DE19916659A1 - Einspritzvorrichtung für Verbrennungsmaschinen sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen Einspritzvorrichtung - Google Patents

Abstract

Der Einspritzvorgang teilt sich in eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung der Kraftstoffmenge auf. Zur Erzeugung der Voreinspritzmenge wird eine Regeleinheit eingesetzt, die einen hohen Aufwand in der Ansteuerelektronik erfordert und mit energetischen Verlusten behaftet ist. Eine kleine Voreinspritzmenge ist nur mit erheblichem regelungstechnischen Aufwand zu erreichen. Die Einspritzvorrichtung hat ein Steuerventil mit einem Kolben, der zwischen Anschlägen verstellbar ist. DOLLAR A Um bei einfacher konstruktiver Ausbildung und nur geringem regelungstechnschen Aufwand eine kleine Voreinspritzmenge zu erzeugen, ist der Kolben zumindest in einer Endlage bei der Montage des Steuerventils positionierbar. Anschließend wird der Anschlag in seiner Anschlagstellung bei in positionierter Lage festgehaltenem Kolben befestigt. Auf diese Weise wird der Kolben in die benötigte genaue Endstellung gebracht. Er läßt sich dadurch einfach und hochgenau positionieren. Es kann auf zusätzliche Justageelemente, wie zum Beispiel Abstimmscheiben, verzichtet werden. DOLLAR A Die Einspritzvorrichtung wird für Kraftfahrzeuge eingesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung für Verbrennungsma­ schinen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Einspritzvorrichtung nach dem Oberbe­ griff des Anspruches 5.

Heutige Verbrennungsmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, be­ nötigen für die sichere und saubere Gemischaufbereitung im Ver­ brennungsraum der Maschine einen Einspritzvorgang, der aus meh­ reren Einzeleinspritzungen besteht. Diese Einspritzvorgänge teilen sich auf in eine oder mehrere Voreinspritzung(en), eine Hauptein­ spritzung und eventuell eine oder mehrere Nacheinspritzung(en) des Kraftstoffes. Die Steuerung des Einspritzvorganges erfolgt im allge­ meinen über Magnetventile. Um ein optimales Ergebnis zu erzielen, ist eine zeitlich und mengenmäßig genaue Steuerung der Einsprit­ zung erforderlich. Dies erfordert entweder einen hohen Aufwand bei der Fertigung und Einstellung der Ventile und/oder zusätzliche Maß­ nahmen, zum Beispiel in der Fahrzeugelektronik, um die Toleranzen der einzelnen Ventile auszugleichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Ein­ spritzvorrichtung und das gattungsgemäße Verfahren so auszubilden, daß in konstruktiv einfacher Weise eine zeitlich und mengenmäßig genaue Steuerung der Einspritzung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäße Einspritzvorrichtung er­ findungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspru­ ches 1 und beim gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 5 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung wird der Kolben des Steuerventiles in die benötigte genaue Endstellung gebracht, in der der zugehörige Anschlag befestigt wird. In gleicher Weise kann auch der andere Anschlag durch Einstellen und Positionieren des Kolbens in der anderen Endstellung befestigt werden. Auf diese Weise ist es in einfacher Weise möglich, den Kolben des Steuerventiles einfach und dennoch hochgenau zu positionieren. Der Anschlag läßt sich, da seine Einbaulage durch den positionierten Kolben bestimmt ist, ein­ fach befestigen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der Kolben in die ge­ wünschte Lage verstellt und in ihr gehalten. Diese Position des Kol­ bens bestimmt die Einbaulage des Anschlages, der anschließend einfach in seiner Anschlagstellung befestigt werden kann. Auf diese Weise ist eine einfache Justage des Steuerventiles möglich. Es kann auf zusätzliche Elemente, wie zum Beispiel Abstimmscheiben, ver­ zichtet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hervorragend für die Serienfertigung geeignet, bei der eine Vielzahl von Steuer­ ventilen montiert wird. Der Kolben läßt sich einfach und vor allen Dingen in kurzer Zeit in seine genaue Position bringen, so daß der entsprechende Anschlag anschließend ohne Schwierigkeiten befe­ stigt werden kann.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren An­ sprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 im Axialschnitt eine erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung mit einem Steuerventil,

Fig. 2 im Axialschnitt und in vergrößerter Darstellung das Steuer­ ventil der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung in ge­ schlossener Stellung,

Fig. 3 in einer Darstellung entsprechend Fig. 2 das Steuerventil bei geöffneter Stellung.

