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Dokumentenidentifikation DE3723698C2 27.04.1995
Titel Kraftstoffeinspritzventil sowie Verfahren zu dessen Einstellung
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Messingschlager, Anton, 8616 Staffelbach, DE
DE-Anmeldedatum 17.07.1987
DE-Aktenzeichen 3723698
Offenlegungstag 26.01.1989
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.04.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.1995
IPC-Hauptklasse F02M 51/08
IPC-Nebenklasse F02M 61/18   F02M 65/00   B23P 15/16   

Beschreibung[de]

Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzventil sowie einem Verfahren zu dessen Einstellung nach der Gattung der Ansprüche 1 und 5. Es ist bereits ein Kraftstoffeinspritzventil vorgeschlagen worden (nicht veröffentlichte DE-OS 37 10 467), bei dem der Kraftstoff stromab eines Dichtsitzes auf ein dünnes Plättchen ("director plate") gelenkt wird, welches mit mehreren gerichteten Abspritzöffnungen eines bestimmten Längen-/Durchmesserverhältnisses versehen ist. Stromab dieses die Kraftstoffmengenzumessung vornehmenden Plättchens kann sich noch eine Abspritzöffnung befinden. Zur Befestigung des Plättchens wird eine die Abspritzöffnung aufnehmende Aufbereitungshülse unter Zwischenlage des Plättchens gegen einen Düsenkörper des Kraftstoffeinspritzventiles verspannt. Die Herstellung eines solchen Kraftstoffeinspritzventiles erfordert einen hohen Aufwand in der Fertigung und der individuellen Einstellung, da für eine einwandfreie Funktion die charakteristischen Abmessungen von Düsenkörper und Plättchen genau aufeinander abgestimmt sein müssen. Insbesondere Exzentrizitäten zwischen diesen beiden Bauteilen wirken sich negativ auf das erzeugbare Abspritzbild aus. Außerdem gestaltet sich der vom Durchmesser und der Länge der Abspritzöffnungen abhängende, bei jedem Kraftstoffeinspritzventil einzeln vorzunehmende Kraftstoffmengenabgleich schwierig, da das Plättchen aufgrund seiner geringen Abmessungen nur schwer handhabbar ist.

Bekannt ist durch die US-PS 4,646,974 ein Kraftstoffeinspritzventil, an dessen Düsenkörperstirnfläche ein dünnes Plättchen mit mehreren Abspritzöffnungen angeordnet ist und mittels einer als Schraube ausgebildeten Strahldüse gehalten wird. Eine Führung des Ventilschließteiles im Düsenkörper erfolgt nicht.

Durch die DE-AS 20 19 716 und die DE-OS 26 44 135 sind weiterhin Kraftstoffeinspritzventile bekannt, deren Düsenkörper einen Boden mit einer Abspritzöffnung haben und bei denen das Ventilschließteil nicht im Düsenkörper geführt wird.

Weiterhin ist durch die DE-OS 22 54 660 ein hydraulisches Schleifverfahren bekannt, durch das Grate von Löchern beseitigt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffeinspritzventil derart weiterzubilden, daß die Herstellbarkeit vereinfacht wird und Exzentrizitäten zwischen Bauteilen vermieden werden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 bzw. 5 gelöst.

Die Anwendung des Verfahrens zur Einstellung des Kraftstoffeinspritzventils entsprechend Anspruch 5 bietet den Vorteil, daß das Hydroschleifen der Abspritzöffnungen eine hochgenaue Einstellung der statischen Einspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils mit relativ geringem Aufwand bei gleichzeitiger Entgratung ermöglicht.

