DE19752028C2 - Verfahren zur Justierung des Ventilnadelhubs bei Dosierventilen und Dosierventil mit nach diesem Verfahren justierten Ventilnadelhub - Google Patents

Abstract

Bei Dosierventilen, insbesondere bei Kraftstoff-Einspritzventilen, ist der Hub (H) der Ventilnadel (VN) durch einen im Ventilgehäuse (VG) angeordneten Ventilsitz (VS) und einem mit dem Ventilgehäuse (VG) verbundenen Anschlag (A) begrenzt. Zur Justierung des zunächst mit Übermaß vorgegebenen Hubs (H) der Ventilnadel (VN) wird die axiale Länge des Ventilgehäuses (VG) durch lokales Erhitzen und anschließendes Abkühlen gezielt durch Schrumpfung verkürzt. Vorzugsweise erfolgt das lokale Erhitzen durch Setzen von Schweißpunkten (SP) und/oder Legen von Schweißnähten (SN) mit dem Laserstrahl (LS).

Description

Zur Gemischbildung bei Dieselmotoren und auch bei Ottomotoren werden Kraftstoff-Einspritzsysteme eingesetzt, deren Ein­ spritzventile eine dosierte Zuführung des Kraftstoffs gewähr­ leisten. Die Kraftstoffmenge, die von den Einspritzventilen beispielsweise in den Verbrennungsraum eingespritzt wird, hängt dabei in großem Masse von dem Hub der Ventilnadel ab. In geschlossenem Zustand des Einspritzventils wird die Ven­ tilnadel durch die Kraft einer Feder in den im unteren Be­ reich des Ventilgehäuses angeordneten Ventilsitz gedrückt. Das Abheben der Ventilnadel vom Ventilsitz erfolgt mit Hilfe von Stellgliedern, die beispielsweise elektromagnetisch, pie­ zoelektrisch oder hydraulisch angetrieben sind. Auf der dem Ventilsitz gegenüberliegenden Seite des Ventilgehäuses ist ein Anschlag angebracht, durch welchen der Hub der Ventilna­ del begrenzt wird. Ein derartiges Kraftstoff-Einspritzventil mit einem piezoelektrischen magneto- oder elekstriktiven Ak­ tor und einem hydraulischen Transformator ist beispielsweise aus der DE-C-43 06 073 bekannt.

Um eine genaue Dosierung der jeweils eingespritzten Kraft­ stoffmenge zu gewährleisten, muß der Hub der Ventilnadel so präzise wie möglich justiert werden. Eine präzise Vorgabe des Ventilnadelhubs durch die räumliche Zuordnung von Ventilna­ del, Ventilsitz und Anschlag wäre nur durch äußerst enge und damit kostenaufwendige Fertigungstoleranzen möglich. Außerdem ist zu beachten, daß die exakte räumliche Zuordnung von Ven­ tilnadel, Ventilsitz und Anschlag erst im fertig montierten Zustand des Einspritzventils festgestellt werden kann.

Aus der US-A-4 610 080 ist ein Verfahren zur Justierung des Ventilnadelhubs von Kraftstoff-Einspritzventilen bekannt, welches größere Fertigungstoleranzen der einzelnen Bauteile erlaubt. Diese größeren Toleranzen werden dabei durch eine Zwischenscheibe ausgeglichen, die zur Einstellung des ge­ wünschten Ventilnadelhubs bleibend verformt wird. Da eine de­ finierte Verformung derart kleiner Zwischenscheiben äußerst schwierig ist, ist die genaue Einstellung des Ventilnadelhubs nicht in allen Fällen gewährleistet.

