WO2009153078A1 - Verfahren zur hubeinstellung eines ventils - Google Patents

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stroke
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Axel Bormann
Johann Bayer
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/10—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type

Definitions

  • the invention relates to a method for adjusting the stroke of a valve, in particular a fuel injection valve for internal combustion engines, according to the preamble of claim 1.
  • valve in particular an electromagnetically actuated fuel injection valve (DE 43 29 976 Al)
  • the valve is roughly preset by the attachment of a valve seat member, which consists of a valve seat body and an overlying spray disk, on the hollow cylindrical valve seat carrier and then measured by the valve closing body at valve control between a lower and upper end position traveled path by means of a laser beam.
  • the valve seat part is then pushed along the valve longitudinal axis with a special tool until the measured valve lift actual value coincides with the required valve lift setpoint.
  • the inventive method for adjusting the stroke of a valve with the features of claim 1 has the advantage that produced by the non-cutting deformation of the sleeve-shaped valve seat carrier in the valve seat body sleeve region upstream axial shortening of the valve seat support the valve lift can be set fairly accurately with little time, said often only a single measurement of the valve lift is required.
  • Expensive, mechanical adjustment operations for adjusting the valve lift such as the mechanical displacement of the valve seat body, possibly also the magnetic core of a valve needle driving electromagnet, the provision of fits or making pairs, eliminated.
  • a targeted material melting in at least one sleeve portion of the sleeve-shaped valve seat carrier, which is performed circumferentially around the sleeve.
  • the adjustment parameters of a laser, with which the material melting is preferably carried out recorded in test trials and stored as a function of the setpoint / actual value difference and retrieved in the mass production process for the individual valve lift according to the currently determined setpoint / actual value difference.
  • FIG. 1 is a side view of a fuel injection valve, partially in section
  • Fuel injection valve has a ferromagnetic, tubular valve housing 11, in which a non-magnetic, sleeve-shaped valve seat carrier 12 is inserted.
  • valve seat carrier a non-magnetic, sleeve-shaped valve seat carrier
  • valve seat body 12 fixed with a larger diameter support portion 121 in the valve housing 11 and communicates with this partially and with a continuing, smaller diameter support portion 122 of the valve housing 11 before.
  • the end of the smaller-diameter carrier section 122 facing away from the larger-diameter carrier section 121 is provided with a valve seat body
  • valve seat body 13 closed, which is inserted into the front end of the support portion 122 and fixedly connected to the valve seat carrier 12, for example by a weld 14.
  • the valve seat body 13 is provided with a central blind hole 15, in the base of which a valve seat 16 and injection ports 17 are formed within a region enclosed by the valve seat 16.
  • the opening and closing of the valve is effected by means of a valve needle 18, which is driven by an actuator to a lifting movement and end carries a cooperating with the valve seat 16 for closing and releasing the injection holes 17 valve closing body 19.
  • the actuator is an electromagnet 20 having a hollow cylindrical magnetic core 21, a magnetic coil 22 and an armature 23 having through holes 24 for the passage of fuel.
  • the magnetic core 21 is inserted into the larger diameter support portion 121 of the valve seat support 12 and the magnetic coil 22 is externally placed on the support portion 121.
  • the fixedly connected to the valve needle 18 anchor 23 is at the inner end of the magnetic core 21 opposite this, arranged and guided axially displaceably in the larger diameter support portion 121.
  • Magnetic core 21, armature 23 and valve housing 11 form an over an annular air gap between the magnetic core 21 and armature 23 closing magnetic circuit.
  • a valve closing spring 25 is arranged, which the valve needle 18 in
  • Valve closing direction loaded and presses the valve closing body 19 on the valve seat 16 via the valve needle 18.
  • the closing force of the valve closing spring 25 is adjustable by means of an adjusting screw 26. If the magnetic coil 22 is energized via a connector 28, the armature 23 is attracted to the magnetic core 21, the valve needle 18 performs a lifting movement directed upward in FIG. 1, and the valve closing body 19 is lifted off the valve seat 16 against the force of the valve closing spring 25.
  • the pressurized fuel flowing in via a fuel connection 27 formed on the valve housing 11 and flowing through the hollow cylindrical magnet core 21 and the through bores 24 in the armature 23 and through the tubular valve seat carrier 12 is sprayed in a fan-shaped manner via the injection holes 17.
