Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffeinspritzventils

Abstract

 Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffeinspritzventils, welches Kraftstoffeinspritzventil wenigstens zwei Bauteile (1; 3) umfasst, die mit ebenen. Anlageflächen (101; 103) aneinander anliegen. Durch die Anlageflächen (101; 103) tritt wenigstens ein Hochdruckkanal (11) hindurch, wobei an wenigstens einer Anlagefläche (101; 103) eine erhabene Fläche (30) ausgebildet ist, die den Durchtritt des wenigstens einen Hochdruckkanals (11) durch die wenigstens eine Anlagefläche (101; 103) umgibt. Die erhabene Fläche (30) wird durch Prägen hergestellt (Fig. 2).

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Aus dem Stand der Technik sind Kraftstoffeirispritzventile bekannt, die zwei Bauteile aufweisen, welche mit ebenen Anlageflächen aneinander anliegen. Hierbei sind die Bauteile beispielsweise ein Ventilkörper und ein Ventilhaltekörper eines Kraftstoffeinspritzventils. Durch die ebenen Anlageflächen der beiden Bauteile tritt ein Hochdruckkanal hindurch, durch den Kraftstoff unter hohem Druck hindurchgeleitet wird. Ein Beispiel dafür ist das in der Schrift DE 198 27 267 A1 dargestellte Kraftstoffeinspritzventil.

[0002] Um die Abdichtung am Durchtritt des Hochdruckkanals durch die Anlageflächen zu gewährleisten, sind die Anlageflächen präzise plan geschliffen. Diese werden mit einer gewissen Kraft aneinander gepresst und dichten so den Hochdruckkanal im allgemeinen ausreichend ab. Bei modernen Kraftstoffeinspritzventilen wird der Einspritzdruck und damit auch der Druck im Hochdruckkanal im Lauf der technischen Weiterentwicklung immer weiter erhöht, um eine bessere Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs zu erreichen. Im Zuge dieser Drucksteigerungen hat sich herausgestellt, dass die durch die ebene Anlagefläche bewirkte Abdichtung bei sehr hohen Drücken nicht mehr ausreichend ist. Um dem entgegenzuwirken, ist es bekannt, an den ebenen Anlageflächen erhabene Flächen auszubilden, die insbesondere den Durchtritt des Hochdruckkanals durch die Anbauflächen umgeben, um den Anpressdruck der Anlageflächen aneinander in diesem Bereich zu erhöhen. Ein Beispiel für solche erhabenen Flächen findet sich in der Schrift DE 198 27 628 A1.

[0003] Um die erhabenen Flächen herzustellen ist es notwendig, den restlichen Teil der Anlagefläche zurückzunehmen. Dies kann mit verschiedenen Verfahren geschehen, beispielsweise durch mechanisches Abschleifen, durch Elektroerodieren oder durch Ätzen. Derartige Verfahren sind jedoch entweder sehr aufwendig und damit teuer oder sie weisen, wie das Schleifen, den Nachteil auf, dass bei der Bearbeitung Späne anfallen, die bei der anschließenden Nachbearbeitung der Anlageflächen nicht vollständig entfernt werden können, was die Funktion des Kraftstoffeinspritzventils im montieren Zustand ungünstig beeinflussen kann.

Vorteile der Erfindung

[0004] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffeinspritzventils weist den Vorteil auf, dass die erhabenen Flächen in einem spanlosen Verfahren schnell und kostengünstig herstellbar sind. Zu diesem Zweck werden die erhabenen Flächen durch Prägen hergestellt. Besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren, wenn die erhabene Fläche im ungehärteten Zustand des entsprechenden Bauteils eingeprägt wird und die Härtung der Anlagefläche erst nach dem Prägen geschieht.

