DE102005019814A1 - Injektor mit kraftstoffablagerungsbeständiger Leitplatte - Google Patents

Abstract

Motorkraftstoffinjektor zum Sprühen von Kraftstoff in einen Luftansaugkanal, wobei der Injektor eine Einspritzdüse umfasst, die einen Kraftstoffkanal mit einem Ventilsitz aufweist, der durch ein elektromagnetisch betätigtes Ventilelement selektiv in Eingriff gebracht werden kann, um eine Kraftstoffzufuhr durch die Düse zu steuern. Eine Leiterplatte außerhalb benachbart zu dem Ventilsitz umfasst: eine Innenseite, die derart eingerichtet ist, dass sie flüssigem Kraftstoff in der Düse ausgesetzt ist; eine Vielzahl von Sprühöffnungen durch die Platte, die derart eingerichtet sind, dass sie einen Kraftstoffsprühnebel in solch einen Luftansaugkanal zum Mischen und Verdampfen mit Luftladungen in den Kanal leiten; und eine Außenseite, die derart eingerichtet ist, dass sie Gemischen von Motoransaugluft und Kraftstoffspühnebel in dem Ansaugkanal ausgesetzt ist. Die Leitplatte weist zumindest einen Abschnitt auf, der aus einem leitenden kraftstoffablagerungsbeständigen Fluorpolymermaterial besteht. Die Platte kann aus dem Fluorpolymer bestehen oder das Material kann auf ein Trägersubstrat beschichtet werden.

Description

• Technisches Gebiet
• Die Erfindung betrifft Kraftstoffinjektoren zum Einspritzen eines atomisisierten Kraftstoffsprühnebels in Motoransaugkanäle oder Krümmerrohre und insbesondere Leitplatten mit einer Vielzahl von Kraftstoffsprühöffnungen für solche Injektoren, wobei die Platten Oberflächen aufweisen, die gegenüber einer Ausbildung von sprühnebelverändernden Kraftstoffablagerungen beständig sind.
• Hintergrund der Erfindung
• Es ist im Stand der Technik bekannt, Autokraftstoffe mit ablagerungssteuernden Additiven zu versehen, um die Ausbildung von Kraftstoffablagerungen zu vermeiden, die den korrekten Betrieb von Kraftstoffinjektoren stören oder deren gewünschte Sprühmuster zum Atomisieren von zu den Motoransaugkanälen wie z. B. Krümmerrohre oder Zylinderansaugkanäle geliefertem Kraftstoff ändern. Die hohen Temperaturen, die während eines Betriebes oder nach einem Abstellen eines Motors erreicht werden, können jedoch in einer Kraftstofffraktionierung und Ablagerung von Material mit hohem Molekulargewicht in dem Kraftstoff als Ablagerungen an Leitplatten mit einer Vielzahl von Öffnungen resultieren. Weitere Mittel zur Einschränkung solcher Ablagerungen wurden gewünscht, um eine Kraftstoff-Sprühnebelkonsistenz zu bewahren.
• Für Hochdruckinjektoren, die Kraftstoff durch eine einzelne Düsenöffnung direkt in einen Motorbrennraum liefern, wurde vorgeschlagen, Ablagerungen an dem Düsenventilsitz von Verbrennungsprodukten, die in dem Raum ausgebildet werden, zu beschränken, indem die Öffnungskonfiguration geändert und eine Beschichtung auf den Nadelventilsitz aufgebracht wird. Eine Beschichtung auf Kohlenstoffbasis wurde mit Alternativen aus Materialien auf Aluminiumbasis, Keramik- und Fluorpolymerbasis erwähnt. Die Bedingungen für eine Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum unterscheiden sich von denen für eine Kraftstoffeinspritzung in Luftansaugkanäle. In den Ansaugkanälen sind die Drücke und Temperaturen niedriger, Brennraumablagerungen sind nicht beteiligt und Mehrfachloch-Leitplatten können verwendet werden, um den Kraftstoffsprühnebel zu leiten.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung stellt einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Motorluftansaugkanal wie z. B. ein Krümmerrohr oder einen Ansaugkanal bereit. Der Injektor ist mit einer kraftstoffablagerungsbeständigen Leitplatte versehen, die als allgemein ebene Tafel oder dünne Platte mit einer Vielzahl von Sprühöffnungen zum Leiten eines Sprühnebels in einen Luftansaugkanal, der zu einem ventilgesteuerten Zylinderansaugkanal führt, ausgebildet ist. Die Tafel weist eine Innenseite auf, die derart eingerichtet ist, dass sie einer für eine Einspritzung zu der Leitplatte gelieferten verdampfbaren Flüssigkeit ausgesetzt ist, sowie eine Außenseite, die derart eingerichtet ist, dass sie einem Motoransaugluft- und Kraftstoffsprühnebelgemisch in dem Ansaugkanal ausgesetzt ist. Die Leitplatte umfasst zumindest einen Abschnitt, der aus einem kraftstoffablagerungsbeständigem Florpolymermaterial besteht.