Aus der DE-C-195 22 806 ist ein Verfahren zur Herstellung ei­ nes Mikromembramventils bekannt, welches aus einer Ventilkam­ mer und einer Antriebskammer besteht, wobei die Ventilkammer aus einem Ventilgehäuse mit Einlaß und Auslaß und einer Mem­ bran besteht, welche entlang ihres Randes dichtend mit dem Ventilgehäuse verbunden ist, und wobei die Antriebskammer auf der der Ventilkammer gegenüberliegenden Seite der Membran an­ gebracht ist. Um größere Schaltwege für die Ventilmembran zu ermöglichen werden der Ventilkörper und die Membran separat gefertigt, wobei der Ventilkörper aus einem Material besteht, das nach Erwärmung und nachfolgender Abkühlung eine Schrump­ fung gegenüber dem Ausgangszustand aufweist. Nach dem Verbin­ den von Ventilkörper und Membran wird dann durch eine Tempe­ raturbehandlung eine Schrumpfung des Ventilkörpers ausgelöst, die zur Erzeugung einer mechanischen Druckspannung in der Membran führt. Durch die Druckspannung wölbt sich die Membran entweder nach oben oder nach unten aus, wobei diese Auswöl­ bungen der Öffnungsstellung und der Schlußstellung des Ven­ tils entsprechen.

Aus der DE-C-29 18 100 ist ein Verfahren zum Justieren fein­ werktechnischer Teile bekannt, bei welchem durch lokales Auf­ schmelzen ein definierter Verzug erzeugt wird. Auf diese Wei­ se können beispielsweise Kontaktfedern mit einem Laserstrahl punktweise lokal aufgeschmolzen werden, bis eine gewünschte Ausbiegung der Feder erreicht ist. Durch das lokale Auf­ schmelzen und anschließende Abkühlen erfolgt die Ausbiegung der justierten Kontaktfeder immer in Richtung des Laser­ strahls.

Ein ähnliches Verfahren zum Biegen eines Gegenstands durch lokales Erhitzen längs einer geraden Linie und anschließendes Abkühlen ist aus der EP-B 0 317 830 bekannt. Das lokale Er­ hitzen des Gegenstands wird hierbei mit einem fokussierten Laserstrahl oder mit einem konzentrierten, hochenergetischen Elektronenstrahl durchgeführt.

Der angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, bei Dosierventilen, insbesondere bei Kraftstoff-Einspritzventilen, eine einfach durchzuführende und möglichst präzise Justierung des Hubs der Ventilnadel zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die räumli­ che Zuordnung von Ventilnadel, Ventilsitz und Anschlag im zu­ sammengebauten Zustand eines Dosierventils über die axiale Länge des Ventilgehäuses im Bereich zwischen Ventilsitz und Anschlag beeinflußt werden kann. Der Hub der Ventilnadel wird dabei zunächst mit Übermaß vorgegeben, so daß die Feinein­ stellung des Hubs der Ventilnadel durch eine gezielte Schrumpfung des Ventilgehäuses in axialer Richtung vorgenom­ men werden kann. Das Schrumpfen des Ventilgehäuses wird nach dem aus der DE-C-29 18 100 oder der EP-B-0 317 830 bekannten Prinzip durchgeführt, wobei das lokale Erhitzen hier jedoch so über den Umfang des Ventilgehäuses verteilt vorgenommen wird, daß sich kein Verbiegen, sondern ein rein axiales Schrumpfen ergibt.

Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 angegeben.

Bei der Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 wird die Schrumpfung des Ventilgehäuses durch lokales Aufschmelzen und anschlie­ ßendes Abkühlen bewirkt. Das lokale Erwärmen mit Aufschmelz­ zonen ist für eine genau definierte Schrumpfung der axialen Länge des Ventilgehäuses besonders gut geeignet.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 3 ermöglicht eine symmetri­ sche Anbringung von lokalen Schmelzzonen durch das gezielte Setzen von Schweißpunkten oder durch das gezielte Legen von Schweißnähten. Für die Erzeugung der Schweißpunkte und/oder Schweißnähte sind dabei gemäß Anspruch 4 Energiestrahlen be­ sonders gut geeignet. Gemäß Anspruch 5 erfolgt die Erzeugung der Schweißpunkte und/oder Schweißnähte vorzugsweise durch Laserstrahlen, da das Laserstrahlschweißen gegenüber dem Elektronenstrahlschweißen mit einem wesentlich geringeren Aufwand durchgeführt werden kann.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 6 ermöglicht das gleichzeiti­ ge Setzen von drei Schweißpunkten oder das gleichzeitige Le­ gen von drei Schweißnähten. Durch diese gleichzeitige und symmetrische Anbringung von Schweißpunkten und/oder Schweiß­ nähten werden radiale Schrumpfkräfte kompensiert, so daß ein Schrumpfen in rein axialer Richtung des Ventilgehäuses mit Sicherheit gewährleistet ist.