Zeichnung

[0005] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Kraftstoffeinspritzventil dargestellt. Es zeigt

• Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Kraftstoffeinspritzventil,
• Figur 2 eine Draufsicht auf die Anlagefläche des Ventilhaltekörpers mit einem Aufriss,
• Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erhabene Fläche auf der Anlagefläche des Ventilhaltekörpers, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wurde.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0006] In Figur 1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil dargestellt, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist. Das Kraftstoffeinspritzventil weist ein erstes Bauteil 1 auf, das als Ventilhaltekörper 1 ausgebildet ist, und ein zweites Bauteil 3, das als Ventilkörper 3 ausgebildet ist. Der Ventilhaltekörper 1 weist eine Anlagefläche 101 auf, die eben ausgebildet ist und an einer Anlagefläche 103 des Ventilkörpers 3 plan anliegt. Der Ventilhaltekörper 1 und der Ventilkörper 3 werden durch eine Spannmutter 4 in axialer Richtung aneinander gepresst. Im Ventilkörper 3 ist eine Bohrung 5 ausgebildet, in der eine kolbenförmige Ventilnadel 7 längsverschiebbar angeordnet ist. Die Ventilnadel 7 wird in einem brennraumabgewandten Abschnitt in der Bohrung 5 dichtend geführt und verjüngt sich dem Brennraum zu unter Bildung einer Druckschulter 8. Am brennraumseitigen Ende geht die Ventilnadel 7 in eine Ventildichtfläche 14 über, die mit einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung 5 ausgebildeten Ventilsitz 12 zusammenwirkt. Im Ventilsitz 12 ist eine Einspritzöffnung 16 ausgebildet, die insoweit durch das Zusammenspiel von Ventilsitz 12 und Ventildichtfläche 14 gesteuert wird, als bei vom Ventilsitz 12 abgehobener Ventildichtfläche 14 Kraftstoff aus einem zwischen der Ventilnadel 7 und der Wand der Bohrung 5 ausgebildeten Druckraum 10 zwischen der Ventildichtfläche 14 und dem Ventilsitz 12 hindurch zu den Einspritzöffnungen 16 strömt und von dort in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Bei Anlage der Ventildichtfläche 14 am Ventilsitz 12 wird dieser Kraftstoffstrom zu den Einspritzöffnungen 16 unterbrochen, und es gelangt kein Kraftstoff in den Brennraum. Der Druckraum 10 ist auf Höhe der Druckschulter 8 radial erweitert, und in diese radiale Erweiterung des Druckraums 10 mündet ein im Ventilkörper 3 und dem Ventilhaltekörper 1 verlaufender Hochdruckkanal 11. Der Hochdruckkanal 11 führt Kraftstoff mit dem gewünschten Einspritzdruck dem Druckraum 10 zu und tritt dabei sowohl durch die Anlagefläche 101 des Ventilhaltekörpers 1 als auch die Anlagefläche 103 des Ventilkörpers 3 hindurch.

[0007] Koaxial zur Bohrung 5 des Ventilkörpers 3 ist im Ventilhaltekörper 1 eine Kolbenbohrung 20 ausgebildet, deren dem Ventilkörper 3 zugewandtes Ende als Federraum 26 ausgebildet ist. In der Kolbenbohrung 20 ist ein Ventilstück 22 längsverschiebbar angeordnet, das an der Ventilnadel 7 anliegt und mit seiner der Ventilnadel 7 abgewandten Stirnseite an einem Ventilkolben 24 anliegt. Die Ventilnadel 7, das Druckstück 22 und der Ventilkolben 24 bewegen sich somit stets synchron in Längsrichtung der Bohrung 5 bzw. Kolbenbohrung 20. Über den Ventilkolben 24 wird eine Kraft in axialer Richtung auf die Ventilnadel 7 ausgeübt, die durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtung steuerbar ist. Darüber hinaus befindet sich im Federraum 26 eine Schließfeder 28, die als Schraubendruckfeder ausgebildet ist und die durch ihre Vorspannung stets eine Kraft auf die Ventilnadel 7 in Richtung des Ventilsitzes 12 ausübt. Die Kraft der Schließfeder 28 ist jedoch gegenüber der Schließkraft, die über den Ventilkolben 24 auf die Ventilnadel 7 ausgeübt wird, für die Funktion des Kraftstoffeinspritzventils nur von untergeordneter Bedeutung.

