Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1 und einem Verfahren zur Herstellung einer Ventilnadel eines Brennstoffeinspritzventils nach der Gattung des Anspruchs 8.

Es ist schon ein elektromagnetisch betätigbares Brennstoffeinspritzventil aus der DE-OS 33 18 486 bekannt, das eine axial bewegliche Ventilnadel als Schließkörperträger für einen kugelförmigen Ventilschließkörper aufweist. Mit einem unteren Endbereich umgreift der Schließkörperträger den Ventilschließkörper teilweise nur derart, daß sich der umschlossene Bereich des Ventilschließkörpers nur maximal bis zu dessen größtem Durchmesser erstreckt. Die Öffnungsweite der den Ventilschließkörper aufnehmenden Ausnehmung im Endbereich des Schließkörperträgers senkrecht zur Ventillängsachse ist also mindestens so groß wie der größte Durchmesser des Ventilschließkörpers. Um ein Herausrutschen des Ventilschließkörpers aus der Ausnehmung zu verhindern, muß ein stoffschlüssiges Fügeverfahren, wie Schweißen, Löten oder Kleben angewendet werden. Sind die Ausnehmung und der Ventilschließkörper mit Abmaßen einer Presspassung versehen, so kann der Ventilschließkörper auch mittels Einpressen am Schließkörperträger festgehalten werden.

Aus der DE-OS 195 03 224 ist bereits ein elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil bekannt, das eine Ventilnadel aufweist, deren als Verbindungsteil dienender Schließkörperträger aus Kunststoff ausgeformt ist. Der kugelförmige Ventilschließkörper und der Schließkörperträger sind dabei durch eine Schnappverbindung fest miteinander verbunden, wobei der Schließkörperträger federelastische Haltebacken besitzt, die den Ventilschließkörper umgreifen.

Hinlänglich bekannt ist es, wie auch der DE-OS 40 08 675 zu entnehmen ist, feste Verbindungen einzelner Bauteile von Ventilnadeln stoffschlüssig, z. B. mittels Schweißnähten zu erzielen.

Bekannt ist des weiteren aus der DE-OS 38 08 635 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die eine Ventilnadel mit äußeren spiralförmigen Nuten aufweist. Die im Ventilkörper begrenzten Nuten bilden spiralförmige Kraftstoffkanäle, die dem Kraftstoff nicht nur einen Drall geben, sondern auch die Kraftstoffströmungsgeschwindigkeit steuern.

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. das Verfahren nach Anspruch 8 hat den Vorteil, daß es auf besonders einfache Art und Weise kostengünstig und prozeßsicher herstellbar ist. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß eine äußerst einfache und kostengünstige und trotzdem sehr sichere Verbindung zwischen einem Schließkörperträger und einem kugelförmigen Ventilschließkörper erzielbar ist. Dabei ist der Schließkörperträger in einem Endbereich zum sicheren Umgreifen des Ventilschließkörpers mit einer Ausnehmung derart ausgeformt, daß der Ventilschließkörper in axialer Richtung gesehen über seinen Äquator, also den Bereich der größten radialen Erstreckung, hinweg in die Ausnehmung eintaucht. Die Befestigung des Ventilschließkörpers erfolgt dadurch, daß der einen ringförmigen Haltebacken bildende Endbereich zumindest teilweise durch ein Bördelwerkzeug radial nach innen plastisch so verformt wird, daß die Öffnungsweite der Ausnehmung an ihrem stromabwärtigen Ende geringer ist als der Durchmesser des Ventilschließkörpers. Ohne die Anwendung eines Fügeverfahrens zur Erzielung einer stoffschlüssigen Verbindung wird eine sehr sichere und haltbare Verbindung an der Ventilnadel erreicht.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils bzw. des Verfahrens nach Anspruch 8 möglich.

In vorteilhafter Weise kann der Schließkörperträger als Kaltschlagteil ausgeführt sein. Dabei können in einfacher Weise bereits Durchgangsöffnungen mit ausgeformt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, Nuten als Brennstoffströmungswege spiralförmig am Umfang der Ventilnadel auszugestalten. Sie erlauben eine Drallbeaufschlagung des Brennstoffs zu dessen verbesserter Zerstäubung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil und Figur 2 eine Detailansicht einer erfindungsgemäß herstellbaren Ventilnadel.

