen Injektorgehäusen (11) und unterschiedlich langen Ventilnadeln (40; 40a; 62; 62a) zumindest das Volumen des Steuerraums (37) derart angepasst wird, dass zur Verkürzung der Verzugszeit (t) das Volumen des Steuerraums (37) verkleinert und zu einer Verlängerung der Verzugszeit (t) das Volumen des Steuerraums (37) vergrößert wird. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Geometrie des Steuerraums (37) in dem Bereich, in dem die Ventilnadel (40; 40a; 62; 62a) geführt ist als zylindrische Bohrung (38) mit stets demselben Durchmesser und stets derselben Tiefe ausgebildet ist und, dass die Anpassung des Volumens des Steuerraums (37) über eine Verkürzung oder Verlängerung des in dem Steuerraum (37) geführten Abschnitts (39; 39a) der Ventilnadel (40; 40a; 62; 62a) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventilnadel (62; 62a) aus zumindest einem im Steuerraum (37) angeordneten, standardisierten ersten Abschnitt (63) besteht, welcher auf der der Steuerkammer (37) abgewandten Seite mit einem zweiten zylindrischen Abschnitt (65; 65a) verbunden wird und, dass der Durchmesser (D) des zweiten Abschnitts der Ventilnadel (62; 62a) variiert wird, derart, dass zur Verkürzung der Verzugszeit (t) der Durchmesser (D) der Ventilnadel (62; 62a) vergrößert und zu einer Verlängerung der Verzugszeit (t) der Durchmesser (D) der Ventilnadel (62; 62a) verkleinert wird.
Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Durchmesser (D) der Ventilnadel (62; 62a) in Durchmesserstufen variiert wird und, dass eine Feinabstimmung der Verzugszeit (t) über eine Anpassung des Volumens des Steuerraums (37) über eine Variation der Länge des zweiten zylindrischen Abschnitt (65; 65a) erfolgt. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass unter Berücksichtigung des minimal und maximal möglichen Volumens des Steuerraums (37) und der zur Verfügung stehenden Durchmesserstufen der Ventilnadel (62; 62a) derjenige Durchmesser (D) der Ventilnadeln (62; 62a) ausgewählt wird, welcher zu einem minimalen Volumen des Steuerraums (37) führt.
Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich das Verhältnis aus der Vergrößerung des Ventilnadelhubs ΔΗ aufgrund der Vergrößerung des Volumens des Steuerraums (37) zur Verkürzung des Nadelhubs aufgrund der Verkürzung der Ventilnadel AL berechnet nach:
ΔΗ / ΔΙ_ = (E(37) x A (37)) / ( E(65; 65a) x (A (65; 65a)) wobei
E(37) der Elastizitätsmodul des Kraftstoffs im Bereich des Steuerraums (37), A(37) die Querschnittsfläche (A) im Bereich des Steuerraums (37),
E(65; 65a) der Elastizitätsmodul des Abschnitts (65; 65a),
A(65; 65a) die Querschnittsfläche (A) im Bereich des Abschnitts (65; 65a) bedeutet und wobei das Verhältnis ΔΗ / ΔΙ. zwischen 100 und 500 liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Abschnitt (65; 65a) der Ventilnadel (62; 62a) auf der dem standardisierten ersten Abschnitt (63) gegenüberliegenden Seite mit einem standardisierten dritten Abschnitt (64) verbunden ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbindung zumindest zwischen dem zweiten Abschnitt (65; 65a) der Ventilnadel (62; 62a) und dem standardisierten ersten Abschnitt (63) und ggf. zwischen dem zweiten Abschnitt (65; 65a) der Ventilnadel (62; 62a) und dem dritten Abschnitt (64) durch Laserschweißen erfolgt.
9. Kraftstoffeinspritzventil (10; 10a; 60; 60a), hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Injektorgehäuse (11) des Kraftstoffeinspritzventils (10; 10a; 60; 60a) ein standardisiertes Oberteil (12) mit dem Schließelement (23), einem Betätigungsmechanismus (21, 22) für das Schließelement (23) und ggf. dem Ventilstück (32) sowie ein standardisiertes Unterteil (14) mit einem Düsenkörper (47) aufweist und, dass zwischen dem Oberteil (12) und dem Unterteil (14) ein die Gesamtbaulänge des Injektorgehäuses (11) bestimmendes Mittelteil (13) angeordnet ist.
10. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Mittelteil (13) ringförmig ausgebildet ist.
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