  • the maximum valve lift of the valve needle 18 and thus of the valve closing body 19 is determined by the size of the annular air gap between the magnetic core 21 and armature 13. For the required adjustment of the maximum stroke of the valve needle 18, the procedure is as follows:
  • valve seat body 13 is arranged in the valve seat carrier 12 and fixed, for example by welding, that the valve lift is greater than the required valve lift within limits.
  • the valve lift is measured and the measured value as actual valve lift output.
  • the measurement of the valve lift can be carried out for example by means of a laser beam, as described in DE 43 29 976 Al. In this case, a laser beam is directed through an injection hole 17 on the valve closing body 19 and made a non-energized, closed valve, a first length measurement of the distance between the laser transmitter and valve closing body 19. The same length measurement is carried out at energized magnetic coil 22 and the difference of the two length measurements results in the valve lift actual value.
  • the material of the valve seat carrier 12 is preferably circulated so circumferentially in at least one sleeve portion circumferentially in the smaller diameter support portion 121 of the sleeve-shaped valve seat support 12 that the subsequent cooling of this sleeve portion leads to a desired reduction, axial shrinkage of the valve seat support 12.
  • such a melted and cooled down sleeve portion 29 is characterized by blackening. If the circumferential melting of the material in the sleeve area 29 is insufficient, then another can be used
  • Sleeve region 30 which is indicated by dashed lines in Fig. 2, or in several sleeve areas also another material melting can be performed.
  • the number of sleeve portions 29, 30 to be melted, the axial width and / or the radial depth of material fusion in such a sleeve portion 29, 30 is selected as a function of the size of the setpoint / actual value difference.
  • the melting of the material is carried out by means of a laser beam 31 focused on the respective sleeve region 29, 30, during which laser beam 31 and valve seat carrier 12 rotate relative to each other so that a material melting around the valve seat carrier 12 takes place.
  • Material melting is determined by adjusting the size of the focal point of the laser beam 30 and the radial depth of the material melting predetermined by the setting of the laser power.
  • the number of sleeve areas to be melted and the parameters for setting the reflow laser depending on various actual value / setpoint differences measured on a functional sample can be stored in a matrix and in the standard stroke setting the respective valve corresponding to the measured actual value / setpoint difference of the valve lift the corresponding parameters for the material melting can be retrieved. In this case, one can make do with a single measurement of the valve lift actual value.
  • valve seat carrier it is possible to bring about the required shortening of the valve seat carrier by otherwise non-cutting deformation.
  • a circumferential bead can be formed on the valve seat carrier and shortened by axially compressing the bead.
  • the described method for adjusting the stroke of the valve can also be applied to valves which have a hydraulic actuator for actuating the valve needle.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Hubeinstellung eines Ventils, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen, angegeben, das einen hülsenförmigen Ventilsitzträger (12) mit einem endseitig befestigten, mit einem Ventilsitz (16) versehenen Ventilsitzkörper (13) und eine im Ventilsitzträger (12) verschieblich einliegende, zur Hubbewegung angetriebenen Ventilnadel (18) mit einem endseitigen Ventilschließkörper (19) aufweist. Zur Hubeinstellung des Ventils wird die Anordnung des Ventilsitzkörpers (13) im Ventilsitzträger (12) so vorgenommen, dass der Ventilhub in Grenzen größer ist als ein geforderter Ventilhub-Sollwert. Der Ventilhub wird als Istwert vermessen und der hülsenförmige Ventilsitzträger (12) durch spanlose Verformung in einem oberhalb des Ventilsitzkörpers (13) liegenden Hülsenabschnitt (122) soweit verkürzt, dass die Soll-/Istwert-Differenz beseitigt ist.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Hubeinstellung eines Ventils