• Zahlreiche alternative Ausführungsformen umfassen das Bilden der gesamten Leitplatte aus dem Fluorpolymermaterial oder ein Beschichten eines vorgeformten Substrats mit einer Fluorpolymerbeschichtung. Verschiedene ausgewählte Abschnitte der Platte können beschichtet werden, vorzugsweise Abschnitte in oder benachbart zu den Sprühöffnungen.
• Die Familie der Fluorpolymere scheint speziell geeignet zum Schutz einer Leitplatte gegen Ablagerungen von Kraftstoffkomponenten mit hohem Molekulargewicht, die dazu neigen würden, die Plattenoberfläche zu überziehen und sprühnebelablenkende oder verstopfende Ablagerungen auszubilden. PTFE (Teflon-)Material ist ein Beispiel von Fluorpolymeren, das für diese Anwendung als geeignet erachtet wird. Andere Fluorpolymermaterialien, die eine entsprechende chemische und Temperaturbeständigkeit zur Verwendung in Motorkraftstoffsystemanwendungen aufweisen, könnten anstelle von PTFE verwendet werden. Alle Materialien sollten derart formuliert sein, dass sie leitend sind, um den Aufbau einer elektrostatischen Aufladung zu vermeiden.
• Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bestimmten besonderen Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen umfassender verstanden werden.
• Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• 1 ist eine Düsenseitenansicht eines elektromagnetischen Kraftstoffinjektors, die die Kraftstoffleitplatte teilweise überzogen mit zurückbleibenden Kraftstoffablagerungen zeigt;
• 2 ist eine Querschnittsansicht des unteren Abschnitts eines Nadelventil-Kraftstoffinjektors ähnlich dem in 1 gezeigten;
• 3 ist eine Querschnittsansicht der Leitplatte des Injektors von 2;
• 4 ist eine Querschnittsansicht des Düsenabschnitts einer alternativen Injektorausführungsform mit einem flexiblen Einspritzventil, das mit einem Kombiventilsitz und der Leitplatte in Eingriff steht;
• 5 ist eine Draufsicht, die die Form des Ventilsitzes und der Leitplatte für den Injektor in 4 zeigt;
• 6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen beschichteten mittleren Abschnitt einer Leitplatte ähnlich der Platte der 2 und 3 darstellt; und
• 7 ist eine Ansicht ähnlich 6, die den beschichteten mittleren Abschnitt einer Leitplatte ähnlich des/der Sitzes/Leiteinrichtung der 4 und 5 darstellt.
• Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
• Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail bezeichnet die Bezugsziffer 10 allgemein einen Nadelventil-Kraftstoffinjektor mit einem Düsenende 12, das eine Sicherungshülse 14 trägt, die eine mittlere Öffnung aufweist, in der eine Kraftstoffleitplatte 16 mit vier sprühnebelleitenden Öffnungen oder Sprühöffnungen 18, die in der Nähe der Mitte der Platte 16 gruppiert sind, befestigt ist. Das Düsenende 12 des Injektors 10 ist derart eingerichtet, dass es in einer Öffnung eines Motoransaugkrümmers oder Zylinderkopfs, der mit einem Ansaugluftkanal wie z. B. einem Ansaugrohr oder Ansaugkanal verbunden ist, der zu einem ventilgesteuerten Motorzylinder, nicht gezeigt, führt, aufgenommen ist.
