EP2795098B1 - Brennstoffeinspritzventil und verfahren zur ausformung von abspritzöffnungen - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil und verfahren zur ausformung von abspritzöffnungen Download PDF

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EP2795098B1
EP2795098B1 EP12783560.1A EP12783560A EP2795098B1 EP 2795098 B1 EP2795098 B1 EP 2795098B1 EP 12783560 A EP12783560 A EP 12783560A EP 2795098 B1 EP2795098 B1 EP 2795098B1
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EP
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spray
fuel injection
openings
injection valve
valve
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EP12783560.1A
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Dieter Maier
Gerhard Stransky
Andreas Schrade
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/168—Assembling; Disassembling; Manufacturing; Adjusting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/10—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
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    • 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
    • F02M61/1833—Discharge orifices having changing cross sections, e.g. being divergent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M2200/80—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly
    • F02M2200/8046—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly the manufacture involving injection moulding, e.g. of plastic or metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/90—Selection of particular materials
    • F02M2200/9092—Sintered materials

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve according to the preamble of claim 1 and to a method for shaping injection orifices according to the preamble of claim 10.
  • a fuel injection valve which has a stepped injection opening.
  • the ejection opening is designed starting from a chamber-shaped valve interior in a first opening section with a very small flow-determining opening width, while a subsequent second opening section is significantly widened.
  • the second opening portion may be formed either widening cylindrical or conical.
  • the ejection openings are introduced by means of conventional technology, such as drilling, milling, embossing or eroding.
  • the valve needle is produced by the so-called metal injection molding (MIM) method.
  • MIM metal injection molding
  • a tubular operating member consisting of an armature portion and a valve sleeve portion is manufactured by injection molding and then sintering.
  • the actuating part is connected by means of a welded connection with a valve closing member section, so that the valve needle is composed only of two individual components.
  • the anchor section and valve sleeve portion is provided a continuous inner longitudinal opening in which fuel can flow in the direction of the valve closing member portion, which then exits the valve closing member portion by transverse openings from the valve sleeve portion.
  • valve seat body is produced by means of metal injection molding process. Downstream of the valve seat surface a plurality of injection openings are formed in the valve seat body.
  • the ejection openings comprise at least one upstream first ejection opening section and one downstream second ejection opening section with a different opening width.
  • a wall region of the second spray-discharge opening region (“precursors") of all spray-discharge openings extends on a partial circle either parallel or at right angles to the longitudinal axis of the valve-seat body having the spray-discharge openings. The precursors of the injection orifices must be demolded separately.
  • Another example is from the DE 10 2005 024067 A1 known.
  • the fuel injection valve according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that it is particularly simple and inexpensive to produce. Ideally, this will have the ejection openings Valve component, in particular the valve seat body, produced by means of metal injection molding (MIM).
  • MIM metal injection molding
  • the present invention is characterized in that injection orifices having complex contours in large numbers can be formed in a tool-bound manner with high accuracy in a molded part produced by an MIM process, so that highly precise coextensive injection orifices extending coaxially to the respective hole longitudinal axes are present.
  • the arrangement and execution of the injection openings in the valve component according to the invention enables a simultaneous shaping of a plurality of reproducible ejection openings.
  • the method according to the invention for forming spray-discharge orifices with the characterizing features of claim 10 has the advantage that it is possible to integrate the contours of the spray-discharge orifice sections in a very high variance in an injection-molding tool due to the hole-specific formability of the spray-discharge openings along each individually differently aligned hole longitudinal axis.
  • FIG. 1 illustrated embodiment of a fuel injection valve 1 is carried out in the form of a fuel injection valve 1 for fuel injection systems of mixture-compression, spark-ignition internal combustion engines.
  • the fuel injection valve 1 is suitable in particular for the direct injection of fuel into a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine.
  • the fuel injection valve 1 consists of a nozzle body 2, in which a valve needle 3 is arranged.
  • the valve needle 3 is operatively connected to a valve closing body 4, which cooperates with a valve seat body 6 arranged on a valve seat body 5 to form a sealing seat.
  • the fuel injection valve 1 is an inwardly opening fuel injection valve 1, which has at least two injection openings 7.
