DE102004044821A1

DE102004044821A1 - Brennstoffeinspritzventil und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102004044821A1
Application number: DE200410044821
Authority: DE
Inventors: Hubert Stier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2006-03-23

Abstract

Bei bekannten elektromagnetisch betätigbaren Brennstoffeinspritzventilen (100) verbindet eine hülsenförmige Ventilnadel (18) einen rohrförmigen Anker (27) mit einem Ventilschließkörper (24), wobei die Ventilnadel (18) und der Ventilschließkörper (24) aus einem Teil gefertigt sind. Der Brennstoff strömt dabei im Inneren der Ventilnadel (18) bis zum Ventilschließkörper (24) und tritt dann über Queröffnungen in der Ventilnadel (18) in Richtung zu einem Ventilsitz (30) aus. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil (100) zeichnet sich dadurch aus, daß Ventilnadel (18) und Ventilschließkörper (24) aus zwei Teilen gefertigt sind. Als Ventilschließkörper (24) des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils (100) dient eine abgeflachte Kugel, die mit ihrer einem Ventilnadelschaft (21) zugewandten Stirnfläche (13) auf dem Ventilnadelschaft (21) formschlüssig aufliegt. Ein Zentrieren des Ventilschließkörpers (24) ist somit nicht mehr notwendig, da die formschlüssige, ebene Auflage des Ventilschließkörpers (24) auf der Stirnfläche (11) des Ventilnadelschafts (21) eine formgenaue Anpassung des Ventilschließkörpers (24) an den Ventilnadelschaft (21) erlaubt. Dabei wird der auftretende Rundlauf verringert.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil bzw. von einem Verfahren zu dessen Herstellung nach der Gattung des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 8.

Aus der DE 40 08 675 A1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das aus einem Anker, einem Ventilschließkörper und einer den Anker mit dem z.B. kugelförmigen Ventilschließkörper verbindendenden hülsenförmigen Ventilnadel besteht. Die aufgezählten Teile stellen getrennt voneinander gefertigte Einzelteile dar, die erst mittels Fügeverfahren, z.B. durch Laserschweißen, miteinander verbunden werden. Der Anker umgreift dabei die Ventilnadel vollständig radial und zumindest teilweise axial, da die Ventilnadel in einer durchgehenden Längsöffnung des Ankers befestigt ist. Die Ventilnadel weist selbst auch eine durchgehende innere Längsöffnung auf, in der Brennstoff in Richtung zum Ventilschließkörper strömen kann, der dann nahe des Ventilschließkörpers durch in einer Wandung der Ventilnadel eingebrachte, radial verlaufende Queröffnungen austritt. Der Brennstofffluss erfolgt also zuerst im Inneren der Ventilnadel und verläßt die Ventilnadel erst zu einem Ventilsitz hin.

Aus der DE 44 26 006 A1 ist eine Ventilnadel bekannt, die auf einfache und kostengünstige Art und Weise herstellbar ist. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Ventilnadelschaft einteilig mit einem Ventilschließkörper mittels eines Tiefziehverfahrens ausgebildet ist, so daß das Werkzeug zur Herstellung des aus Ventilnadelschaft und Ventilschließkörper bestehenden Tiefziehteils einfach aufgebaut sein kann. Beim Tiefziehen wird als Ausgangsmaterial ein vergleichsweise einfacher ebener Rohling aus einem geeigneten Tiefziehblech verwendet.

Nachteilig an den aus den oben genannten Druckschriften bekannten Brennstoffeinspritzventilen ist insbesondere, daß durch begrenzte Formtoleranzen der Einzelteile, insbesondere die durch Formtoleranz des Tiefziehteils Ventilnadel und durch nicht optimale Zentrierung des Ventilschließkörpers, der als Kugel ausgebildet sein kann, zum Ventilnadelschaft sich ein Rundlauf zwischen Anker und Ventilschließkörper von z. B. 0,3 mm ergibt, der dazu führt, daß unerlaubte Funktionsschwankungen bei Betätigung des Ventils auftreten, die unter anderem zum Verschleiß an Anschlagflächen des Ankers am Innenpol führen.

Vorteile der Erfindung

Ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß durch einen Ventilschließkörper, der als Teil einer Kugel ausgebildet ist, eine flächige Auflage des Ventilschließkörpers auf einer Stirnfläche eines Ventilnadelschafts möglich ist. Dadurch, daß nun zwei ebene Flächen aneinander grenzen, entfällt eine Zentrierung des Ventilschließkörpers, was einen einfacheren und kostengünstigeren Fertigungsprozeß nach sich zieht.