Gemäß Anspruch 7 kann das lokale Erhitzen des Ventilgehäuses aber auch durch mehrere in gleichmäßiger Teilung um das Ven­ tilgehäuse angeordnete Diodenlaser vorgenommen werden. In diesem Falle kann die Kompensation radialer Schrumpfkräfte und die für eine reine axiale Schrumpfung des Ventilgehäuses erwünschte Symmetrie durch eine entsprechende Ansteuerung der einzelnen Diodenlaser sichergestellt werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den unteren Bereich eines Kraftstoff-Einspritzventils,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Ventilgehäuse des in Fig. 1 dargestellten Kraftstoff-Einspritzventils mit drei um das Gehäuse herum angeordneten Lasern und

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Ventilgehäuse des in Fig. 1 dargestellten Kraftstoff-Einspritzventils mit zwölf um das Gehäuse angeordneten Diodenlasern.

Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter schematischer Darstel­ lung einen Längsschnitt durch den unteren Bereich eines Kraftstoff-Einspritzventils. Es ist ein mit VG bezeichnetes, im wesentlichen rohrförmig ausgebildetes Ventilgehäuse zu er­ kennen, in welchem ein in axialer Richtung AX verschiebbarer Nadelhalter NH und eine in diesen Nadelhalter NH fest einge­ setzte Ventilnadel VN angeordnet sind. Das untere freie Ende der Ventilnadel VN wird über eine in der vereinfachten Zeich­ nung nicht dargestellte Feder in einen Ventilsitz VS gedrückt. Dieser Ventilsitz VS ist in den unteren Endbereich des Ven­ tilgehäuses VG eingesetzt und dort über eine Haltescheibe HS und den gekrimpten unteren Rand KR des Ventilgehäuses VG fi­ xiert. Auf das dem Ventilsitz VS gegenüberliegende Ende des Ventilgehäuses VG ist eine Ventilring R aufgesetzt, der über einen Zwischenring ZR mit einem sich in axialer Richtung X nach oben erstreckenden Ventilrohr VR durch Schweißen fest verbunden ist. Die untere Stirnfläche dieses Ventilrohres VR bildet einen mit A bezeichneten Anschlag für die Bewegung des Nadelhalters NH in axialer Richtung. Bei dem in Fig. 1 dar­ gestellten geschlossenen Zustand des Kraftstoff- Einspritzventils mit der in den Ventilsitz VS gedrückten Ven­ tilnadel VN bestimmt der Abstand zwischen dem Anschlag A und der oberen Stirnfläche des Nadelhalters NH also den mit H be­ zeichneten Hub der Ventilnadel VN.

Die Kraftstoffmenge, die von dem Kraftstoff-Einspritzventil in den Verbrennungsraum eingespritzt wird, hängt in großem Maße von dem Hub H der Ventilnadel VN ab. Deshalb muß dieser Hub H so präzise wie möglich eingestellt werden. Für eine derartige präzise Einstellung bzw. Justierung des Ventilhubs H sind folgende Maßnahmen vorgesehen:

• - bei der Montage des Kraftstoff-Einspritzventils werden die einzelnen Teile so vorgefügt, daß sich für den Hub H der Ven­ tilnadel VN ein Übermaß ergibt, das beispielsweise 10 µm bis 20 µm vor dem Sollwert des Hubs H liegt;
• - der Hub H wird beispielsweise mit Hilfe eines durch einen Pfeil MF angedeuteten Meßfühler gemessen;
• - die Feineinstellung des Hubs H der Ventilnadel VN, d. h. die mikrometergenaue Einstellung des Sollwerts wird durch geziel­ te Schrumpfung der axialen Länge des Ventilgehäuses VG im Be­ reich zwischen Ventilsitz VS und Anschlag A vorgenommen.

In dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbei­ spiel werden für die gezielte Schrumpfung der axialen Länge des Ventilgehäuses VG drei in einer gleichmäßigen Winkeltei­ lung von 120° um das Ventilgehäuse VG angeordnete Laser- Schweißeinrichtungen LSE eingesetzt, deren mit LS bezeichnete Laserstrahlen gleichzeitig drei Schweißpunkte SP setzen oder gleichzeitig drei Schweißnähte SN legen. Die Schweißnähte SN entstehen durch eine Drehung des Ventilgehäuses VG um seine Längsachse, d. h. bei einer Drehung des Ventilgehäuses VG um 120° kann auch eine einzige in Umfangsrichtung verlaufende Schweißnaht SN entstehen.

Beim Setzen von Schweißpunkten werden immer drei Schweißpunk­ te SP gleichzeitig gesetzt, worauf das Ventilgehäuse VG um seine Längsachse gedreht und die nächsten drei Schweißpunkte SP gesetzt werden. Auf diese Weise können eine Vielzahl von Schweißpunkten SP in gleichmäßiger Umfangsteilung an das Ven­ tilgehäuse VG angebracht werden.

Beim Setzen der Schweißpunkte SP und/oder beim Legen der Schweißnähte SN wird das aus Stahl bestehende Ventilgehäuse VG durch die Laserstrahlen LS auf Temperaturen von beispiels­ weise 1400°C bis 1500°C erwärmt und dadurch lokal aufge­ schmolzen. Beim anschließenden Abkühlen ergibt sich eine Schrumpfung des Ventilgehäuses VG in axialer Richtung AX. Durch das gleichzeitige Setzen von drei Schweißpunkten SP oder drei Schweißnähten SN werden in radialer Richtung wir­ kende Schrumpfkräfte kompensiert.

Die Anzahl der für die Justierung des Hubs H der Ventilnadel VN benötigten Schweißpunkte SP und/oder Schweißnähte SN hängt von dem tatsächlich gemessenen Übermaß des Hubs H ab. Außer­ dem kann die Justierung auch durch die Wandstärke des Ventil­ rohres VR und durch die Tiefe der Aufschmelzungen in radialer Richtung beeinflußt werden. Sollte die Justierung durch in einer Reihe in Umfangsrichtung angebrachte Schweißpunkte SP oder Schweißnähte SN noch nicht ausreichen, so können weitere Schweißpunkte SP oder Schweißnähte SN in einer weiteren Reihe ggf. in mehreren weiteren Reihen angebracht werden. Inzwi­ schen können natürlich Kontrollmessungen des tatsächlichen Hubs H mit Hilfe des Meßfühlers MF vorgenommen werden. Es ist auch möglich zur Justierung des Hubs H zunächst eine in Um­ fangsrichtung verlaufende Schweißnaht SN zu legen und dann in einer anderen Höhenlage des Ventilrohres VR die restliche Feinstustierung durch das Setzen weniger zusätzlicher Schweißpunkte SP zu vollenden.

Fig. 3 zeigt eine weitere Möglichkeit für die Justierung des Hubs H der Ventilnadel VN durch gezielte Schrumpfung der axialen Länge des Ventilgehäuses VG im Bereich zwischen dem Ventilsitz VS und dem Anschlag A. Das lokale Erhitzen erfolgt hier durch insgesamt 12 in gleichmäßiger Teilung das Ventil­ gehäuse VG angeordnete Diodenlaser DL. Die wieder mit LS be­ zeichneten Laserstrahlen sind dabei in radialer Richtung auf das Ventilgehäuse VG gerichtet. Die einzelnen Diodenlaser DL werdem derart angesteuert, daß nur einzelne in Umfangsrich­ tung begrenzte Segmente des Ventilgehäuses VG aufgeschmolzen werden. So können beispielsweise jeweils drei um 120° ver­ setzte Diodenlaser DL angesteuert werden und dieser Vorgang zeitlich versetzt mit jeweils drei anderen Dreiergruppen der Diodenlaser DL wiederholt werden. Es ist aber auch denkbar, alle Diodenlaser DL gleichzeitig einzuschalten und das Ven­ tilgehäuse VG nur auf eine dicht unterhalb des Schmelzpunktes liegende Temperatur zu erhitzen.

