DE69712638T2

DE69712638T2 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE69712638T2
Application number: DE69712638T
Authority: DE
Inventors: Lisa Egizi
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2017-11-01
Also published as: KR20000053129A; EP0948715B1; WO1998020251A1; DE69712638D1; US5860601A; EP0948715A1; JP2001503496A; BR9712918A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft Kraftstoffeinspritzventile für Brennkraftmaschinen. Die Kraftstoffeinspritzung ist heutzutage die bevorzugte Form zum Zuführen von Kraftstoffladung in die Zylinder von Brennkraftmaschinen, wie sie in Kraftfahrzeugen und Lastwagen verwendet werden.
Kraftstoffeinspritzventile umfassen typischerweise ein dünnes, längliches Ventilelement, üblicherweise als "Ventilnadel" bezeichnet, das eine teilweise sphärische Spitze hat, wobei die Spitze an einem konischen Ventilsitz anliegt, wenn das Einspritzventil geschlossen ist, um die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine aus dem Einspritzventil zu verhindern, bis das Einspritzventil geöffnet wird. Bei Erregung einer Elektromagnet-Stellvorrichtung des Einspritzventils wird die Ventilnadel vom Ventilsitz abgehoben, wenn Kraftstoff eingespritzt werden soll, so dass unter Druck stehender Kraftstoff durch eine ausgerichtete Öffnung im Ventilsitz und durch eine Öffnung in einer Scheibe unterhalb des Ventilsitzes abgegeben wird. Die Öffnung beeinflusst die Form des Strahlmusters, wenn der unter Druck stehende Kraftstoff von der Spitze des Einspritzventils aus abgegeben wird.
Die Form und die Oberflächengüte der Nadelspitze sind für eine einwandfreie Funktionsweise des Einspritzventils kritisch, in erster Linie deshalb, weil die Spitze in äußerst zuverlässiger Weise für eine Dichtungsanlage an dem Ventilsitz sorgen muss, wann immer der Elektromagnet entregt wird.
Das Spitzenende wird zunächst in eine teilweise sphärische Form geschliffen. Ein "Superfinierungs"-Vorgang wird dann durchgeführt, um eine einwandfreie Abdichtung jeder Spitze des Kraftstoffeinspritzventils an seinem Ventilsitz in zuverlässiger Weise zu erzielen. Die Superfinierung wird unter Verwendung eines feinen Schleifsteines und einer entsprechenden Lagerung der Ventilnadel durchgeführt, um eine Oberflächengüte im Bereich von weniger als 1 um zu erzielen.
Gängige Mehrventil-Brennkraftmaschinen verwenden Einspritzventile, die die Kraftstoffabgabe in zwei getrennte Strahlmuster unterteilen, wobei jedes auf ein entsprechendes Einlassventil gerichtet ist, das einem bestimmten Zylinder zugeordnet ist. Dieses Doppelstrahimuster wird durch eine Düsenscheibe mit zwei Düsenöfthungen und durch eine Modifikation der teilweise sphärischen Nadelspitze erreicht, die von einem konischen strahlformenden Funktionsmerkmal gebildet wird, das sich von der Mitte der Spitze weg erstreckt. Andere Strahlmuster beeinflussende Funktionsmerkmale sind ebenfalls möglich.
Das strahlformende Merkmal war schwierig herzustellen, während der an dem konischen Ventilsitz anliegende ringförmige Bereich der sphärischen Nadelspitze geformt und superfmiert wurde.
Die US-A-4 266 729 betrifft ein Einspritzventil mit einer Düsennadel, deren Spitze aus einem korrosionsresistenten Material gebildet wird, um das Entstehen von Verengungen im Ventil zu vermeiden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffeinspritzventils mit einer Kraftstoffeinspritzventilnadel, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Fertigen einer teilweise sphärischen Oberfläche auf einer Spitze an einem Ende der Ventilnadel; Fertigen einer axialen Bohrung in der Spitze, · um einen ringförmigen Bereich auf der teilweise sphärischen Oberfläche zu belassen; Superfinieren des ringförmigen Bereichs nach Formen der axialen Bohrung; getrenntes Fertigen eines Zapfenelementes mit einem strahlmusterformenden Funktionsmerkmal an einem Ende und einem Schaft an dem anderen Ende, das in die Bohrung einpassbar ist; Einpassen des Schaftes des Zapfenelementes in die axiale Bohrung und dauerhaftes Sichern des Schaftes darin, wobei das Funktionsmerkmal aus dem ringförmigen Bereich auf der Oberfläche der Spitze vorsteht; und Vorsehen eines Düsenscheibenmittels stromab des strahlmusterformenden Funktionsmerkmals.