Ein weiterer Vorteil dieser Verbindung von zwei ebenen Flächen besteht darin, daß die Möglichkeit gegeben ist, den Hub des Ventilschließkörpers optisch, mit Hilfe eines Lasers zu vermessen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil mit einer Ventilnadel gemäß dem Stand der Technik;
2 einen schematischen Teilschnitt durch eine Ventilnadel gemäß dem Stand der Technik;
3 einen schematischen Teilschnitt der Verbindung eines Ventilschließkörpers mit einem Ventilnadelschaft gemäß dem Stand der Technik;
4 einen schematischen Teilschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Ventilnadel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils;
5 einen schematischen Teilschnitt eines Ausführungsbeispiel einer Verbindung eines Ventilschließkörpers mit einem Ventilnadelschaft eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils und
6 eine schematische Darstellung der Abfolge notwendiger Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Brennstoffeinspritzventils.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Nachfolgend wird zum besseren Verständnis der erfindungsgemäßen Maßnahmen ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils 100 gemäß dem Stand der Technik anhand von 1 beispielhaft beschrieben.
Das dargestellte Brennstoffeinspritzventil 100 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen umfaßt eine Magnetspule 1, wobei ein in radialer Richtung gestufter Spulenkörper 3 eine Bewicklung der Magnetspule 1 aufnimmt.
Konzentrisch zu einer Ventillängsachse 10 ist ein rohrförmiges metallenes Zwischenteil 12 beispielsweise durch Schweißen verbunden. Stromabwärts des Spulenkörpers 3 und des Zwischenteils 12 erstreckt sich ein rohrförmiger Ventilsitzträger 16, der beispielsweise fest mit dem Zwischenteil 12 verbunden ist. In dem Ventilsitzträger 16 verläuft eine Längsbohrung 17, die konzentrisch zu der Ventillängsachse 10 ausgebildet ist.
In der Längsbohrung 17 ist eine tiefgezogene hülsenförmige Ventilnadel 18 angeordnet. Am stromabwärtigen Ende 23 der Ventilnadel 18 ist ein zumindest eine teilweise kugelförmige Außenkontur aufweisender, einteilig mit der Ventilnadel 18 ausgeführter Ventilschließkörper 24 vorgesehen, an dessen Umfang beispielsweise fünf Abflachungen 25 zum Vorbeiströmen des Brennstoffs vorgesehen sind.
Die Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 100 erfolgt in bekannter Weise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 18 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder 26 bzw. zum Schließen des Brennstoffeinspritzventils 100 dient der elektromagnetische Kreis mit der Magnetspule 1 und einem Anker 27. Der rohrförmige Anker 27 ist an seinem, dem Ventilschließkörper 24 abgewandten, stromaufwärtigen Ende 20 mit der Ventilnadel 18 durch beispielsweise zwei Schweißnähte 28 fest verbunden, wobei die Ventilnadel 18 in den Anker 27 eingeschoben ist. An dem stromabwärts liegenden Ende des Ventilsitzträgers 16 ist in der Längsbohrung 17 ein zylinderförmiger Ventilsitzkörper 29, der einen festen Ventilsitz 30 aufweist, durch Schweißen dicht montiert.
Zur Führung des Ventilschließkörpers 24 während der Axialbewegung der Ventilnadel 18 entlang der Ventillängsachse 10 dient eine Führungsöffnung 32 des Ventilsitzkörpers 29. Der eine zumindest teilweise kreisförmige Außenkontur aufweisende Ventilschließkörper 24 der Ventilnadel 18 wirkt mit dem sich in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig verjüngenden Ventilsitz 30 des Ventilsitzkörpers 29 zusammen. An seiner dem Ventilschließkörper 24 abgewandten Stirnseite ist der Ventilsitzkörper 29 mit einer beispielsweise topfförmig ausgebildeten Spritzlochscheibe 34 fest und dicht durch eine z.B. mittels eines Lasers ausgebildete Schweißnaht verbunden. In der Spritzlochscheibe 34 ist wenigstens eine beispielsweise durch Erodieren oder Stanzen ausgeformte Abspritzöffnung 39 vorgesehen.
Die Einschubtiefe des Ventilsitzkörpers 29 mit der Spritzlochscheibe 34 bestimmt die Größe des Hubs der Ventilnadel 18. Dabei ist die eine Endstellung der Ventilnadel 18 bei nicht erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ventilschließkörpers 24 am Ventilsitz 30 des Ventilsitzkörpers 29 festgelegt, während sich die andere Endstellung der Ventilnadel 18 bei erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankers 27 an einem Innenpol 6 ergibt, wobei der Anker 27 sich innerhalb eines Arbeitsspalts 35 bewegen kann.
Die Magnetspule 1 ist von wenigstens einem, beispielsweise als Bügel ausgebildeten und als ferromagnetisches Element dienenden Leitelement 45 umgeben, das die Magnetspule 1 in Umfangsrichtung wenigstens teilweise umgibt, das mit seinem Ende an dem Ventilsitzträger 16 anliegt und mit diesem z.B. durch Schweißen, Löten bzw. Kleben verbindbar ist. Eine in eine konzentrisch zur Ventillängsachse 10 verlaufende Strömungsbohrung 46 eingeschobene Einstellhülse 48 dient zur Einstellung der Federvorspannung, einer an der Einstellhülse 48 anliegenden Rückstellfeder 26, die sich wiederum mit ihrer gegenüberliegenden Seite an einer stromaufwärtigen Stirnseite 49 der Ventilnadel 18 in einer inneren Durchgangsöffnung 50 des rohrförmigen Ankers 27 abstützt.