Das in der Figur 1 beispielhaft und teilweise vereinfacht dargestellte, erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigbare Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen hat einen einteiligen, von einer Magnetspule 1 umgebenen, als Innenpol und als Brennstoffeinlaß bzw. -durchfluß sowie als Ventilsitzträger dienenden weitgehend rohrförmigen metallenen Grundkörper 2. Der Grundkörper 2 ist mehrfach gestuft und dabei speziell stromaufwärts der Magnetspule 1 in radialer Richtung gestuft ausgeführt, so daß der Grundkörper 2 mit einem oberen Deckelabschnitt 3 die Magnetspule 1 teilweise umhüllt und einen besonders kompakten Aufbau des Einspritzventils im Bereich der Magnetspule 1 ermöglicht. Die Magnetspule 1 ist von einem äußeren hülsenförmigen, z. B. ferromagnetischen Ventilmantel 5 als Außenpol umgeben, der die Magnetspule 1 in Umfangsrichtung vollständig umgibt und an seinem oberen Ende fest mit dem Grundkörper 2 an dessen Deckelabschnitt 3 z. B. durch eine Schweißnaht 6 verbunden ist. Zum Schließen des magnetischen Kreises ist der Grundkörper 2 stromabwärts der Magnetspule 1 ebenfalls gestuft ausgeführt, so daß ein Leitabschnitt 8 gebildet ist, der ähnlich dem Deckelabschnitt 3 die Magnetspule 1 axial begrenzt und dabei die Begrenzung des Magnetspulenbereichs 1 nach unten hin bzw. in stromabwärtiger Richtung darstellt.

Zusammen mit dem Ventilmantel 5 bildet der Grundkörper 2 durch seine zwei Abschnitte 3 und 8 einen die Magnetspule 1 aufnehmenden Ringraum. Der Grundkörper 2 besitzt eine innere, konzentrisch zu einer Ventillängsachse 10 verlaufende Längsöffnung 11, die in einem stromaufwärtigen Bereich 11a als Brennstoffströmungskanal und in einem stromabwärtigen Bereich 11b noch zusätzlich wenigstens teilweise als Führungsöffnung für eine entlang der Ventillängsachse 10 axial bewegliche Ventilnadel 12 dient. Der Bereich 11b weist einen größeren Durchmesser auf als der Bereich 11a, da im axialen Erstreckungsbereich der Magnetspule 1 ein Stufenabsatz 13 in der Längsöffnung 11 vorgesehen ist. Unmittelbar stromabwärts des Stufenabsatzes 13 folgend besitzt der Grundkörper 2 eine dünnwandige magnetische Drosselstelle 16.

Stromabwärts des Leicabschnitts 8 fungiert der Grundkörper 2 als Ventilsitzträger, da am stromabwärtigen Ende des Bereichs 11b der Längsöffnung 11 ein Ventilsitzkörper 14 eingebracht ist, der eine feste Ventilsitzfläche 15 als Ventilsitz aufweist. Der Ventilsitzkörper 14 ist mit einer beispielsweise mittels eines Lasers erzeugten Schweißnaht fest mit dem Grundkörper 2 verbunden. Ansonsten dient der untere Bereich 11b der Längsöffnung 11 der Aufnahme der Ventilnadel 12, die von einem Anker 17 und einem kugelförmigen Ventilschließkörper 18 gebildet wird. An der stromabwärtigen Stirnseite des Ventilsitzkörpers 14 ist z. B. in einer Vertiefung 19 eine flache Spritzlochscheibe 20 angeordnet, wobei die feste Verbindung von Ventilsitzkörper 14 und Spritzlochscheibe 20 z. B. durch eine umlaufende dichte Schweißnaht 21 realisiert ist. Der als Schließkörperträger dienende Anker 17 ist an seinem stromabwärtigen, der Spritzlochscheibe 20 zugewandten Ende mit dem kugelförmigen Ventilschließkörper 18 erfindungsgemäß durch Bördeln fest verbunden.

Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 12 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder 25 bzw. Schließen des Einspritzventils dient der elektromagnetische Kreis mit der Magnetspule 1, dem inneren Grundkörper 2, dem äußeren Ventilmantel 5 und dem Anker 17. Der Anker 17 ist entsprechend auf den Grundkörper 2 ausgerichtet. Die Rückstellfeder 25 erstreckt sich in der Längsöffnung 11 beispielsweise sowohl stromabwärts als auch stromaufwärts des Stufenabsatzes 13, also in beiden Bereichen 11a und 11b.

Der kugelförmige Ventilschließkörper 18 wirkt mit der sich in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig verjüngenden Ventilsitzfläche 15 des Ventilsitzkörpers 14 zusammen, die in axialer Richtung stromabwärts einer Führungsöffnung im Ventilsitzkörper 14 ausgebildet ist. Die Spritzlochscheibe 20 besitzt wenigstens eine, beispielsweise vier durch Erodieren oder Stanzen ausgeformte Abspritzöffnungen 27.

Die Einschubtiefe des Ventilsitzkörpers 14 im Einspritzventil ist unter anderem entscheidend für den Hub der Ventilnadel 12. Dabei ist die eine Endstellung der Ventilnadel 12 bei nicht erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ventilschließkörpers 18 an der Ventilsitzfläche 15 des Ventilsitzkörpers 14 festgelegt, während sich die andere Endstellung der Ventilnadel 12 bei erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankers 17 an dem Stufenabsatz 13 des Grundkörpers 2 ergibt. Die Hubeinstellung erfolgt durch ein axiales Verschieben des Ventilsitzkörpers 14, der entsprechend der gewünschten Position nachfolgend fest mit dem Grundkörper 2 verbunden wird.

In den oberen Bereich 11a der Längsöffnung 11 ist außer der Rückstellfeder 25 eine Einstellhülse 29 eingeschoben. Die Einstellhülse 29 dient zur Einstellung der Federvorspannung der an der Einstellhülse 29 anliegenden Rückstellfeder 25, die sich mit ihrer gegenüberliegenden Seite an einem Bodenbereich 30 einer inneren Vertiefung 31 im Schließkörperträger 17 abstützt, wobei auch eine Einstellung der dynamischen Abspritzmenge mit der Einstellhülse 29 erfolgt.

Der Anker 17 weist z.B. im axialen Erstreckungsbereich der magnetischen Drosselstelle 16 am äußeren Umfang eine ringförmige obere Führungsfläche 32 auf, die der Führung der axial beweglichen Ventilnadel 12 in der Längsöffnung 11 dient. Der beispielsweise als Kaltschlagteil ausgeführte Schließkörperträger 17 hat eine obere, dem Stufenabsatz 13 zugewandte Anschlagfläche 33, die mit einer Verschleißschutzschicht versehen ist, z.B. verchromt ist. Vom Bodenbereich 30 der Vertiefung 31 ausgehend ist in dem Schließkörperträger 17 mindestens eine Durchgangsöffnung 35, beispielsweise sind zwei oder vier Durchgangsöffnungen 35 ausgeformt, die sich schräg zur Ventilachse 10 nach außen erstrecken. Im Bereich der Durchgangsöffnungen 35 verjüngt sich der Schließkörperträger 17 in stromabwärtiger Richtung, wobei die Außenkontur kegelstumpfförmig ist. Diese Ausbildung des Schließkörperträgers 17 ermöglicht es, daß der der Ventilsitzfläche 15 zuzuführende Brennstoff zuerst durch die Vertiefung 31 innerhalb und nach dem Austritt aus den Durchgangsöffnungen 35 außerhalb des Schließkörperträgers 17 ungehindert strömen kann. Die Durchgangsöffnungen 35 sind in ihrer Form frei gestaltbar (z.B. mit kreisförmigen, elliptischen oder mehreckigen Querschnitten) und können axial, radial oder schräg verlaufen.