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Hubeinstellung eines Ventils, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem bekannten Verfahren zur Hubmessung und Hubeinstellung eines Ventils, insbesondere eines elektromagnetisch betätigbaren Brennstoffeinspritzventils (DE 43 29 976 Al), wird der Ventilhub durch die Befestigung eines Ventilsitzteils, das aus einem Ventilsitzkörper und einer aufliegenden Spritzlochscheibe besteht, am hohlzylindrischen Ventilsitzträger grob voreingestellt und dann der vom Ventilschließkörper bei Ventilaufsteuerung zwischen einer unteren und oberen Endlage zurückgelegte Weg mittels eines Laserstrahls vermessen. Entsprechend dem Messergebnis wird dann der Ventilsitzteil mit einem Spezialwerkzeug entlang der Ventillängsachse so lange verdrückt, bis der gemessene Ventilhub-Istwert mit dem geforderten Ventilhub-Sollwert übereinstimmt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Hubeinstellung eines Ventils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die mittels der spanlosen Verformung des hülsenförmigen Ventilsitzträgers in dessen dem Ventilsitzkörper vorgelagerten Hülsenbereich hergestellte axiale Verkürzung des Ventilssitzträgers der Ventilhub mit geringem Zeitaufwand recht genau eingestellt werden kann, wobei oftmals nur eine einmalige Vermessung des Ventilhubs erforderlich ist. Teure, mechanische Justiervorgänge zur Einstellung des Ventilhubs, wie das mechanische Verdrücken des Ventilsitzkörpers, ggf. auch des Magnetkerns eines die Ventilnadel antreibdenden Elektromagneten, das Vorsehen von Passungen oder Vornehmen von Paarungen, entfallen. Zur spanlosen Verformung ist es besonders vorteilhaft, eine gezielte Werkstoffaufschmelzung in mindestens einem Hülsenabschnitt des hülsenförmigen Ventilsitzträgers durchzuführen, die umlaufend um die Hülse vorgenommen wird. Mit der beim anschließenden Abkühlen der Werkstoffaufschmelzung einhergehenden, axialen Schrupfung des Hülsenabschnitts tritt die gewünschte axiale Verkürzung des Ventilsitzträges und damit die Verkleinerung des Ventilhubs ein. Durch gezielte Ausführung der Werkstoffaufschmelzung kann die Soll-/Istwert-Differenz des Ventilhubs in einem einmaligen Vorgang beseitigt werden. Beispielsweise können die Einstellparameter eines Lasers, mit dem die Werkstoffaufschmelzung bevorzugt durchgeführt wird, in Testversuchen erfasst und in Abhängigkeit von der Soll-/Istwert-Differenz abgespeichert und im Serienfertigungsprozess für die individuelle Ventilhubeinstellung entsprechend der aktuell festgestellten Soll-/Istwert-Differenz abgerufen werden.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Kraftstoffeinspritzventils, teilweise geschnitten,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts II in Fig. 1
Das in Fig. 1 beispielhaft für ein allgemeines Ventil dargestellte, elektromagnetisch betätigbare
Kraftstoffeinspritzventil weist ein ferromagnetisches, rohrförmiges Ventilgehäuse 11 auf, in das ein nichtmagnetischer, hülsenförmiger Ventilsitzträger 12 eingesetzt ist. Dabei ist der Ventilsitzträger
12 mit einem im Durchmesser größeren Trägerabschnitt 121 im Ventilgehäuse 11 befestigt und steht mit diesem teilweise und mit einem daran sich fortsetzenden, im Durchmesser kleineren Trägerabschnitt 122 aus dem Ventilgehäuse 11 vor. Das vom durchmessergrößeren Trägerabschnitt 121 abgekehrte Ende des durchmesserkleineren Trägerabschnitts 122 ist mit einem Ventilsitzkörper
13 verschlossen, der in das Stirnende des Trägerabschnitts 122 eingesetzt und mit dem Ventilsitzträger 12, z.B. durch eine Schweißnaht 14, fest verbunden ist. Der Ventilsitzkörper 13 ist mit einem zentralen Sackloch 15 versehen, in dessen Grund ein Ventilsitz 16 und innerhalb eines vom Ventilsitz 16 umschlossenen Bereichs Spritzlöcher 17 ausgebildet sind. Das Öffnen und Schließen des Ventils wird mittels einer Ventilnadel 18 bewirkt, die von einem Aktor zu einer Hubbewegung angetrieben wird und endseitig ein mit dem Ventilsitz 16 zum Verschließen und Freigeben der Spritzlöcher 17 zusammenwirkenden Ventilschließkörper 19 trägt. In dem beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel ist der Aktor ein Elektromagnet 