Das Brennstoffeinspritzventil 100 ist weitgehend von einer Kunststoffumspritzung 51 umgeben, die sich in axialer Richtung über die Magnetspule 1 und über das wenigstens eine Leitelement 45 bis zum Ventilsitzträger 16 erstreckt, wobei das Leitelement 45 vollständig axial und in Umfangsrichtung überdeckt ist. Zu dieser Kunststoffumspritzung 51 gehört beispielsweise ein mitangespritzter elektrischer Anschlußstecker 52.
Gemäß dem Stand der Technik, wie er in den 2 und 3 dargestellt ist, kann eine Wälzlagerkugel als Ventilschließkörper 24 dienen. Dabei werden Ventilnadelschaft 21 und Wälzlagerkugel so gefügt, daß die Wälzlagerkugel durch den Ventilnadelschaft 21 der Ventilnadel 18 zentriert wird, wobei die beiden Teile in dieser Position miteinander verschweißt werden. Durch die formbegrenzten Einzelteile, und insbesondere durch die Formtoleranz des Tiefziehteils Ventilnadel 18 und eine nicht optimale Zentrierung der Wälzlagerkugel zum Ventilnadelschaft 21 ergibt sich ein Rundlauf von ca. 0,3 mm zwischen Anker 27 und Ventilschließkörper 24, wobei unerlaubte Funktionsschwankungen bei Betätigung des Ventils auftreten, die unter anderem zum Verschleiß an Anschlagflächen 22 des Ankers 27 am Innenpol 6 führen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Formgenauigkeit an der Verbindungsstelle zwischen Ventilnadelschaft 21 und Ventilschließkörper 24 so zu verbessern, daß der Rundlauf verringert wird und der Anschlag des Ankers 27 nicht ungleichmäßig einseitig am Innenpol 6 erfolgt, sondern gleichmäßig umfangsmäßig am Innenpol 6, so daß sich dort keine einseitigen Abnutzungserscheinungen infolge von einseitig ausgeprägten Anschlägen des Ankers 27 ergeben.
Eine Ventilnadel 18, die als Ausführungsbeispiel gemäß dem Stand der Technik in einem Brennstoffeinspritzventil 100 nach 1 einsetzbar ist, ist in der 2 im Detail abgebildet. A und B bezeichnen den Rundlauf, der aufgrund von Formungenauigkeiten an der Fügeverbindung von Ventilnadelschaft 21 und Ventilschließkörper 24 auftritt, wobei der Ventilschließkörper 24 hier als Vollkugel ausgebildet ist, die beim Verschweißen der beiden Einzelteile auf den Durchmesser des Ventilnadelschafts 21 zentriert wird.
3 zeigt eine Fügeverbindung von einem als Vollkugel ausgebildeten Ventilschließkörper 24 und dem Ventilnadelschaft 21 gemäß dem Stand der Technik. Die beiden Einzelteile sind mittels einer Schweißnaht 15 fest miteinander verbunden.
4 zeigt eine Ventilnadel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 100, wobei der Ventilschließkörper 24 als Teilkugel ausgeprägt ist und mit seiner Stirnfläche 13 flächig auf dem Ventilnadelschaft 21 aufliegt. Dabei ist der Rundlauf A-B, der aufgrund von Formungenauigkeiten an der Fügestelle zwischen Ventilnadelschaft 21 und Ventilschließkörper 24, der im Gegensatz zum Stand der Technik als Teilkugel ausgeprägt ist, verringert. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Ventilnadelschaft 21 aus einem leicht zu formenden und daher kostengünstigen Umformteil gefertigt ist. Dadurch, daß der Ventilschließkörper 24 an der Verbindungsstelle von Ventilnadelschaft 21 und Ventilschließkörper 24 nicht als Vollkugel ausgebildet ist und mit seiner ebenen Fläche 13 auf einer Stirnfläche 11 des Ventilnadelschafts 21 aufsitzt, ist die Möglichkeit gegeben, daß der Hub des Ventilschließkörpers 24 optisch, z. B. mit Hilfe eines Lasers, vermessen werden kann.
In 5 ist diese Fügeverbindung nochmals im Detail gezeigt. Die Stirnfläche 13 des Ventilschließkörpers 24, der erfindungsgemäß als Teilkugel ausgebildet ist, liegt flächig an der Stirnfläche 11 des Ventilnadelschafts 21 an, wobei Ventilnadelschaft 21 und Ventilschließkörper 24 durch eine Schweißnaht 15 fest miteinander verbunden sind.
6 zeigt eine Ventilnadel 18 eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 100 mit zur Herstellung der Ventilnadel 18 notwendigen Fertigungswerkzeugen.
Ein erster Verfahrensschritt zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 100 bezieht sich darauf, daß der Anker 27 in einer Vorrichtung 54, die eine erste Spannzange sein kann, zentriert wird. Alternativ dazu kann der Anker 27 auch an einer Mantelfläche 55 einer Anschlaghülse 31 oder sowohl in der Vorrichtung 54 als auch an der Mantelfläche 55 der Anschlaghülse 31 zentriert werden.
Ein zweiter Verfahrensschritt umfaßt das zentrische Aufsetzen des Ventilschließkörpers 24, der erfindungsgemäß als Teilkugel ausgeprägt ist, wobei eine Vorrichtung 53, die eine zweite Spannzange sein kann, dafür nötig ist.
Ein dritter Verfahrensschritt erstreckt sich auf eine Fixierung des Ventilschließkörpers 24 auf dem Ventilnadelschaft 21, die durch Verschweißen zustande kommt.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern auch für Brennstoffeinspritzventile mit anderen Formen der Ventilnadel 18 bzw. des Ventilschließkörpers 24 geeignet. Des weiteren ist die vorliegende Erfindung beispielsweise auch für Brennstoffeinspritzventile von selbstzündenden Brennkraftmaschinen geeignet. Insbesondere sind beliebige Kombinationen der verschiedenen Merkmale möglich.