  • the fuel injection valve 1 is ideally designed as a multi-hole Einspritzvenfil and therefore has between four and thirty ejection openings 7.
  • the nozzle body 2 is sealed by a seal 8 against a valve housing 9.
  • the drive is, for example, an electromagnetic circuit comprising a solenoid coil 10 as an actuator, which is encapsulated in a coil housing 11 and wound on a bobbin 12, which rests against an inner pole 13 of the magnetic coil 10.
  • the inner pole 13 and the valve housing 9 are separated by a constriction 26 and connected to each other by a non-ferromagnetic connecting member 29.
  • the magnetic coil 10 is energized via a line 19 from a via an electrical plug contact 17 can be supplied with electric current.
  • the plug contact 17 is surrounded by a plastic casing 18, which may be molded on the inner pole 13.
  • valve needle 3 is guided in a valve needle guide 14, which is designed disk-shaped.
  • armature 20 On the other side of the dial 15 is an armature 20. This is a non-positively connected via a first flange 21 with the valve needle 3 in connection, which is connected by a weld 22 to the first flange 21.
  • a return spring 23 On the first flange 21, a return spring 23 is supported, which is brought in the present design of the fuel injection valve 1 by an adjusting sleeve 24 to bias.
  • valve needle guide 14 in the armature 20 and on a guide body 41 extend fuel channels 30, 31 and 32.
  • the fuel is supplied via a central fuel supply 16 and filtered by a filter element 25.
  • the fuel injection valve 1 is sealed by a seal 28 against a fuel distributor line, not shown, and by a further seal 36 against a cylinder head not shown.
  • annular damping element 33 On the downstream side of the armature 20, an annular damping element 33, which consists of an elastomer material, arranged. It rests on a second flange 34 which is non-positively connected to the valve needle 3 via a weld seam 35.
  • the armature 20 In the idle state of the fuel injection valve 1, the armature 20 is acted upon by the return spring 23 counter to its stroke direction so that the valve closing body 4 is held on the valve seat surface 6 in sealing engagement. Upon excitation of the magnetic coil 10, this builds up a magnetic field, which the armature 20th moved in the stroke direction against the spring force of the return spring 23, wherein the stroke is determined by a in the rest position between the inner pole 12 and the armature 20 located working gap 27.
  • the armature 20 takes the first flange 21, which is welded to the valve needle 3, also in the stroke direction with.
  • the valve closing body 4 communicating with the valve needle 3 lifts off from the valve seat surface 6, and the fuel is sprayed off through the ejection openings 7.
  • the armature 20 drops after sufficient degradation of the magnetic field by the pressure of the return spring 23 from the inner pole 13, whereby the valve connected to the needle 3 in communication first flange 21 moves against the stroke direction.
  • the valve needle 3 is thereby moved in the same direction, whereby the valve closing body 4 touches on the valve seat surface 6 and the fuel injection valve 1 is closed.
  • the ejection openings 7 in the valve seat body 5 are designed specifically.
  • the valve seat body 5 is advantageously produced by means of the so-called MIM process.
  • MIM metal injection molding
  • the already known and also referred to as metal injection molding (MIM) method comprises the production of moldings from a metal powder with a binder, for.
  • a plastic binder which are mixed together and homogenized, for example, on conventional plastic injection molding machines and the subsequent removal of the binder and sintering of the remaining metal powder scaffold.
  • the composition of the metal powder can be tuned in a simple manner to optimum magnetic and thermal properties.
  • the present invention is characterized in that stepped or sectioned ejection openings 7 in large numbers in a molded part produced by MIM process, in this case in the valve seat body 5 are particularly easy to mold and tool-bound with high accuracy.
  • stepped or sectioned ejection openings 7 in large numbers in a molded part produced by MIM process in this case in the valve seat body 5 are particularly easy to mold and tool-bound with high accuracy.
  • each injection or in stepped injection openings each downstream Abspritzö Stammöschensabites has its own solid angle.
  • FIG. 2 shows the detail II in the region of a spray opening 7 in FIG. 1 in an enlarged view in a first embodiment, wherein it is clear that the injection orifice 7 comprises two spray-discharge orifice sections 7 ', 7 ".