20 mit einem hohlzylindrischen Magnetkern 21, einer Magnetspule 22 und einem Anker 23, der Durchgangsbohrungen 24 zum Durchtritt von Kraftstoff aufweist. Der Magnetkern 21 ist in den durchmessergrößeren Trägerabschnitt 121 des Ventilsitzträgers 12 eingeschoben und die Magnetspule 22 ist außen auf den Trägerabschnitt 121 aufgesetzt. Der fest mit der Ventilnadel 18 verbundene Anker 23 ist am inneren Stirnende des Magnetkerns 21 diesem gegenüberliegend, angeordnet und in dem durchmessergrößeren Trägerabschnitt 121 axial verschieblich geführt. Magnetkern 21, Anker 23 und Ventilgehäuse 11 bilden einen über einen ringförmigen Luftspalt zwischen Magnetkern 21 und Anker 23 sich schließenden Magnetkreis. Im hohlen Inneren des Magnetkerns 21 ist eine Ventilschließfeder 25 angeordnet, die die Ventilnadel 18 in
Ventilschließrichtung belastet und über die Ventilnadel 18 den Ventilschließkörper 19 auf den Ventilsitz 16 aufpresst. Die Schließkraft der Ventilschließfeder 25 ist mittels einer Justierschraube 26 einstellbar. Wird die Magnetspule 22 über einen Anschlussstecker 28 bestromt, so wird der Anker 23 vom Magnetkern 21 angezogen, die Ventilnadel 18 führt eine in Fig. 1 aufwärts gerichtete Hubbewegung aus, und der Ventilschließkörper 19 wird gegen die Kraft der Ventilschließfeder 25 vom Ventilsitz 16 abgehoben. Der über einen am Ventilgehäuse 11 ausgebildeten Kraftstoffanschluss 27 einströmende und durch den hohlzylindrischen Magnetkern 21 und die Durchgangsbohrungen 24 im Anker 23 sowie durch den hülsenförmigen Ventilsitzträger 12 hindurchströmende, unter Druck stehende Kraftstoff wird über die Spritzlöcher 17 fächerförmig abgespritzt.
Der maximale Ventilhub der Ventilnadel 18 und damit des Ventilschließkörpers 19 ist durch die Größe des ringförmigen Luftspalts zwischen Magnetkern 21 und Anker 13 festgelegt. Zu der erforderlichen Einstellung des maximalen Hubs der Ventilnadel 18 wird nach folgendem Verfahren vorgegangen:
Der Ventilsitzkörper 13 wird so in dem Ventilsitzträger 12 angeordnet und z.B. durch Schweißen festgesetzt, dass der Ventilhub in Grenzen größer ist als der geforderte Ventilhub. Bei dem fertig montierten Ventil wird der Ventilhub vermessen und der Messwert als Ventilhub-Istwert ausgegeben. Die Vermessung des Ventilhubs kann beispielsweise mittels eines Laserstrahls vorgenommen werden, wie dies in der DE 43 29 976 Al beschrieben ist. Dabei wird ein Laserstrahl durch ein Spritzloch 17 auf den Ventilschließkörper 19 gerichtet und bei nicht erregtem, geschlossenem Ventil eine erste Längenmessung der Strecke zwischen Lasersender und Ventilschließkörper 19 vorgenommen. Die gleiche Längenmessung wird bei bestromter Magnetspule 22 durchgeführt und die Differenz der beiden Längenmessungen ergibt den Ventilhub -Istwert.
Um nunmehr den geforderten Ventilhub-Sollwert einzustellen, der in jedem Fall kleiner ist als der gemessene Ventilhub-Istwert, wird der hülsenförmige Ventilsitzträger 12 durch eine spanlose
Verformung in einem oberhalb des Ventilsitzkörpers 13 liegenden Bereich, vorzugsweise in dem durchmesserkleineren Trägerabschnitt 122, soweit verkürzt, dass die Differenz zwischen Ventilhub -Istwert und Ventilhub-Sollwert beseitigt, also nahezu Null ist. Zur spanlosen Verformung wird bevorzugt in dem durchmesserkleineren Trägerabschnitt 121 des hülsenförmigen Ventilsitzträgers 12 in mindestens einem Hülsenbereich der Werkstoff des Ventilsitzträgers 12 umlaufend so gezielt aufgeschmolzen, dass die anschließende Abkühlung dieses Hülsenbereichs zu einer die gewünschte Verkürzung ergebenden, axialen Schrumpfung des Ventilsitzträgers 12 führt. In der vergrößerten Ausschnittsdarstellung der Fig. 2 ist ein solcher aufgeschmolzener und wieder abgekühlter Hülsenbereich 29 durch Schwärzung gekennzeichnet. Reicht die umlaufende Aufschmelzung des Werkstoffs im Hülsenbereich 29 nicht aus, so kann in einem weiteren
Hülsenbereich 30, der in Fig. 2 strichliniert angedeutet ist, oder in mehreren Hülsenbereichen ebenfalls eine weitere Werkstoffaufschmelzung durchgeführt werden. Die Anzahl der aufzuschmelzenden Hülsenbereiche 29, 30, die axiale Breite und/oder die radiale Tiefe der Werkstoffaufschmelzung in einem solchen Hülsenbereich 29, 30 wird abhängig von der Größe der Soll-/Istwert-Differenz gewählt.