Claims

Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, das eine Magnetspule (1), einen Ventilsitz (30), einen Anker (27), eine Ventilnadel (18) und einen Ventilschließkörper (24) aufweist, wobei die Ventilnadel (18) den Anker (27) mit dem Ventilschließkörper (24) verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschließkörper (24) eine, zumindest auf einer Seite ebene Stirnfläche (13) aufweist, die der Ventilnadel (18) zugewandt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Außenkontur eines Querschnitts (14) des Ventilschließkörpers (24) ein Teil eines Vollkreises ist, wobei eine Stirnfläche (11) eines Ventilnadelschafts (21) sich formschlüssig an die Stirnfläche (13) des Ventilschließkörpers (24) fügt.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschließkörper (24) mit dem Ventilnadelschaft (21) fest verbunden ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschließkörper (24) mit dem Ventilnadelschaft (21) verschweißt, verklebt oder verlötet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschließkörper (24) teilkugelförmig ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstand zwischen einer Anschlagfläche (22) des Ankers (27) und einer Seite eines Innenpols (6) kleiner als ein Abstand einer zweiten Anschlagfläche (22) des Ankers (27) und einer zweiten Seite des Innenpols (6) ist, woraus sich ein Rundlauf ergibt.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rundlauf minimal ist.
Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffeinspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, wobei das Brennstoffeinspritzventil eine Magnetspule (1), einen Ventilsitz (30), einen Anker (27), einen Ventilschließkörper (24) und eine Ventilnadel (18) aufweist, wobei die Ventilnadel (18) den Anker (27) mit dem Ventilschließkörper (24) verbindet und wobei der Ventilschließkörper (24) durch einen Fügeprozeß mit der Ventilnadel (18) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Verfahrensschritt des Fügeprozeßes darin besteht, daß die Ventilnadel (18) durch eine dafür vorgesehene Vorrichtung (54) am Anker (27) und/oder an der Anschlaghülse (31) zentriert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffeinspritzventils nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (54) eine erste Spannzange ist.
Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffeinspritzventils nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Verfahrensschritt darin besteht, daß der Ventilschließkörper (24) zentrisch auf einen Ventilnadelschaft (21) aufgesetzt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffeinspritzventils nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorrichtung (53) zum zentrischen Aufsetzen des Ventilschließkörpers (24) eine zweite Spannzange benutzt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffeinspritzventils nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Verfahrensschritt darin besteht, daß der Ventilschließkörper (24) und der Ventilnadelschaft (21) nach dem zentrischen Aufsetzen des Ventilschließkörpers (24) auf dem Ventilnadelschaft (21) verklebt, verschweißt oder verlötet werden.