[0008] Im Druckraum 10. und damit auch im Hochdruckkanal 11 herrscht stets ein vorgegebener Kraftstoffdruck, der je nach verwendetem Einspritzsystem 100 MPa bis 200 MPa betragen kann. Durch diesen Druck ergibt sich eine hydraulische Kraft auf die Druckschulter 8 und auf Teile der Ventildichtfläche 14, durch die eine in axialer Richtung wirkende Kraft auf die Ventilnadel 7 ausgeübt wird. Durch eine Verminderung oder auch Erhöhung der Schließkraft, die über den Ventilkolben 24 auf die Ventilnadel 7 ausgeübt wird, kann man die Längsbewegung der Ventilnadel 7 und damit die Einspritzung des Kraftstoffs steuern.

[0009] In Figur 2 ist eine Draufsicht auf die Anlagefläche 101 des Ventilhaltekörpers 1 zu sehen zusammen mit einem Aufriss, der den Höhenverlauf, der Anlagefläche 101 entlang der Linie B-B deutlich macht. Den Durchtritt des Hochdruckkanals 11 durch die Anlagefläche 101 umgibt eine erhabene Fläche 30, die ringscheibenförmig ausgebildet ist. Daneben sind in dieser Ansicht zwei Zentrierstiftbohrungen 32 zu sehen, in denen sich im Kraftstoffeinspritzventil entsprechende Zentrierstifte befinden, die für eine exakte Ausrichtung des Ventilkörpers 3 zum Ventilhaltekörper 1 sorgen. Die erhabene Fläche 30 weist gegenüber der sonstigen Anlagefläche 101 eine Höhe h auf, die im Aufriss B-B stark überhöht dargestellt ist. Die Höhe h bewegt sich in der Größenordnung von wenigen 1/10 mm, je nach Anforderung auch weniger als 1/10 mm. Die erhabene Fläche 30 ist durch ein Prägeverfahren hergestellt, bei dem ein Stempel, der neben einer glatten, planen Fläche eine Vertiefung in Form der erhabenen Fläche 30 aufweist, gegen die Anlagefläche 101 gepresst wird. Dies ist ein sehr schnelles Verfahren, so dass die Kosten hierfür deutlich unterhalb der Kosten liegen, die beispielsweise durch ein Elektroerodierverfahren anfallen.

[0010] Beim fertigen Kraftstoffeinspritzventil muss der Ventilhaltekörper 1 aus einem gehärteten Stahl bestehen, um den Kräften durch den Kraftstoffhochdruck standhalten zu können. Das Prägeverfahren wird deshalb vor der Härtung der Anlagefläche 101 durchgeführt, also in einem Zustand, in dem der Stahl des Ventilhaltekörpers 1 noch relativ weich ist. Nach dem Einbringen der erhabenen Fläche 30 durch das Prägeverfahren wird die Anlagefläche 101 gehärtet, wobei die geprägte Form der Anlagefläche 101 erhalten bleibt.

[0011] Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anlagefläche 101. Neben der den Durchtritt des Hochdruckkanals 11 durch die Anlagefläche 101 umgebenden erhabenen Fläche 30 ist eine weitere erhabene Fläche 30 an der Anlagefläche 101 ausgebildet, die dieselbe Höhe und Form wie die erste erhabene Fläche aufweist und die an der gegenüberliegenden Seite der Anlagefläche 101 angeordnet ist. Hierdurch erhält man eine gleichmäßige Verteilung der Anpresskraft, da es anderenfalls zu einem leichten Schiefstand zwischen den Anlageflächen 101 und 103 durch die erhabene Fläche 30 kommen kann.