Die Einspritzvorrichtung wird in Kraftfahrzeugen eingesetzt und dient dazu, Kraftstoff einer Verbrennungsmaschine, insbesondere einem Dieselmotor, zuzuführen. Die Einspritzvorrichtung hat einen Steuer­ kolben 1, der in einem Gehäuse 2 untergebracht ist. Die Zuführung des Druckmediums zum Steuerkolben 1 erfolgt über ein Steuerventil 3, das an eine Steuereinheit 4 angeschlossen ist. Das Steuerventil 3 ist auf das Gehäuse 2 aufgesetzt und ragt mit einem Ansatz 5 eines Ventilkörpers 6 in eine stirnseitige Vertiefung 7 des Gehäuses 2. In der Außenwand des Ansatzes 5 ist wenigstens eine Ringdichtung 8 untergebracht, die den Ansatz 5 gegenüber dem Gehäuse 2 abdich­ tet. Im Ansatz 5 ist ein Ringraum 9 vorgesehen, der mit Arbeitsan­ schlüssen A, B des Steuerventils 3 leitungsverbunden ist. Das Steu­ erventil 3 wird mit der Steuereinheit 4 geregelt und überwacht. Mit ihr können Spulen 10, 11 des Steuerventils 3 bestromt werden, über welche ein als Anker ausgebildeter Kolben 12 des Steuerventils 3 in der gewünschten Richtung verschoben werden kann. Der Kolben 12 ist zwischen zwei stirnseitigen Anschlägen 13 und 14 axial ver­ schiebbar, die in die Stirnseiten des Ventilkörpers 6 eingesetzt sind.

Ist das Steuerventil 3 geschlossen, liegt der Steuerkolben 1 unter der Kraft einer Schraubendruckfeder 15 am Ansatz 5 des Ventilkörpers 6 an. In Fig. 1 ist der Steuerkolben 1 in seiner durch die Druckfeder 15 verschobenen Ausgangslage dargestellt, in der ein Ventilkörper 16 eines Einspritzventiles 17 Düsenöffnungen 18 verschließt, über die der Kraftstoff in den (nicht dargestellten) Verbrennungsraum der Ver­ brennungsmaschine gefördert wird.

Der Steuerkolben 1 weist eine Kolbenfläche 19 auf, die mit dem Sy­ stemdruck p₁ beaufschlagt wird. In der Kolbenfläche 19 befindet sich ein zentrischer Vorsprung 20, mit dem der Steuerkolben 1 in der Ausgangslage an einem axialen, mittigen Vorsprung 21 des Ansatzes 5 anliegt.

Auf der gegenüberliegenden Seite ist der Steuerkolben 1 mit einer Vertiefung 22 versehen, an deren Boden 23 ein Druckübersetzungs­ kolben 24 anliegt. Er hat kleineren Querschnitt als der Steuerkolben 1 und ragt in eine Bohrung 25 des Gehäuses 2. Durch den Druck­ übersetzungskolben 24 wird der Systemdruck p₁ in den größeren Druck p₂ übersetzt, der auf das Einspritzventil 17 wirkt.

Die Druckfeder 15 liegt an der Unterseite eines stirnseitigen Bundes 26 des Druckübersetzungskolbens 24 an. Die Druckfeder 15 umgibt den Druckübersetzungskolben 24 und liegt mit ihrem anderen Ende am Boden 27 eines den Steuerkolben 1 enthaltenden Aufnahmerau­ mes 28 des Gehäuses 2 an.

Beim Betrieb des Verbrennungsmotors wird über die Steuereinheit 4 durch Bestromen der entsprechenden Spule 10 bzw. 11 der Kolben 12 des Steuerventils 3 so verschoben, daß das Hydraulikmedium, das über eine Zuleitung 29 im Ventilkörper 6 zugeführt wird, unter Druck gesetzt wird. Das Hydraulikmedium gelangt in den Ringraum 9 und wirkt mit dem Systemdruck p₁ auf die Kolbenfläche 19 des Steu­ erkolbens 1. Die der Kolbenfläche 19 gegenüberliegende Vertiefung 22 ist druckentlastet und steht über eine das Gehäuse 2 durchset­ zende Bohrung 30 mit der Atmosphäre in Verbindung. Dadurch kann der Steuerkolben 1 unter dem Systemdruck p₁ gegen die Kraft der Druckfeder 15 verschoben werden. Der am Boden 23 der Vertiefung 22 anliegende Druckübersetzungskolben 24 wird dadurch ebenfalls verschoben, wodurch der in der Bohrung 25 befindliche Kraftstoff über eine fest angeordnete Verteilerplatte 31 in eine Bohrung 32 ge­ drückt wird. Sie ist in einem Einsatzstück 33 vorgesehen, das von einer Schraubbuchse 34 aufgenommen ist. Sie wird auf das Gehäuse 2 geschraubt und nimmt das Einspritzventil 17 auf, das aus der Schraubbuchse 34 ragt. Die Verteilerplatte 31 ist zwischen dem Ein­ satzstück 33 und dem Gehäuse 2 mittels der Schraubbuchse 34 ein­ gespannt. Sie untergreift das Einsatzstück 33, so daß beim Auf­ schrauben der Schraubbuchse 34 das Einsatzstück 33 in Richtung auf das Gehäuse 2 gedrückt wird.