Stromabwärts der Durchgangsöffnungen 35 ist der Schließkörperträger 17 massiv als Nadelschaft 36 ausgebildet. Bis hin zu einem stromabwärtigen Endbereich 37 weist der Nadelschaft 36 einen weitgehend konstanten Außendurchmesser auf, der aber deutlich geringer ist als der Außendurchmesser des stromaufwärts liegenden Bereichs des Schließkörperträgers 17 mit der inneren Vertiefung 31. Der untere Endbereich 37 des Schließkörperträgers 17 besitzt wiederum einen größeren Außendurchmesser als der Nadelschaft 36, wobei der Übergang z.B. kegelstumpfförmig gestaltet ist. Der Endbereich 37 hat die Funktion der Aufnahme des kugelförmigen Ventilschließkörpers 18 in einer inneren, sacklochähnlichen Ausnehmung 38, die von der dem Ventilschließkörper 18 zugewandten, unteren Seite her eingebracht ist. Die Ausnehmung 38 ist beispielsweise mit zwei axial aufeinanderfolgenden Abschnitten 39a und 39b ausgebildet, wobei der der Magnetspule 1 zugewandte, obere Abschnitt 39a kegelförmig und der der Spritzlochscheibe 20 zugewandte, untere Abschnitt 39b weitgehend zylindrisch ausgeführt ist. Der Ventilschließkörper 18 liegt im montierten Zustand an der Wandung des kegelförmigen Abschnitts 39a zumindest in Form einer Linienberührung an. Figur 2 zeigt den Endbereich 37 des Schließkörperträgers 17 in einem geänderten Maßstab.

Ein Einspritzventil in oben beschriebener Bauweise zeichnet sich durch seinen besonders kompakten Aufbau aus, so daß ein sehr kleines, handliches Einspritzventil entsteht, dessen Ventilmantel 5 beispielsweise einen Außendurchmesser von nur ca. 12 mm aufweist. Die bisher beschriebenen Bauteile bilden eine vormontierte eigenständige Baugruppe, die als Funktionsteil 40 bezeichnet werden kann. Das fertig eingestellte und montierte Funktionsteil 40 weist z. B. eine obere Stirnfläche 42, hier des Deckelabschnitts 3, auf, über die beispielsweise zwei Kontaktstifte 43 herausragen. Über die elektrischen Kontaktstifte 43, die als elektrische Verbindungselemente dienen, erfolgt die elektrische Kontaktierung der Magnetspule 1 und damit deren Erregung.

Mit einem solchen Funktionsteil 40 ist ein nicht dargestelltes Anschlußteil verbindbar, das sich vor allen Dingen dadurch auszeichnet, daß es den elektrischen und den hydraulischen Anschluß des gesamten Einspritzventils umfaßt. Eine hydraulische Verbindung von dem nicht dargestellten Anschlußteil und dem Funktionsteil 40 wird beim vollständig montierten Einspritzventil dadurch erreicht, daß Strömungsbohrungen beider Baugruppen so zueinander gebracht werden, daß ein ungehindertes Durchströmen des Brennstoffs gewährleistet ist. Dabei liegt dann z. B. die Stirnfläche 42 des Funktionsteils 40 unmittelbar an einer unteren Stirnfläche des Anschlußteils an und ist mit diesem fest verbunden. Bei der Montage des Anschlußteils auf dem Funktionsteil 40 kann ein über die Stirnfläche 42 und damit über den Deckelabschnitt 3 überstehender Grundkörperstutzen 45 des Grundkörpers 2 zur Erhöhung der Verbindungsstabilität in eine Strömungsbohrung des Anschlußteils hineinragen. Im Verbindungsbereich ist zur sicheren Abdichtung z. B. ein Dichtring 46 vorgesehen, der auf der Stirnfläche 42 des Deckelabschnitts 3 aufliegend den Grundkörperstutzen 45 umgibt. Die als elektrische Verbindungselemente dienenden Kontaktstifte 43 gehen im vollständig montierten Ventil eine sichere elektrische Verbindung mit korrespondierenden elektrischen Verbindungselementen des Anschlußteils ein.