Die Werkstoffaufschmelzung wird mittels eines auf den jeweiligen Hülsenbereich 29, 30 fokussierten Laserstrahls 31 vorgenommen, wobei während der Werkstoffaufschmelzung Laserstrahl 31 und Ventilsitzträger 12 sich relativ zueinander drehen, so dass eine um den Ventilsitzträger 12 umlaufenden Werkstoffaufschmelzung erfolgt. Die axiale Breite der
Werkstoffaufschmelzung wird dabei durch Einstellen der Größe des Fokuspunktes des Laserstrahls 30 bestimmt und die radiale Tiefe der Werkstoffaufschmelzung durch die Einstellung der Laserleistung vorgegeben. Für die Hubeinstellung in Großserie können die Anzahl der aufzuschmelzenden Hülsenbereiche und die Parameter für die Einstellung des Laser zur Werkstoffaufschmelzung in Abhängigkeit von verschiedenen Istwert-/Sollwert-Differenzen, die an einem Funktionsmuster vermessen worden sind, in einer Matrix abgelegt werden und bei der serienmäßigen Hubeinstellung des jeweiligen Ventils entsprechend der gemessenen Istwert-/Sollwert-Differenz des Ventilhubs die entsprechenden Parameter für die Werkstoffaufschmelzung abgerufen werden. In diesem Fall kommt man mit einer einzigen Vermessung des Ventilhub-Istwerts aus.
Alternativ ist es möglich, die erforderliche Verkürzung des Ventilsitzträgers auch durch anderweitige spanlose Verformung herbeizuführen. Beispielsweise kann am Ventilsitzträger eine umlaufende Sicke angeformt und durch axiales Zusammendrücken der Sicke ein Verkürzung herbeigeführt werden.
Das beschriebene Verfahren zur Hubeinstellung des Ventils kann auch bei Ventilen angewendet werden, die einen hydraulischen Aktor zur Betätigung der Ventilnadel aufweisen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Hubeinstellung eines Ventils, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen, das einen hülsenförmigen Ventilsitzträger (12) mit einem am Ventilsitzträger (12) endseitig befestigten, mit einem Ventilsitz (16) versehenen Ventilsitzkörper (13) und eine im Ventilsitzträger (12) verschieblich einliegende, zur
Hubbewegung angetriebenen Ventilnadel (18) mit einem endseitigen Ventilschließkörper (19) aufweist, der mit dem Ventilsitz (16) zusammenwirkt und gegenüber dem Ventilsitz (16) den Ventilhub ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des Ventilsitzkörpers (13) im Ventilsitzträger (12) so vorgenommen wird, dass der Ventilhub in Grenzen größer als ein geforderter Ventilhub-Sollwert ist, dass der Ventilhub vermessen und als Ventilhub-Istwert ausgegeben wird und dass der hülsenförmige Ventilsitzträger (12) durch spanlose Verformung in einem oberhalb des Ventilsitzkörpers (13) liegenden Trägerabschnitt (121) soweit verkürzt wird, dass die Differenz zwischen Ventilhub-Sollwert und Ventilhub-Istwert beseitigt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur spanlosen Verformung des hülsenförmigen Ventilsitzträgers (12) der Werkstoff des hülsenförmigen Ventilsitzträgers (12) in mindestens einem Hülsenbereich (29, 30) umlaufend so gezielt aufgeschmolzen wird, dass die anschließende Abkühlung des aufgeschmolzenen Werkstoffs zu einer die Verkürzung des Ventilssitzträgers (12) ergebenden, axialen Schrumpfung des Hülsenbereichs (29, 30) führt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der aufzuschmelzenden Hülsenbereiche (29, 30), die axiale Breite und/oder die radiale Tiefe der Werkstoffaufschmelzung in jedem Hülsenbereich (29, 30) abhängig von der Differenz zwischen Ventilhub-Sollwert und Ventilhub-Istwert gewählt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffaufschmelzung mittels eines auf den mindestens einen Hülsenbereich (29, 30) fokussierten Laserstrahls (31) vorgenommen wird, wobei Laserstrahl (31) und Ventilsitzträger (12) relativ zueinandergedreht werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Breite der
Werkstoffaufschmelzung durch Einstellen der Größe des Fokuspunktes des Laserstrahls und die radiale Tiefe der Werkstoffaufschmelzung durch Einstellen der Laserleistung vorgegeben wird.
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