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird das Nadelspitzenende des Kraftstoffeinspritzventils zuerst in eine teilweise sphärische Form geschliffen.
Die Nadelspitze hat eine axiale Bohrung, die in die Mitte der teilweise sphärischen Oberfläche eingearbeitet wird, um einen ringförmigen, teilweise sphärischen Bereich um die Bohrung herum zu belassen, wobei dieser Bereich eine solche Form hat, dass er an dem Ventilsitz dichtend anliegt. Der ringförmige Bereich wird anschließend superfmiert, um eine einwandfreie Dichtungsanlage an dem Ventilsitz sicherzustellen.
Es wird ein getrenntes Zapfenelement getrennt hergestellt, das an einem Ende mit dem erwünschten strahlmusterformenden Funktionsmerkmal versehen ist.
Das Zapfenelement wird in die axiale Bohrung eingesetzt und darin dauerhaft gesichert, wobei das eine Ende aus der Mitte der Spitze von innerhalb des ringförmigen Bereiches aus vorsteht, wobei Düsenscheibenmittel stromab des erwünschten strahlmusterformenden Funktionsmerkmals vorgesehen sind.
Dieses Herstellungsverfahren ermöglicht eine sehr präzise Herstellung und einwandfreie Oberflächenbearbeitung der am Ventilsitz anliegenden kritischen Oberfläche, während gleichzeitig das aus der Mitte der Nadelspitze vorstehende Strahlmuster- Funktionsmerkmal gebildet wird.
Die vorliegende Erfindung schafft ferne ein Kraftstoffeinspritzventil mit: einer Kraftstoffeinspritzventilnadel zum Steuern des Kraftstoffstroms durch einen Ventilsitz mit einer konischen Sitzfläche zwecks Dichtungsanlage einer Spitze an einem Ende der Ventilnadel, wobei die Ventilnadel aufweist: eine superfinierte ringförmige, teilweise sphärische Oberfläche, die an der Spitze der Ventilnadel gebildet ist; eine axiale. Bohrung, die sich in die Spitze innerhalb der ringförmigen, teilweise sphärischen Oberfläche erstreckt; ein getrenntes Zapfenelement mit einem Schaftende, das in der Bohrung gesichert ist, und einer Spitze, die aus der Bohrung vorsteht, um als strahlmusterformendes Funktionsmerkmal zu wirken, wobei das Einspritzventil ferner aufweist: Düsenscheibenmittel, die stromab des strahlmusterformenden Funktionsmerkmals angeordnet sind.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine vergrößerte, teilweise geschnittene Ansicht des Endabschnitts eines Kraftstoffeinspritzventils, das mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, wobei die Einzelheiten einer Nadelspitze des Kraftstoffeinspritzventils und der zugehörige Ventilsitz sowie die Düsenscheibe gezeigt werden.
Fig. 2A ist eine fragmentarische Seitenansicht einer Nadelspitze des Kraftstoffeinspritzventils, und zwar dargestellt, nachdem die Nadelspitze mit einer teilweise sphärischen Form versehen wurde.
Fig. 2B ist eine fragmentarische, teilweise geschnittene Ansicht einer Kraftstoffeinspritzventilnadel, bei der eine axiale Bohrung in die teilweise sphärische Nadelspitze eingearbeitet wurde.
Fig. 2C ist eine fragmentarische Ansicht der Kraftstoffeinspritzventilnadel mit einer darin eingearbeiteten axialen Bohrung, wie in Fig. 2B gezeigt, zusammen mit einem getrennt hergestellten Zapfenelement, das an einem Ende die Form eines strahlmusterformenden Funktionsmerkmals hat.
Fig. 2D ist eine fragmentarische Ansicht der Kraftstoffeinspritzventilnadel mit dem Zapfenelement, das in die axiale Bohrung der Kraftstoffeinspritzventilnadel eingesetzt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