Durch die in den Unteransprüchen 2 bis 4 aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angeführten Kraftstoffeinspritzventiles möglich. Von Vorteil ist insbesondere die Verwendung einer vor dem Kraftstoffeinspritzventil befestigbaren Hülse, welche zugleich dem mechanischen Schutz des Kraftstoffeinspritzventiles und der Formung des abgespritzten Kraftstoffstrahles dient. Anders als bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil wird die Hülse nicht zur Befestigung des Plättchens herangezogen, so daß eine aufwendige Bearbeitung der jeweiligen Paßflächen entfällt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil, Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab. Die Fig. 3 und 4 zeigen schematisch ein Verfahren zur Einstellung der statischen Durchflußmenge eines Kraftstoffeinspritzventiles.

Das in der Zeichnung beispielsweise dargestellte Kraftstoffeinspritzventil für eine Kraftstoffeinspritzanlage einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine hat ein Ventilgehäuse 1 aus ferromagnetischem Material, in dem auf einem Spulenträger 2 eine Magnetspule 3 angeordnet ist. Die Magnetspule 3 hat eine Stromzuführung über einen Steckanschluß 4, der in einem das Ventilgehäuse 1 teilweise umgreifenden Kunststoffring 5 eingebettet ist.

Der Spulenträger 2 der Magnetspule 3 sitzt in einem Spulenraum 6 des Ventilgehäuses 1 auf einem den Kraftstoff, beispielsweise Benzin, zuführenden Anschlußstutzen 7, der teilweise in das Ventilgehäuse 1 ragt. Das Ventilgehäuse 1 umschließt dem Kraftstoffstutzen 7 abgewandt teilweise einen Düsenkörper 9.

Zwischen einer Stirnfläche 11 des Anschlußstutzens 7 und einer zum genauen Einstellen des Ventils eine bestimmte Dicke aufweisenden Anschlagplatte 12, die auf eine Innenschulter 13 des Ventilgehäuses 1 aufgesetzt ist, befindet sich ein zylindrischer Anker 14. Der Anker 14 besteht aus einem nicht korrosionsanfälligen, magnetischen Material und befindet sich mit geringem radialen Abstand zu einem magnetisch leitfähigen Absatz des Ventilgehäuses 1, auf diese Weise zwischen Anker 14 und Absatz einen ringförmigen Magnetspalt bildend, koaxial im Ventilgehäuse 1. Von seinen beiden Stirnflächen aus ist der zylindrische Anker 14 mit einer ersten 15 und einer zweiten 16 koaxialen Sackbohrung versehen, wobei die zweite Sackbohrung 16 sich zum Düsenkörper 9 hin öffnet. Erste 15 und zweite 16 Sackbohrung sind miteinander durch eine koaxiale Öffnung 17 verbunden. Der Durchmesser der Öffnung 17 ist kleiner als der Durchmesser der zweiten Sackbohrung 16. Der dem Düsenkörper 9 zugewandte Endabschnitt des Ankers 14 ist als Verformungsbereich 18 ausgeführt. Dieser Verformungsbereich 18 hat die Aufgabe, durch Umgreifen eines die zweite Sackbohrung 16 ausfüllenden Haltekörpers 26, welcher Bestandteil eines als Ventilnadel 27 ausgebildeten Ventilschließteils ist, den Anker 14 mit der Ventilnadel 27 formschlüssig zu verbinden. Das Umgreifen des Haltekörpers 26 durch den Verformungsbereich 18 des Ankers 14 wird durch Einpressen von Material des Verformungsbereichs 18 in am Haltekörper 26 befindliche Rillen 29 erreicht.

Am Boden der ersten koaxialen Sackbohrung 15 liegt eine Druckfeder 30 mit ihrem einen Ende an, welche andererseits an einem im Anschlußstutzen 7 durch Verschrauben oder Verstemmen befestigten Rohreinsatz 31 anliegt und welche bestrebt ist, Anker 14 und Ventilnadel 27 mit einer vom Anschlußstutzen 7 abgewandten Kraft zu beaufschlagen.