[0012] In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen erhabenen Fläche 30 dargestellt, wobei der untere Teil der Figur 4 einen Ausschnitt der Anlagefläche 101 des Ventilhaltekörpers 1 zeigt und der obere Teil der Figur 4 eine Querschnitt durch den Ventilhaltekörper 1 entlang der Linie A-A. Statt einer einfach ringscheibenförmig erhabenen Fläche wird hier ein Stempel in die Anlagefläche 101 eingepresst, der im Querschnitt V-förmig ausgebildet ist. Durch den Stempel wird eine Ringnut 35 um den Durchtritt des Hochdruckkanals 11 eingeprägt, so dass sich durch die entsprechende Materialverdrängung zwei Ringwülste 37 ausbilden, die die Ringnut 35 begrenzen. Die Stirnfläche der Ringwülste 37 bilden die erhabene Fläche 30 bzw. die erhabenen Flächen 37, die die Dichtung des Hochdruckkanals 11 erhöhen. Der Öffnungswinkel α des V-förmigen Stempels ist hierbei etwa 60°, wobei der Stempel etwa mit einer Tiefe t von 0,02 mm bis 0,03 mm in die Anlagefläche 101 eingeprägt wird. Die aufgeworfenen Ringwülste 37 erreichen dadurch eine Höhe h von etwa 0,002 bis 0,01 mm. Zweckmäßig ist ein Abstand b der Ringwülste 37 von etwa 0,05 bis 0,1 mm. Der verwendete Stempel kann entweder nur einen entsprechenden Ringgrat mit V-förmigem Querschnitt umfassen, oder neben dem Ringgrat auch eine entsprechende ebene Fläche umfassen, die den übrigen Bereich der Anlagefläche 101 zurücksetzt, also den Teil, der außerhalb der erhabenen Flächen 30 liegt.

[0013] Beim Verspannen des Ventilhaltekörpers 1 gegen den Ventilkörper 3 werden die erhabenen Flächen 30 gegen die ebene Anlagefläche des Ventilkörpers 3 gepresst. Hierdurch findet eine Umformung statt, und die erhabenen Flächen 30 werden deutlich eingedrückt. Will man nur eine leichte Erhöhung der Flächenpressung um den Durchtritt des Hochdruckkanals 11 herum, so genügt eine Höhe der erhabenen Fläche 30 von 10 µm bis 20 µm. Es kann auch vorgesehen sein, dass erhabene Flächen 30 sowohl an der Stirnseite 101 des Ventilhaltekörpers 1 als auch an der Stirnseite 103 des Ventilkörpers 3 ausgebildet sind. Außerdem sind die erhabenen Flächen 30 in jeder denkbaren Ausgestaltung in die Anlagefläche 101 einprägbar, so dass das erfindungsgemäße Verfahren auch bei dem Durchtritt von mehreren Hochdruckkanälen 11 durch die Anlagefläche 101 oder der Abdichtung sonstiger Hohlräume angewendet werden kann.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffeinspritzventils, welches Kraftstoffeinspritzventil wenigstens zwei Bauteile (1; 3) umfasst, die mit ebenen Anlageflächen (101; 103) aneinander anliegen, durch welche Anlageflächen (101; 103) wenigstens ein Hochdruckkanal (11) hindurchtritt, wobei an wenigstens einer Anlagefläche (101; 103) eine erhabene Fläche (30) ausgebildet ist, die den Durchtritt des wenigstens einen Hochdruckkanals (11) durch die wenigstens eine Anlagefläche (101; 103) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die erhabene Fläche (30) durch Prägen hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (101; 103) mit der wenigstens einen erhabenen Fläche (30) nach dem Prägen gehärtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erhabene Fläche (30) zwei Teilflächen umfasst, die zueinander konzentrisch ringscheibenförmig ausgebildet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der für das Prägen verwendete Stempel wenigstens einen Ringgrat mit einem V-förmigen Querschnitt aufweist, der beim Prägen um den Durchtritt des Hochdruckkanals (11) in die Anlagefläche (101; 103) eingedrückt wird.

5. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

Zeichnung