In der folgenden detaillierten Beschreibung werden bestimmt Begriffe der Klarheit wegen verwendet, und es wird ein spezielles Ausführungsbeispiel beschrieben; es versteht sich jedoch, dass dies nicht beschränkend gemeint ist, da die Erfindung viele Ausführungsformen und Abwandlungen innerhalb des Rahmens der beigefügten Ansprüche umfassen kann.
In Fig. 1 ist ein Nadelspitzen-Endabschnitt eines Kraftstoffeinspritzventils 10 gezeigt. Ein vollständiges Kraftstoffeinspritzventil der Bauart, bei dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, ist in dem US Patent Nr. 5,494,225 gezeigt, das für den Inhaber der vorliegenden Anmeldung am 27. Febr. 1996 unter dem Titel "Shell Component to Protect Injector From Corrosion" erteilt wurde.
Das Einspritzventil 10 umfasst ein allgemein rohrförmiges Ventilgehäuse 12 mit einem inneren Kraftstoffkanal 14, der Kraftstoff unter Druck von einer Kraftstoffverteilerschiene (nicht gezeigt) erhält, in die das Einspritzventil 10 eingebaut ist. Ein Ventilsitzteil 16 wird in dem Ventilgehäuse 12 durch eine Bördelung 18 am Nadelspitzenende des Ventilgehäuses 12 gehalten.
Ein Filtersieb 20, eine Ventilführung 22, ein Ventilsitz 16, eine Düsenscheibe 24 und eine Beilagscheibe 26 sind stapelartig zusammengefügt und werden an eine Schulter 28, die im Kraftstoffkanal 14 des Ventilgehäuses 12 gebildet ist, durch eine Umbördelung 18 gehalten. Eine O-Ringdichtung 19 dichtet den Außendurchmesser des Ventilsitzes 16 gegenüber der Innenseite des Ventilgehäuses 12 ab.
Eine längliche Kraftstoffeinspritzventilnadel 30 läuft in Längsrichtung durch den Kraftstoffkanal 14 und hat eine Nadelspitze 32, die durch Federkraft in Anlage mit einem konischen Ventilsitz 44 gedrückt wird, welcher in dem Ventilsitzteil 16 gebildet ist, wie gezeigt.
Das obere Ende 36 der Ventilnadel 30 ist in einen Anker 36 eingebördelt, der sich nach oben bewegt, wenn ein Betätigungsmagnet erregt wird, wodurch der Federdruck überwunden und die Nadelspitze 32 abgehoben wird. Dies ermöglicht die Abgabe von unter Druck stehendem Kraftstoff durch eine Ventilsitzbohrung 40 und durch eine oder mehrere Düsenöffnungen 42 in der Düsenscheibe 24.
Andere Einzelheiten des Einspritzventils 10 werden insoweit nicht beschrieben, als derartige Einspritzventile bekannt sind und in dem oben erwähnten US Patent Nr. 5,494,225 beschrieben werden.
Die Nadelspitzenoberfläche 32 ist teilweise sphärisch ausgebildet, und ein ringförmiger Bereich derselben bildet einen Dichtungskontakt mit dem konischen Ventilsitz 34. Die Form und Oberflächengüte der Oberfläche 32 ist bekanntlich kritisch, um sicherzustellen, dass bei Anlage der Ventilspitze keine Kraftstoffleckage eintritt.
Ein Kraftstoffstrahl formendes konisches Funktionsmerkmal 44 steht von innerhalb der ringförmigen Nadelspitzenoberfläche 32 axial vor, um eine solche Lage einzunehmen, um das Strahlmuster zu beeinflussen, das von dem Kraftstoff gebildet wird, der an der Nadelspitzenoberfläche 32 vorbei durch die Bohrung 40 und die Düsenöffnung 42 abgegeben wird.
Das strahlformende Funktionsmerkmal 44 wird durch ein getrenntes Zapfenelement 46 gebildet, das mit der Ventilnadel 30 verbunden wird, indem es in eine axiale Bohrung 48 in der Nadelspitze festgelegt wird.
Es wird nun auf die Fig. 2A - 2D Bezug genommen. Der Spitze der Ventilnadel 30 wird zunächst eine teilweise sphärische Form verliehen. Anschließend wird die axiale Bohrung 48 in die Nadelspitze eingearbeitet, wobei eine ringförmige, teilweise sphärische Oberfläche 32 belassen wird, die an der konischen Sitzfläche 34 anliegt.
Dieser ringförmige Bereich wird anschließend durch bekannte Techniken oberflächenbearbeitet, um ihr eine Oberflächengüte im Bereich von weniger als 1 um zu verleihen. Solche Techniken umfassen eine entsprechende Lagerung der Ventilnadel 30, während sie mit einem Feinschleifstein geschliffen wird. Diese "Superfinierung" sollte nach der Herstellung der axialen Bohrung 48 durchgeführt werden, so dass eine Verformung der Oberfläche 32, wie sie durch die Herstellung der Bohrung 48 hervorgerufen werden könnte, vermieden wird.
Das Zapfenelement 46 wird getrennt hergestellt, und zwar mit einem konischen Funktionsmerkmal 4·4 an einem Ende, das eine Form des strahlmusterbildenden Funktionsmerkmals ausmacht, wie in Fig. 2C dargestellt.
Schließlich wird der Schaft des Zapfenelementes 46 in die Nadelbohrung 48 eingepasst und dauerhaft darin gesichert, beispielweise durch Laserschweißen. Das konische strahlmusterformende Funktionsmerkmal 44 steht von innerhalb der ringförmigen Oberfläche 32 aus axial vor, damit ausströmender Kraftstoff darauf auftrifft. Das strahlformende Funktionsmerkmal 44 kann eine Vielzahl von Formen annehmen, die ein spezielles erwünschtes Strahlmuster erzeugen, ohne das Verfahren zum Formen und Superfinieren der Nadelspitze zu stören.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffeinspritzventills mit einer Kraftstoffeinspritzventilnadel (10), welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Fertigen einer teilweise sphärischen Oberfläche auf einer Spitze (32) an einem Ende der Ventilnadel (10);