Die Ventilnadel 27 durchdringt mit radialem Abstand eine Durchgangsbohrung 34 in der Anschlagplatte 12 und wird in einer Führungsbohrung 35 des Düsenkörpers 9 geführt. In der Anschlagplatte 12 ist eine von der Durchgangsbohrung 34 zum Umfang der Anschlagplatte 12 führende Aussparung 37 vorgesehen, deren Lichte Weite größer ist als der Durchmesser der Ventilnadel 27 in ihrem von der Anschlagplatte 12 umgebenen Bereich.

Die Ventilnadel 27 hat zwei Führungsabschnitte 39 und 40, die der Ventilnadel 27 in der Führungsbohrung 35 Führung geben sowie einen Axialdurchgang für den Kraftstoff freilassen und die beispielsweise als Vierkante oder Fünfkante ausgebildet sind.

An den stromabwärts liegenden zweiten Führungsabschnitt 40 schließt sich ein zylindrischer Abschnitt 43 geringeren Durchmessers an. Der zylindrische Abschnitt 43 wiederum geht über einen Dichtsitz 44 in einen kegeligen Abschnitt 45 über, welcher in einem koaxialen, bevorzugt zylindrischen Zapfen 46 ausläuft.

In der einen Ausschnitt aus Fig. 1 darstellenden Fig. 2 ist zu erkennen, daß der Übergang zwischen dem zylindrischen Abschnitt 43 und dem kegeligen Abschnitt 45 gerundet ist - etwa in Form eines Radius - und den Dichtsitz 44 bildet, welcher im Zusammenwirken mit einer am Düsenkörper 9 eingearbeiteten kegeligen Ventilsitzfläche 48 ein Öffnen bzw. Schließen des Kraftstoffeinspritzventiles bewirkt. Die kegelige Ventilsitzfläche 48 des Düsenkörpers 9 setzt sich in der dem Anker 14 abgewandten Richtung in einem zylindrischen Sackloch 49 fort, dessen Tiefe etwa der Länge des Zapfens 46 entspricht, so daß zwischen der Mantelfläche des zylindrischen Sacklochs 49 und dem zylindrischen Zapfen 46 ein Ringspalt konstanten Querschnitts verbleibt. Die Übergänge zwischen der kegeligen Ventilsitzfläche 48 einerseits und dem Sackloch 49 andererseits sowie dem kegeligen Abschnitt 45 der Ventilnadel 27 einerseits und dem Zapfen 46 andererseits sind gerundet, um einen guten Strömungsverlauf zu gewährleisten. Das zylindrische Sackloch 49 ist durch einen Boden 50 abgeschlossen, welcher über eine innere, der Ventilnadel 27 zugewandte Wand 51 und eine äußere, der Ventilnadel 27 abgewandte Wand 52 verfügt, wobei zumindest die äußere Wand 52 vollkommen plan ausgebildet ist und einen Teil einer dem Anker 14 abgewandten Stirnfläche 54 des Düsenkörpers 9 bildet. Vorzugsweise ist auch die innere Wand 51 vollkommen plan ausgebildet, so daß der Boden 50 die Gestalt eines Plättchens aufweist.

In dem Boden 50 befinden sich mehrere Abspritzöffnungen 55, welche von stromauf nach stromab des Bodens 50 führen. Stromaufwärts des Bodens 50 beginnen die Abspritzöffnungen 55 in dem zwischen Sackloch 49 und Zapfen 46 gebildeten Ringraum. Die Mittelachsen der Abspritzöffnungen 55 sind vorzugsweise nicht axial ausgerichtet, sondern verlaufen geneigt zur Längsachse des Kraftstoffeinspritzventils, und zwar sowohl mit radialer als auch mit tangentialer Komponente.