• Während eines Betriebs des Injektors können Kraftstoffrückstände mit hohem Molekulargewicht und andere Substanzen in dem Kraftstoff Ablagerungen 20 an Innen- oder Außenflächen der Leitplatte 16 und Hülse 14 ausbilden. Mit der Zeit können diese Ablagerungen wachsen und das Muster von Kraftstoffsprühnebel durch die Sprühlöcher 18 stören, so dass das Mischen der Luft und des Kraftstoffs in den Luftansaugkanälen negativ beeinflusst wird.
• 2 der Zeichnungen zeigt das Düsenende 22 eines Kraftstoffinjektors 24 von einem ähnlichen Typ wie das des in 1 gezeigten Injektors 10. Der Injektor 24 umfasst ein elektromagnetisch betätigtes Nadelventil 26, das durch einen innerhalb einer Kraftstoffleitung 30 gehaltenen Ventilsitzes 28 geführt wird. Ein äußerer Endflansch 32 an der Kraftstoffleitung hält eine Leitplatte 34 zwischen dem Flansch 32 und dem Ventilsitz 28. Eine Dichtungshalterung 36 ist über dem Ende der Kraftstoffleitung 30 montiert und umfasst eine mittlere Öffnung 37, die durch die Kraftstoffleitung mit der Leitplatte 34 verbunden ist.
• 3 zeigt im Querschnitt die Form der Leitplatte 34, die eine Innenseite 38 und eine Außenseite 39 und einen aufgebogenen Rand 40, der den allgemein flachen mittleren Abschnitt 42 umgibt, umfasst. Eine Vielzahl von Sprühöffnungen 44 erstreckt sich durch den mittleren Plattenabschnitt 42.
• 4 veranschaulicht das Düsenende 46 eines Scheibenventil-Kraftstoffinjektors 48. Der Injektor 48 umfasst ein magnetisch betätigtes Scheibenanker- und Kraftstoffeinspritzventil 50, das durch eine Feder 52 gegen einen Ventilsitzring 54 eines/r Kombisitzes/Leitplatte 56 vorgespannt ist.
• 5 zeigt eine Draufsicht der Platte 56, die vier Sprühöffnungen 58 umfasst, die innerhalb des Ventilsitzrings 54 beabstandet angeordnet sind. Die Leitplatte 56 weist eine Innenseite 60 auf, die flüssigem Kraftstoff innerhalb des Injektors ausgesetzt ist. Eine Außenseite 62 ist in Betrieb einem Kraftstoffsprühnebel- und Luft-/Kraftstoff-Gemisch, das innerhalb eines durch ein Ansaugkrümmerrohr oder einen Zylinderansaugkanal, nicht gezeigt, gebildeten zugehörigen Ansaugluftkanals erzeugt wird, ausgesetzt. Der/die Sitz/Leitplatte 56 ist allgemein eben, wobei die Außenseite 62 im Wesentlichen flach ist. Ein äußerer Rand 64 ist zwischen einem Auslassdüsenelement 66 und einem Abstandhalter 68 geklemmt und bildet ein feststehendes Teil des Einspritzventils 50.
• Beim Betrieb der Injektoren 24 und 48 können sich nach einem Abstellen des Motors Kraftstoffablagerungen an den Innen- und Außenflächen der jeweiligen Leitplatten 34, 56 und möglicherweise an den inneren Umfängen von deren Öffnungen oder Sprühöffnungen 44, 46 bilden. Quellen der Kraftstoffablagerungen können eine Fraktionierung des Kraftstoffs umfassen, wenn dieser verdampft. Nach einem Abstellen des Motors kann eine geringe Menge von Kraftstoff an den Plattenoberflächen zurückgehalten werden. Wenn er erhöhten Temperaturen und/oder Umgebungsdruck ausgesetzt ist, wird er langsam verdampfen und die leichteren Verbindungen abdestillieren bis nur das Material mit hohem Molekulargewicht zurückbleibt. Dieses Material wird die ausgesetzten Oberflächen der Leitplatte und Öffnungen überziehen, ohne dass dazu chemische Reaktionen notwendig sind. Polyzyklische Aromaten (PAKs) würden diesen Typ von Ablagerung bilden.