Die Zuführungsbohrung 32 erstreckt sich von der Verteilerplatte 31 durch das Einsatzstück 33 bis zu einer Einspritzkammer 35, die im Einsatzstück 33 vorgesehen und vom Ventilkörper 16 durchsetzt ist. An die Einspritzkammer 35 schließt eine axiale Bohrung 36 an, die zu den Düsenöffnungen 18 führt und die größeren Durchmesser als der in sie ragende Teil des Ventilkörpers 16 hat. Er ragt in einen zentra­ len Aufnahmeraum 37 des Einsatzstückes 33, der auf der gegen­ überliegenden Seite durch die Verteilerplatte 31 geschlossen ist. An ihr stützt sich das eine Ende einer Schraubendruckfeder 38 ab, die mit ihrem anderen Ende auf einem Bund 39 aufliegt, der auf dem im Aufnahmeraum 37 liegenden Ende des Ventilkörpers 16 vorgesehen ist und einen zentralen Vorsprung 40 zur Zentrierung der Schrauben­ druckfeder 38 aufweist. Der Ventilkörper 16 ist mit einem verdickten Abschnitt 41 im Einspritzventil 17 axial geführt und ragt mit diesem Abschnitt 41 in die Einspritzkammer 35. Innerhalb der Einspritzkam­ mer 35 geht der verdickte Abschnitt 41 in einen dünneren Endab­ schnitt 42 über.

Durch den über die Bohrung 32 in die Einspritzkammer 35 gelangen­ den Kraftstoff wird der Ventilkörperabschnitt 41 mit Druck beauf­ schlagt, wodurch der Ventilkörper 16 gegen die Kraft der Druckfeder 38 zurückgeschoben wird. Die Düsenöffnungen 18 werden auf diese Weise vom Ventilkörper 16 freigegeben, so daß der Kraftstoff in die Verbrennungskammer eintreten kann. Er strömt von der Einspritz­ kammer 35 durch den Ringraum zwischen dem Ventilkörper 16 und der Wandung der axial verlaufenden Bohrung 36 zu den Düsenöff­ nungen 18.

Nach dem Einspritzvorgang wird der Kolben 12 durch Ansteuerung des Steuerventils 3 über die Steuereinheit 4 so verschoben, daß der Ringraum 9 zum Tank entlastet ist. Ein in der Verteilerplatte 31 vor­ gesehenes Rückschlagventil 43 wird beim Rückhub der Kolben 1, 24 durch den anstehenden Unterdruck geöffnet, wodurch über eine Boh­ rung 44 in der Schraubbuchse 34 und eine daran anschließende Boh­ rung 45 im Einsatzstück 33 Kraftstoff von einem (nicht dargestellten) Kraftstoffbehälter angesaugt wird. Der Kraftstoff gelangt über die Verteilerplatte 31 in die Bohrung 25, so daß er beim nächsten Hub des Druckübersetzungskolbens 24 in der beschriebenen Weise zu den Düsenöffnungen 18 gefördert wird. Die Bohrung 45 mündet auch in den Aufnahmeraum 37 des Einsatzstückes 33.

Fig. 2 zeigt das Steuerventil 3 in seiner geschlossenen Stellung. Sein Kolben 12 ist so verschoben, daß er am Anschlag 13 anliegt und vom gegenüberliegenden Anschlag 14 Abstand hat. In dieser Stellung des Kolbens 12 sind die Arbeitsanschlüsse A, B geschlossen, so daß das über die Zuführleitung 29 zugeführte Druckmedium nicht in den Ring­ raum 9 strömen kann. Durch die eingezeichneten Strömungspfeile ist angegeben, daß das Druckmedium nicht in die Arbeitsanschlüsse A, B gelangen kann. Beim Rückhub der Kolben 1, 24 wird das im Ring­ raum 9 befindliche Hydraulikmedium durch den Steuerkolben 1, wie die Strömungspfeile in Fig. 2 zeigen, in den Tankanschluß T des Steuerventils 3 zurückgeführt, der in dieser Stellung des Kolbens 12 geöffnet ist.

Ist der Kolben 12 in seine Öffnungsstellung verschoben (Fig. 3), sind die beiden Arbeitsanschlüsse A und B des Steuerventils 3 mit der Zuleitung 29 verbunden, so daß das Hydraulikmedium in Richtung der eingezeichneten Pfeile in den Ringraum 9 des Ventilkörpers 6 strömen kann.