Der Vorteil der vorstehend anhand der Fig. 1 bis 3 erläu­ terten Vorgehensweise liegt insbesondere darin, daß der Ven­ tilnadelhub der Kraftstoff-Einspritzventile im fertig mon­ tierten Zustand justiert werden kann. Dadurch kann eine sehr hohe Genauigkeit der Justierung erzielt werden. Außerdem fällt die Arbeit nur für ordnungsgemäße Teile an.

Claims (9)

1. Verfahren zur Justierung des Ventilnadelhubs bei Dosier­ ventilen, insbesondere bei Kraftstoff-Einspritzventilen, bei welchen der Hub (H) der Ventilnadel (VN) durch einen im Ven­ tilgehäuse (VG) angeordneten Ventilsitz (VS) und einen mit dem Ventilgehäuse (VG) verbundenen Anschlag (A) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub (H) der Ventilnadel (VN) zunächst mit Übermaß vorgegeben wird und daß dann die Feineinstellung des Hubs (H) der Ventilnadel (VN) durch gezielte Schrumpfung der axialen Länge des Ventilgehäuses (VG) im Bereich zwischen Ventilsitz (VS) und Anschlag (A) vorgenommen wird, wobei die Schrumpfung durch lokales Erhitzen und anschließendes Abkühlen des Ven­ tilgehäuses (VG) bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrumpfung durch lokales Aufschmelzen und anschlie­ ßendes Abkühlen des Ventilgehäuses (VG) bewirkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum lokalen Aufschmelzen am Umfang des Ventilgehäuses (VG) gezielt Schweißpunkte (SP) gesetzt und/oder Schweißnähte (SN) gelegt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißpunkte (SP) und/oder Schweißnähte (SN) mit Hilfe von Energiestrahlen erzeugt werden.

5. Verfahren nach Anspuch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißpunkte (SP) und/oder Schweißnähte (SN) mit Hilfe von Laserstrahlen (LS) erzeugt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe von drei, in einer gleichmäßigen Winkelteilung von 120° ausgerichteten Energiestrahlen am Umfang des Ventil­ gehäuses (VG) gleichzeitig drei Schweißpunkte (SP) gesetzt oder gleichzeitig drei Schweißnähte (SN) gelegt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das lokale Erhitzen des Ventilgehäuses (VG) durch mehrere in gleichmäßiger Teilung um das Ventilgehäuse (VG) angeordne­ te Diodenlaser (DL) vorgenommen wird.

8. Dosierventil, insbesondere Kraftstoff-Einspritzventil, bei welchem der Hub (H) der Ventilnadel (VN) durch einen im Ven­ tilgehäuse (VG) angeordneten Ventilsitz (VS) und einen mit dem Ventilgehäuse (VG) verbundenen Anschlag (A) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub (H) der Ventilnadel (VN) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 justiert ist.

9. Dosierventil, insbesondere Kraftstoff-Einspritzventil, bei welchem der Hub (H) der Ventilnadel (VN) durch einen im Ven­ tilgehäuse (VG) angeordneten Ventilsitz (VS) und einen mit dem Ventilgehäuse (VG) verbundenen Anschlag (A) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feineinstellung des Hubs (H) der Ventilnadel (VN) am Umfang des Ventilgehäuses (VG) im Bereich zwischen Ventilsitz (VS) und Anschlag (A) mehrere Schweißpunkte (SP) gesetzt sind und/oder mindestens eine Schweißnaht (SN) gelegt ist.