An der Stirnfläche 54 des Düsenkörpers 9 liegt eine Hülse 58 mit einer Schulter 59 an, welche einen in Form eines Absatzes ausgebildeten Übergang zwischen einer sich nach außen hin öffnenden Aufbereitungsbohrung 62 kleineren Durchmessers und einer Aufnahmebohrung 63 größeren Durchmessers bildet. Die Hülse 58 umfaßt mit der Aufnahmebohrung 63 eine äußere Mantelfläche 64 des Düsenkörpers 9 auf einem Teil von deren Länge und ist durch Einbördelung 66 von Material der Hülse 58 in eine ringförmige Nut 67 in der äußeren Mantelfläche 64 des Düsenkörpers 9 am Düsenkörper 9 befestigt. Die Aufbereitungsbohrung 62 weist eine zylindrische oder eine sich konisch erweiternde Form auf und geht stromabwärts über eine Kante 69 in einen Absatz 70 über. Der Absatz 70 ist durch einen vorspringenden Kragen 71 eingefaßt, welcher das am weitesten vorspringende Bauteil des Kraftstoffeinspritzventiles bildet und welcher dem Schutz vor mechanischen Beschädigungen des Kraftstoffeinspritzventiles dient.

Die Hülse 58 besteht vorzugsweise aus Aluminium, kann jedoch, da an ihr keine exakt zu bearbeitenden Paßflächen ausgebildet sind und auch keine besonderen Anforderungen an die mechanische Stabilität bestehen, ebenfalls aus einem nichtmetallischen Werkstoff, z. B. Kunststoff, gefertigt sein.

Je nach Verwendungszweck des Kraftstoffeinspritzventiles kann es zweckmäßig sein, die Kante 69 als Aufbereitungskante zu nutzen, auf welche die aus den Abspritzöffnungen 55 austretenden Kraftstoffstrahlen gerichtet sind. Dies ermöglicht eine gute Zerstäubung des Kraftstoffes.

Die Funktion des Kraftstoffeinspritzventiles ist wie folgt:

Bei von Strom durchflossener Magnetspule 3 wird der Anker 14 in Richtung auf den Anschlußstutzen 7 gezogen. Die mit dem Anker 14 fest verbundene Ventilnadel 27 hebt mit ihrem Dichtsitz 44 von der kegeligen Ventilsitzfläche 48 ab, zwischen Dichtsitz 44 und kegeliger Ventilsitzfläche 48 wird ein Strömungsquerschnitt freigegeben, wodurch der Kraftstoff durch den zwischen Sackloch 49 und Zapfen 46 gelegenen Ringraum zu den Abspritzöffnungen 55 gelangt. Die Abspritzöffnungen 55 werden vom Kraftstoff unter hohem Druckabfall durchströmt, da diese den engsten Strömungsquerschnitt innerhalb des Kraftstoffeinspritzventiles bilden. Die Größe der Abspritzöffnungen 55 entscheidet also über den Mengenstrom des abgespritzten Kraftstoffes, der Fachmann spricht hierbei von "Zumessung". Die Länge des Zapfens 46 ist so bemessen, daß sich dessen Stirnfläche bei geschlossenem Kraftstoffeinspritzventil in unmittelbarer Nähe der inneren Wand 51 des Bodens 50 befindet. Der Zapfen 46 dient dazu, das Volumen zwischen Dichtsitz 44 und Boden 50 zu verkleinern und die Kraftstoffströmung in Richtung auf die Abspritzöffnungen 55 zu führen.

Da das exakte Einhalten der geforderten Größe der Abspritzöffnungen 55 entscheidend ist für die Kraftstoffzumessung, kommt der Kalibrierung der Abspritzöffnungen 55 eine große Bedeutung zu. Deshalb wird, nachdem die Herstellung der Abspritzöffnungen 55 durch ein Erodierverfahren, beispielsweise mit Silberdraht, vorgenommen ist, die endgültige Kalibrierung der Abspritzöffnungen 55 durch Hydroschleifen vorgenommen.