Mit dem Steuerventil 3 erfolgt die Steuerung des Einspritzvorganges. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Steuerventil 3 ein Ma­ gnetventil. Als Steuerventil können aber auch andere Ventilarten, beispielsweise Piezoventile, eingesetzt werden.

Das Steuerventil 3 kann bei der Herstellung sehr genau justiert wer­ den, indem zumindest der eine Anschlag, vorzugsweise jedoch beide Anschläge 13, 14 bei der Montage des Steuerventils 3 stufenlos ver­ stellbar sind. Das vormontierte Steuerventil wird in eine (nicht darge­ stellte) Einstellvorrichtung eingelegt. Der Kolben 12 wird, zum Bei­ spiel durch einen Schrittmotor, so lange axial verschoben, bis die be­ nötigte genaue Endstellung erreicht ist. Diese Endstellung kann bei­ spielsweise durch Volumenstrommessung durch das Ventil mittels Luft oder Öl erfolgen. Der Kolben 12 wird mit dem Schrittmotor in die entsprechende Lage axial verstellt. Ist diese Endlage die Öffnungs­ stellung des Steuerventils 3, wird durch dieses Ventil Medium geför­ dert und hierbei der Volumenstrom aufgenommen. Auf diese Weise läßt sich einfach und dennoch genau die erforderliche axiale Lage des Kolbens 12 bestimmen. Ist diese Position gefunden, wird der Kolben 12 in dieser Lage gehalten und der Anschlag 14 in dieser Po­ sition am Ventilkörper 6 befestigt, beispielsweise durch Laserschwei­ ßen. In den Fig. 2 und 3 ist die entsprechende Schweißnaht 46 dar­ gestellt.

Der gleiche Einstellvorgang erfolgt auf der anderen Seite des Kol­ bens 12. In diesem Fall wird der Kolben 12 mit beispielsweise einem Schrittmotor axial so weit bewegt, daß die Druckanschlüsse A, B ge­ schlossen sind. Hierbei kann die Überdeckung der Steuerkanten einfach und genau eingestellt werden. Ist diese Position gefunden, wird der Kolben 12 in dieser Lage gehalten und nunmehr der andere Anschlag 13 in dieser Kolbenposition am Ventilkörper 6 befestigt, vorzugsweise durch Laserschweißen. Die entsprechende Schweiß­ naht 47 ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt.

Über die Veränderung des Kolbenweges können auch die Schaltzei­ ten des Steuerventils 3 sehr einfach justiert werden.

Das beschriebene Verfahren ist einfach und zuverlässig. Der Kolben 12 kann ohne Einsatz zusätzlicher Bauteile, wie zum Beispiel Ab­ stimmscheiben, in einer genauen Lage justiert werden. Durch Ver­ schweißen der Anschläge 13, 14 ergibt sich eine gegen Manipulatio­ nen am Steuerventil 3 gesicherte Ausführung. Die Anschläge 13, 14 können darum durch Unbefugte nicht verstellt werden, so daß die Funktionssicherheit des Steuerventiles 3 jederzeit gewährleistet ist. Da die Anschläge 13, 14 hochgenau in der beschriebenen Weise ein­ gestellt werden können, kann eine aufwendige elektronische Justage in der Motorsteuerung entfallen. Das beschriebene Verfahren eignet sich hervorragend für die Serienfertigung von Einspritzvorrichtungen. Die beschriebene Einstellung kann bei jedem beliebigen Ventil und in beliebig vielen Positionen erfolgen.

Claims (7)

1. Einspritzvorrichtung für Verbrennungsmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einem Steuerventil, in dem wenigstens ein Kolben zwischen Anschlägen verstellbar ist und mit dem ein Einspritzventil steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) in zumindest einer Endlage bei der Montage des Steuerventils (3) positionierbar ist, und daß der Anschlag (13, 14) anschließend in seiner Anschlag­ stellung bei in positionierter Lage festgehaltenem Kolben (12) befestigbar ist.

2. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Anschläge (13, 14) durch Positionieren des Kolbens (12) befestigbar sind.

3. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (13, 14) unlösbar befestigt ist.

4. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (13, 14) durch La­ serschweißen befestigbar ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein Steuerventil mit einem Ge­ häuse der Einspritzvorrichtung verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) bei der Montage des Steuerventiles (3) in eine gewünschte Lage verstellt und in dieser Position gehalten wird, und daß der Anschlag (13, 14) bei positioniertem Kolben (12) in seiner Anschlagstellung befestigt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) mittels eines Schrittmotors verstellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (13, 14) in der An­ schlagstellung unlösbar befestigt wird, vorzugsweise durch La­ serschweißen.