  • the upstream first spray-discharge orifice section 7' has a significantly smaller opening width than the downstream, second spray-discharge orifice section 7".
  • the orientation of the two Abspritzö Stammsabismee 7 ', 7 "one and the same ejection opening 7 is here identical, so that there is a completely coaxial with the longitudinal axis of the hole 50 extending spray opening 7.
  • FIG. 3 is the enlarged view of the ejection opening 7 according to FIG. 2 shown with two additional alternative designs. All three embodiments of the injection opening 7 are designed such that there is a step 43 in the form of a shoulder between the two discharge opening sections 7 ', 7 "of different opening width.
  • the second downstream injection opening section 7" extends in the first embodiment with a cylindrical wall portion 45, in the second embodiment shown in dashed lines on the right side with an obliquely inclined, conical wall portion 46 and in the third dashed line on the left illustrated embodiment with a parabolic or trumpet-shaped wall portion 47th Allen embodiments is common in that the spray-discharge opening 7 extends concentrically with respect to the hole longitudinal axis 50 over its entire length.
  • FIG. 4 shows the enlarged view of a spray opening 7 in a fourth embodiment.
  • this embodiment lies between the Instead, the first upstream Abspritzö Maschinensabites 7 'extends in a cylindrical shape, while beginning from a central hole plane, the second downstream Abspritzö Maschinensabites 7 ", whose wall portion 51 analogous to that in FIG. 3 embodiment shown parabolic or trumpet-shaped.
  • this wall section 51 can also run with a conicity.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments and z. B. for differently arranged spray openings 7 applicable.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1 und von einem Verfahren zur Ausformung von Abspritzöffnungen nach der Gattung des Anspruchs 10.
  • Aus der GB 1,088,666 A ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das eine gestufte Abspritzöffnung aufweist. Dabei ist die Abspritzöffnung ausgehend von einem kammerförmigen Ventilinnenraum in einem ersten Öffnungsabschnitt mit einer sehr geringen durchflussbestimmenden Öffnungsweite ausgeführt, während ein sich anschließender zweiter Öffnungsabschnitt deutlich aufgeweitet ist. Der zweite Öffnungsabschnitt kann entweder zylindrisch oder kegelförmig erweiternd ausgebildet sein. Die Abspritzöffnungen sind mittels konventioneller Technik, wie Bohren, Fräsen, Prägen oder Erodieren eingebracht.
  • Aus der DE 42 30 376 C1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, dessen Ventilnadel mit dem so genannten Metal-Injection-Molding-Verfahren (MIM-Verfahren) hergestellt ist. Bei der Ventilnadel wird ein aus einem Ankerabschnitt und einem Ventilhülsenabschnitt bestehendes rohrförmiges Betätigungsteil durch Spritzgießen und anschließendes Sintern hergestellt. Anschließend wird das Betätigungsteil mittels einer Schweißverbindung mit einem Ventilschließgliedabschnitt verbunden, so dass die Ventilnadel nur noch aus zwei Einzelbauteilen zusammengesetzt ist. Im Ankerabschnitt und Ventilhülsenabschnitt ist dabei eine durchgehende innere Längsöffnung vorgesehen, in der Brennstoff in Richtung zum Ventilschließgliedabschnitt strömen kann, der dann nahe des Ventilschließgliedabschnittes durch Queröffnungen aus dem Ventilhülsenabschnitt austritt. Bei der Fertigung der Ventilnadel mit dem MIM-Verfahren sind also Schieberwerkzeuge nötig, um die Queröffnungen auszubilden. Aus der DE 40 33 952 C1 ist bereits ein binäres Bindersystem nach Art der Solid-Polymer-Solutions für die Technik des Metal Injection Molding bekannt. Es zeichnet sich durch die Verwendung physiologisch unbedenklicher niedermolekularer Binderkomponenten und durch den Verzicht auf Benetzungsmittel aus. Auf diese Weise lassen sich aus Metallpulvern dichte Formteile problemlos durch Spritzgießen herstellen und aus diesen der Binder entfernen, ohne dass dabei eine Schwindung oder ein Verzug auftritt.