Fertigen einer axialen Bohrung (48) in der Spitze (32), um einen ringförmigen Bereich auf der teilweise sphärischen Oberfläche zu belassen;

Superfinieren des ringförmigen Bereichs nach Formen der axialen Bohrung (48);

getrenntes Fertigen eines Zapfenelementes (46) mit einem strahlmusterformenden Funktionsmerkmal (44) an einem Ende und einem Schaft an dem anderen Ende, das in die Bohrung (48) einpassbar ist;

Einpassen des Schaftes des Zapfenelementes (46) in die axiale Bohrung (48) und dauerhaftes Sichern des Schaftes darin, wobei das Funktionsmerkmal (44) aus dem ringförmigen Bereich auf der Oberfläche der Spitze vorsteht; und

Vorsehen eines Düsenscheibenmittels (24) stromab des strahlmusterformenden Funktionsmerkmals (44).

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das strahlrnusterformende Funktionsmerkmal (44) eine konische Fläche an einem Ende des Zapfenelementes (46) aufweist.

3. Kraftstoffeinspritzventil mit:

einer Kraftstoffeinspritzventilnadel (10) zum Steuern des Kraftstoffstroms durch einen Ventilsitz mit einer konischen Sitzfläche (40) zwecks Dichtungsanlage einer Spitze (32) an einem Ende der Ventilnadel (10), wobei die Ventilnadel (10) aufweist:

eine superfinierte ringförmige, teilweise sphärische Oberfläche, die an der Spitze (32) der Ventilnadel gebildet ist;

eine axiale Bohrung (48), die sich in die Spitze (32) innerhalb der ringförmigen, teilweise sphärischen Oberfläche erstreckt;

ein getrenntes Zapfenelement (46) mit einem Schaftende, das in der Bohrung (48) gesichert ist, und einer Spitze; die aus der Bohrung vorsteht, um als strahlmusterformendes Funktionsmerkmal (44) zu wirken, wobei das Einspritzventil ferner aufweist:

Düsenscheibenmittel (24), die stromab des strahlmusterformenden Funktionsmerkmals (44) angeordnet sind.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, bei dem die Spitze des Zapfenelementes (46) eine konische Form hat.