In Figur 2 ist der Bereich der Ventilnadel 12 nochmals dargestellt, in dem der Schließkörperträger 17 und der Ventilschließkörper 18 miteinander verbunden sind. Am äußeren Umfang des Endbereichs 37 sind beispielsweise zwei, drei oder eine Vielzahl von spiralförmigen Nuten 48 für die Brennstoffdurchströmung eingebracht, die sich vom Ende des Nadelschafts 36 bis hin zur unteren Begrenzung 49 des Endbereichs 37 erstrecken. Mit Hilfe der Nuten 48 wird der sie durchströmende Brennstoff mit einer Drallkomponente beaufschlagt, so daß u.a. eine verbesserte Zerstäubung erzielt wird. Andererseits ist eine Steuerung der Brennstoffströmungsgeschwindigkeit möglich. Der äußere Umfang des Endbereichs 37 außerhalb der Nuten 48 kann neben der oberen Führungsfläche 32 als untere Führungsfläche 50 der Ventilnadel 12 im Ventilsitzkörper 14 dienen.

In der Ebene der unteren Begrenzung des Endbereichs 37 besitzt die Ausnehmung 38 eine Öffnungsweite, die geringer ist als der Durchmesser des Ventilschließkörpers 18. Bevor die Befestigung des Ventilschließkörpers 18 am Schließkörperträger 17 erfolgt, ist der untere Abschnitt 39b der Ausnehmung 38 beispielsweise vollständig zylindrisch ausgeführt, wobei der Durchmesser des Abschnitts 39b ungefähr dem Durchmesser des Ventilschließkörpers 18 entspricht, so daß dieser problemlos in die Ausnehmung 38 bis zum Anschlag an dem Abschnitt 39a einführbar ist. Der Ventilschließkörper 18 wird dabei so weit in die Ausnehmung 38 hineingebracht, daß sein Äquator 52, also der Bereich der größten radialen Erstreckung, innerhalb der Ausnehmung 38 liegt und die untere Begrenzung 49 des Endbereichs 37 erst weiter stromabwärts folgt.

Diese Ausgestaltung ermöglicht es, mittels Bördeln eine äußerst einfache und kostengünstige und trotzdem sichere Verbindung von Schließkörperträger 17 und Ventilschließkörper 18 zu erzielen. Die Befestigung des Ventilschließkörpers 18 erfolgt dadurch, daß der im Bereich der Ausnehmung 38 einen ringförmigen Haltebacken bildende Endbereich 37 zumindest teilweise durch ein nicht dargestelltes Bördelwerkzeug mit einer Wirkrichtung entsprechend der Pfeile 54 radial nach innen plastisch verformt wird. Da es sich bei dem verformten Bereich nur um das unmittelbare Ende des Endbereichs 37 handelt, wird die Ausnehmung 38 vor allen Dingen stromabwärts des Äquators 52 des Ventilschließkörpers 18 in ihrer Öffnungsweite verkleinert. Das Material des Endbereichs 37 wird so verschoben, daß es den kugelförmigen Ventilschließkörper 18 unmittelbar unterhalb des Äquators 52 umgreift. Die Öffnungsweite der Ausnehmung 38 ist nachfolgend in der Ebene der Begrenzung 49 kleiner als der Durchmesser des Ventilschließkörpers 18, wodurch ein Herausrutschen des Ventilschließkörpers 18 aus der Ausnehmung 38 vollkommen ausgeschlossen ist. Der Endbereich 37 weist nach dem Angreifen des Bördelwerkzeugs beispielsweise eine untere konische Begrenzungsfläche 55 auf, die von den Nuten 48 unterbrochen sein kann.

Die Ventilnadel 12 wird z.B. erst nach dem Bördeln an ihren Führungsflächen 32 und 50 sowie Anschlagflächen 33 genau bearbeitet (geschliffen), um die gewünschten Form- und Lagetoleranzen in hoher Genauigkeit zu gewährleisten. Geringe Toleranzschwankungen ermöglichen in vorteilhafter Weise stabile Funktionsdaten bei der Großserienfertigung von Einspritzventilen.