  • Bekannt ist bereits aus der DE 10 2005 036 951 A1 ein Brennstoffeinspritzventil, das sich dadurch auszeichnet, dass der Ventilsitzkörper mittels Metal-Injection-Molding-Verfahren hergestellt ist. Stromabwärts der Ventilsitzfläche sind in dem Ventilsitzkörper mehrere Abspritzöffnungen ausgebildet. Die Abspritzöffnungen umfassen wenigstens einen stromaufwärtigen ersten Abspritzöffnungsabschnitt und einen stromabwärtigen zweiten Abspritzöffnungsabschnitt mit einer unterschiedlichen Öffnungsweite. Ein Wandungsbereich des zweiten Abspritzöffnungsbereichs ("Vorstufen") aller Abspritzöffnungen verläuft auf einem Teilkreis entweder parallel oder im rechten Winkel zur Längsachse des die Abspritzöffnungen aufweisenden Ventilsitzkörpers. Die Vorstufen der Abspritzöffnungen müssen separat entformt werden.
  • Ein anderes Beispiel ist aus dem DE 10 2005 024067 A1 bekannt.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist. In idealer Weise wird das die Abspritzöffnungen aufweisende Ventilbauteil, insbesondere der Ventilsitzkörper, mittels Metal-Injection-Molding-Verfahren (MIM) hergestellt. Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass Abspritzöffnungen mit komplexen Konturen in großer Anzahl in einem mittels MIM-Verfahren hergestellten Formteil mit hoher Genauigkeit werkzeuggebunden ausformbar sind, so dass hochpräzise, koaxial zu den jeweiligen Lochlängsachsen verlaufende Abspritzöffnungen vorliegen. Die erfindungsgemäße Anordnung und Ausführung der Abspritzöffnungen in dem Ventilbauteil ermöglicht eine zeitgleiche Ausformung einer Vielzahl von reproduzierbaren Abspritzöffnungen.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ausformung von Abspritzöffnungen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 10 hat den Vorteil, dass es durch die lochindividuelle Ausformbarkeit der Abspritzöffnungen entlang jeder einzelnen unterschiedlich ausgerichteten Lochlängsachse möglich ist, die Konturen der Abspritzöffnungsabschnitte in einer sehr hohen Varianz in einem Spritzgießwerkzeug zu integrieren. Es ergeben sich erhebliche Kostenvorteile gegenüber bekannten Lösungen, da die Abspritzöffnungen mit ihren Abspritzöffnungsabschnitten werkzeuggebunden hergestellt werden können. Bekannte separate Arbeitsgänge zur Herstellung der Abspritzöffnungsabschnitte wie z.B. Stanzen, Bohren, Erodieren oder Laserbohren können entfallen. Mit hohen Qualitätsmerkmalen unter Einhaltung aller Maßtoleranzen, Formtoleranzen und Lagetoleranzen lassen sich die Abspritzöffnungen mit ihren Abspritzöffnungsabschnitten erfindungsgemäß mit hoher Reproduzierbarkeit herstellen.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1
    einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils mit erfindungsgemäß ausgeformten Abspritzöffnungen in einem Ventilsitzkörper,
    Fig. 2
    den Ausschnitt II im Bereich einer Abspritzöffnung in Fig. 1 in einer vergrößerten Darstellung, wobei die Abspritzöffnung in einer ersten Ausführung ausgestaltet ist,
    Fig. 3
    die vergrößerte Ansicht der Abspritzöffnung gemäß Figur 2 mit zwei zusätzlichen alternativen Ausführungen und
    Fig. 4
    die vergrößerte Ansicht einer Abspritzöffnung in einer vierten Ausführung.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Ein in Fig. 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
  • Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer an einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über wenigstens zwei Abspritzöffnungen 7 verfügt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist jedoch idealerweise als Mehrloch-Einspritzvenfil ausgeführt und hat deshalb zwischen vier und dreißig Abspritzöffnungen 7. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen ein Ventilgehäuse 9 abgedichtet. Als Antrieb dient z.B. ein elektromagnetischer Kreis, der eine Magnetspule 10 als Aktuator umfasst, die in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt ist, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und das Ventilgehäuse 9 sind durch eine Verengung 26 voneinander getrennt und miteinander durch ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.
  • Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. Auf der anderen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Einstellhülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
  • In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und an einem Führungskörper 41 verlaufen Brennstoffkanäle 30, 31 und 32. Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffverteilerleitung und durch eine weitere Dichtung 36 gegen einen nicht weiter dargestellten Zylinderkopf abgedichtet.
  • Auf der stromabwärtigen Seite des Ankers 20 ist ein ringförmiges Dämpfungselement 33, welches aus einem Elastomerwerkstoff besteht, angeordnet. Es liegt auf einem zweiten Flansch 34 auf, welcher über eine Schweißnaht 35 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 verbunden ist.
  • Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, dass der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung zwischen dem Innenpol 12 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der Brennstoff wird durch die Abspritzöffnungen 7 abgespritzt.
  • Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende erste Flansch 21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.
  • Erfindungsgemäß sind die Abspritzöffnungen 7 im Ventilsitzkörper 5 spezifisch ausgeführt. Der Ventilsitzkörper 5 wird in vorteilhafter Weise mittels so genanntem MIM-Verfahren hergestellt. Das bereits bekannte und auch als Metal-Injection-Molding (MIM) bezeichnete Verfahren umfasst die Herstellung von Formteilen aus einem Metallpulver mit einem Bindemittel, z. B. einem Kunststoffbindemittel, die miteinander gemischt und homogenisiert werden, beispielsweise auf konventionellen Kunststoffspritzgießmaschinen und das nachfolgende Entfernen des Bindemittels und Sintern des verbleibenden Metallpulvergerüsts. Die Zusammensetzung des Metallpulvers kann dabei auf einfache Weise auf optimale magnetische und thermische Eigenschaften abgestimmt werden.
  • Bei Brennstoffeinspritzventilen 1 zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine besteht ein erhebliches Risiko der Belagbildung an den stromabwärtigen Bauteilen, wie Spritzlochscheiben und Ventilsitzkörpern. Insbesondere sind die Abspritzöffnungen 7 anfällig gegen eine Verkokung des freien Querschnitts, so dass es in nachteiliger Weise zu Mindermengen gegenüber den gewünschten Abspritzmengen kommen kann. Entsprechend wünschenswert ist es, den Temperaturhaushalt im Bereich des stromabwärtigen Endes des Brennstoffeinspritzventils 1 rund um den Ventilsitzkörper 5 gezielt einzustellen. Außerdem soll bestmöglich sichergestellt werden, dass über die Abspritzöffnungen 7 über die gesamte Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils 1 eine konstante Durchflussmenge abspritzbar ist. Es wurde herausgefunden, dass insbesondere bei gestuften Abspritzöffnungen 7, die in stromabwärtiger Richtung eine Öffnungsweitenvergrößerung besitzen, die Neigung zur Belagbildung, Verkokung und damit die Gefahr des Zusetzens des freien Querschnitts der Abspritzöffnungen 7 erheblich reduziert sind.
  • Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass gestufte bzw. in Abschnitte untergliederte Abspritzöffnungen 7 in großer Anzahl in einem mittels MIM-Verfahren hergestellten Formteil, hier in dem Ventilsitzkörper 5 besonders einfach und kostengünstig und mit hoher Genauigkeit werkzeuggebunden ausformbar sind. Bei bekannten Abspritzöffnungen von Brennstoffeinspritzventilen, die als Mehrloch-Ventile ausgeführt sind, besitzt jede Abspritzöffnung bzw. bei gestuften Abspritzöffnungen jeder stromabwärtige Abspritzöffnungsabschnitt einen eigenen Raumwinkel. Für eine optimierte und kostengünstige und damit zeitgleiche Ausformung einer Vielzahl von Abspritzöffnungen 7 ist eine solche Anordnung und Ausführung der Abspritzöffnungen 7 im Ventilsitzkörper 5 erschwerend.