In Fig. 3 ist dargestellt, wie durch den mit den bereits erodierten Abspritzöffnungen 55 versehenen Düsenkörper 9 ein Testfluid unter bestimmtem Druck strömt, dieses in einem Sammelbehälter 81 aufgefangen wird und die pro Zeiteinheit durchgeströmte Menge mittels einer Volumenmeßeinrichtung 82 bestimmt wird. Auf der Basis eines Soll-Ist-Vergleichs ist die durchströmende Menge Testfluids ein Maß für die Dauer des daran anschließenden Hydroschleifens. Der Vorgang des Hydroschleifens selbst ist in Fig. 4 dargestellt: Eine Schleifpaste oder ein mit Schleifzusätzen versehenes Fluid wird unter Druck in den Düsenkörper 9 gepreßt und entweicht über die Abspritzöffnungen 55 in einen Sammelbehälter 83. Durch das hindurchströmende fließfähige Schleifmittel wird Material von den Mantelflächen der Abspritzöffnungen 55 abgetragen, so daß sich diese vergrößern. Außerdem bewirkt das Hydroschleifen eine zunehmende Rundung der Kanten der Abspritzöffnungen 55, was die Durchströmung der Abspritzöffnungen 55 beim Betrieb des Kraftstoffeinspritzventiles verbessert. Nach Durchführung des Hydroschleifens kann eine nochmalige Überprüfung der statischen Durchflußmenge mittels des Testfluides erfolgen. Bei abermaliger Abweichung vom geforderten Sollwert wird das Hydroschleifen wiederholt.


Anspruch[de]
  1. 1. Kraftstoffeinspritzventil mit einer in einem Ventilgehäuse angeordneten Magnetspule, einem von der Kraft der Magnetspule beaufschlagbaren Anker, einem mit dem Anker verbundenen Ventilschließteil, welches im Zusammenwirken mit einer an einem Düsenkörper ausgebildeten Ventilsitzfläche ein Öffnen bzw. Schließen des Kraftstoffeinspritzventiles steuert, wobei der Düsenkörper eine Führungsbohrung zur Führung des Ventilschließteiles hat, und einem stromab eines Dichtsitzes befindlichen, mit mehreren Abspritzöffnungen versehenen Bauteil in Gestalt eines dünnwandigen Plättchens, dadurch gekennzeichnet, daß das mit den Abspritzöffnungen (55) versehene Bauteil einstückig mit dem Düsenkörper (9) ausgebildet ist und einen axialen, bodenartigen Abschluß des Düsenkörpers (9) bildet.
  2. 2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine am Düsenkörper (9) befestigbare Hülse (58), welche mit einer sich stromabwärts des Bodens (50) axial erstreckenden Aufbereitungsbohrung (62) versehen ist.
  3. 3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (58) durch Verstemmen am Düsenkörper (9) befestigt ist.
  4. 4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß knapp stromaufwärts des Bodens (50) ein am Ventilschließteil (27) ausgebildeter Zapfen (46) endet.
  5. 5. Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffeinspritzventiles mit einer in einem Ventilgehäuse angeordneten Magnetspule, einem von der Kraft der Magnetspule beaufschlagbaren Anker, einem mit dem Anker verbundenen Ventilschließteil, welches im Zusammenwirken mit einer an einem Düsenkörper ausgebildeten Ventilsitzfläche ein Öffnen bzw. Schließen des Kraftstoffeinspritzventiles steuert und einem stromab eines Dichtsitzes befindlichen, mit mehreren Abspritzöffnungen versehenen Bauteil in Gestalt eines dünnwandigen Bodens (50), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Einbringen der Abspritzöffnungen (55) in den dünnwandigen Boden (50) durch Erodieren erfolgt, dann eine pro Zeiteinheit durch die Abspritzöffnungen (55) strömende Fluidmenge gemessen wird, danach in Abhängigkeit von der gemessenen Fluidmenge eine Dauer ermittelt wird und anschließend während der ermittelten Dauer ein Hydroschleifen an der Abspritzöffnungen (55) vorgenommen wird, um die statische Durchflußmenge der Abspritzöffnungen (55) einzustellen.






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