  • Gemäß der Erfindung ist es möglich, in besonders vorteilhafter Weise gestufte oder in Abschnitte untergliederte Abspritzöffnungen 7 sehr präzise auszuformen. Figur 2 zeigt den Ausschnitt II im Bereich einer Abspritzöffnung 7 in Figur 1 in einer vergrößerten Darstellung in einer ersten Ausführung, wobei deutlich wird, dass die Abspritzöffnung 7 zwei Abspritzöffnungsabschnitte 7', 7" umfasst. Der stromaufwärtige erste Abspritzöffnungsabschnitt 7' hat dabei eine deutlich kleinere Öffnungsweite als der stromabwärts folgende zweite Abspritzöffnungsabschnitt 7". Die Ausrichtung der beiden Abspritzöffnungsabschnitte 7', 7" ein und derselben Abspritzöffnung 7 ist dabei identisch, so dass also eine vollständig koaxial zur Lochlängsachse 50 verlaufende Abspritzöffnung 7 vorliegt.
  • In Figur 3 ist die vergrößerte Ansicht der Abspritzöffnung 7 gemäß Figur 2 mit zwei zusätzlichen alternativen Ausführungen gezeigt. Alle drei Ausführungsformen der Abspritzöffnung 7 sind dabei so ausgelegt, dass eine Stufe 43 in Form eines Absatzes zwischen den beiden Abspritzöffnungsabschnitte 7', 7" unterschiedlicher Öffnungsweite vorhanden ist. Von der Stufe 43 ausgehend erstreckt sich der zweite stromabwärtige Abspritzöffnungsabschnitt 7" in der ersten Ausführung mit einem zylindrischen Wandabschnitt 45, in der zweiten gestrichelt auf der rechten Seite dargestellten Ausführung mit einem schräg geneigten, konischen Wandabschnitt 46 bzw. in der dritten gestrichelt auf der linken Seite dargestellten Ausführung mit einem parabel- bzw. trompetenförmigen Wandabschnitt 47. Allen Ausführungsbeispielen gemeinsam ist, dass die Abspritzöffnung 7 über ihre gesamte Länge konzentrisch zur Lochlängsachse 50 verläuft.
  • Die Pfeile 44 in der Figur 2 sollen anzeigen, dass bei einer solchen Ausführung der Abspritzöffnungsabschnitte 7', 7" in idealer Weise im MIM-Prozess alle Abspritzöffnungen 7 zugleich werkzeuggebunden axial entlang der Lochlängsachse 50 entformbar sind. Dazu wird in erfindungsgemäßer Weise das entsprechende Spritzgießwerkzeug derart ausgeführt, dass die Abspritzöffnungen 7 fertig fallend hergestellt werden. Das bedeutet, dass die jeweiligen nicht dargestellten Werkzeugstifte entweder plan am Innenkern abgedichtet sind oder in den Werkzeuginnenkern eintauchen. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Werkzeugstifte nicht am Innenkern abdichten, sondern ein geringer Zwischenraum zwischen der Werkzeugstiftspitze und dem Innenkern belassen wird. Dieser Zwischenraum ist mit Material gefüllt, der im Spritzzustand oder im fertigen MIM-Zustand noch entfernt werden muss.
  • Figur 4 zeigt die vergrößerte Ansicht einer Abspritzöffnung 7 in einer vierten Ausführung. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt zwischen den Abspritzöffnungsabschnitten 7', 7" keine Stufe 43 vor. Vielmehr verläuft der erste stromaufwärtige Abspritzöffnungsabschnitt 7' in einer zylindrischen Gestalt, während sich von einer mittleren Lochebene beginnend der zweite stromabwärtige Abspritzöffnungsabschnitt 7" anschließt, dessen Wandabschnitt 51 analog dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel parabel- bzw. trompetenförmig ausgeformt ist. Alternativ kann auch dieser Wandabschnitt 51 mit einer Konizität verlaufen.
  • Durch die axiale Ausformbarkeit der gestuften bzw. in Abschnitte untergliederten Abspritzöffnungen 7 ist es möglich, die Konturen der Abspritzöffnungsabschnitte 7" in einer hohen Varianz in einem Spritzgießwerkzeug zu integrieren. Es ergeben sich erhebliche Kostenvorteile gegenüber bekannten Lösungen, da die Abspritzöffnungen 7 mit ihren Abspritzöffnungsabschnitten 7', 7" werkzeuggebunden hergestellt werden können. Bekannte separate Arbeitsgänge zur Herstellung der Abspritzöffnungsabschnitte 7', 7" wie z.B. Stanzen, Bohren, Erodieren oder Laserbohren können entfallen. Mit hohen Qualitätsmerkmalen unter Einhaltung aller Maßtoleranzen, Formtoleranzen und Lagetoleranzen lassen sich die Abspritzöffnungen 7 mit ihren Abspritzöffnungsabschnitten 7', 7" erfindungsgemäß mit hoher Reproduzierbarkeit herstellen.
  • Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und z. B. für andersartig angeordnete Abspritzöffnungen 7 anwendbar.

Claims (10)

  1. Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem erregbaren Aktuator (10) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (4), der zusammen mit einer an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildeten Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, und Abspritzöffnungen (7), die stromabwärts der Ventilsitzfläche (6) ausgebildet sind, wobei die Abspritzöffnungen (7) wenigstens einen stromaufwärtigen ersten Abspritzöffnungsabschnitt (7') und einen stromabwärtigen zweiten Abspritzöffnungsabschnitt (7") mit einer unterschiedlichen Öffnungsweite umfassen,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass alle Abspritzöffnungsabschnitte (7', 7") der einzelnen Abspritzöffnungen (7) vollständig koaxial und über ihre gesamte Länge konzentrisch zur jeweiligen Lochlängsachse (50) verlaufen und die Abspritzöffnungen (7) in einem einzigen als MIM-Teil (Metal-Injection-Molding-Teil) hergestellten Ventilbauteil ausgeformt sind.
  2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das die Abspritzöffnungen (7) aufweisende Ventilbauteil der Ventilsitzkörper (5) ist.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Stufe (43) in Form eines Absatzes zwischen den beiden Abspritzöffnungsabschnitten (7', 7") unterschiedlicher Öffnungsweite vorgesehen ist.
  4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich von der Stufe (43) ausgehend der zweite stromabwärtige Abspritzöffnungsabschnitt (7") der Abspritzöffnung (7) mit einem zylindrischen Wandabschnitt (45) erstreckt.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich von der Stufe (43) ausgehend der zweite stromabwärtige Abspritzöffnungsabschnitt (7") der Abspritzöffnung (7) mit einem schräg geneigten, konischen Wandabschnitt (46) erstreckt.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich von der Stufe (43) ausgehend der zweite stromabwärtige Abspritzöffnungsabschnitt (7") der Abspritzöffnung (7) mit einem parabel- bzw. trompetenförmigen Wandabschnitt (47) erstreckt.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der erste stromaufwärtige Abspritzöffnungsabschnitt (7') in einer zylindrischen Gestalt verläuft, wobei sich von einer mittleren Lochebene beginnend der zweite stromabwärtige Abspritzöffnungsabschnitt (7") anschließt, dessen Wandabschnitt (51) parabel- bzw. trompetenförmig oder konisch ausgeformt ist.
  8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abspritzöffnungen (7) zugleich axial entlang ihrer Lochlängsachsen (50) entformbar sind.
  9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen zwei und dreißig Abspritzöffnungen (7) in dem entsprechenden MIM-Ventilbauteil vorgesehen sind.
  10. Verfahren zur Ausformung von Abspritzöffnungen (7) an einem einzigen,
    Abspritzöffnungen (7) aufweisenden Ventilbauteil (5) eines Brennstoffeinspritzventils (1),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Ventilbauteil (5) mittels Metal-Injection-Molding-Verfahren mit den Verfahrensschritten
    - Mischen und Homogenisieren eines Metallpulvers und eines Bindemittels,
    - nachfolgendes Spritzgießen,
    - Entfernen des Bindemittels und
    - Sintern des Metallpulvergerüsts
    hergestellt wird und die Abspritzöffnungen (7) darin derart ausgeformt werden, dass sie wenigstens einen stromaufwärtigen ersten Abspritzöffnungsabschnitt (7') und einen stromabwärtigen zweiten Abspritzöffnungsabschnitt (7") mit einer unterschiedlichen Öffnungsweite umfassen, wobei alle Abspritzöffnungsabschnitte (7', 7") der einzelnen Abspritzöffnungen (7) vollständig koaxial und über ihre gesamte Länge konzentrisch zur jeweiligen Lochlängsachse (50) verlaufen und die Abspritzöffnungen (7) zugleich entformt werden.
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