• Komponenten in dem Kraftstoff können auch chemisch mit Sauerstoff reagieren und polare Verbindungen bilden. Diese polaren Verbindungen können oberflächenaktiv sein und eine Affinität zu Sprühöffnungen oder -oberflächen von metallischen Leitplatten aufweisen. Sie können eine begrenzte Löslichkeit in dem Kraftstoff aufweisen, aus einer Lösung ausfallen und die Oberflächen der Platte sowie die Sprühöffnungsoberflächen überziehen. Schwefel- und Stickstoffverbindungen reagieren ebenfalls mit Sauerstoff und bilden unlösliches Material, das ebenfalls zu diesem Typ von Ablagerung beitragen kann.
• Ablagerungen von chemisch gebildeten Verbindungen wie auch jene, die ohne chemische Reaktionen gebildet werden, wie oben erläutert, können als „zurückbleibende Kraftstoffablagerungen" bezeichnet werden, da sie aus Kraftstoffablagerungen bestehen, die auf einer Oberfläche nach einem Verdampfen von verbrennbaren Kraftstoffmaterialien, in denen die abgelagerten Materialien getragen wurden, zurückbleiben. Es sind die Kraftstoffablagerungen dieser Typen, die durch den Ausdruck „zurückbleibende Kraftstoffablagerungen" wie in den Ansprüchen verwendet, bezeichnet werden. Um eine/r Bildung solcher Kraftstoffablagerungen auf den Seiten und Sprühöffnungen der Leitplatten 34, 56 der Injektoren 24, 48 zu verhindern oder zu widerstehen, können die Leitplatten aus ablagerungsbeständigen leitenden Fluorpolymermaterialien wie z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE), auch als Teflon bekannt, bestehen oder damit beschichtet sein. Andere Fluorpolymermaterialien, die eine geeignete chemische und Temperaturbeständigkeit für eine Verwendung in Motorkraftstoffsystemanwendungen aufweisen, könnten anstelle von PTFE verwendet werden. Alle Materialien sollten derart formuliert sein, dass sie leitend sind, um den Aufbau einer elektrostatischen Aufladung zu vermeiden.
• Zum Beispiel kann die Leitplatte 34 des Injektors 24 aus einer festen Tafel aus PTFE oder einem anderen geeigneten Fluorpolymermaterial bestehen. Alternativ kann die Tafel aus einem geeigneten Substrat bestehen und mit dem PTFE oder anderem ablagerungsbeständigen Material beschichtet sein.
• In dem Fall des in 4 gezeigten Injektors 48 würde die Sitzleiteinrichtung 56 nicht für eine Fertigung als eine feste Tafel aus PTFE geeignet sein, da der Ventilsitzring 54 aus einem viel härteren Material bestehen muss. Demgemäß muss die Sitzleitplatte 56 mit PTFE oder einem anderen geeigneten Material in den Abschnitten, die die Sprühöffnungen 58 umgeben, beschichtet sein. Die inneren Umfänge der Sprühöffnungen können ebenfalls beschichtet sein. Vorzugsweise wird die Oberfläche der Oberseite 60 mit Ausnahme des erhöhten Ventilsitzes 54 und der umgebenden kreisringförmigen Rippen 70 beschichtet sein. Falls gewünscht, könnte die Beschichtung über der kompletten Außenseite 62 aufgebracht sein, oder sie könnte auf den Abschnitt der Außenseitenoberfläche, die offen gegenüber dem zugehörigen Ansaugluftkanal durch das Auslassdüsenelement 66 und seine mittlere Öffnung 72 liegt, beschränkt sein.
• Als Beispiel zeigt 6 vergrößert den mittleren Abschnitt 74 einer Leitplatte 76 ähnlich der Platte 34 der 2 und 3. Die Leitplatte 76 besteht aus einem Stahlkörper oder -substrat 78 mit ausgesetzten Oberflächen 38, 39, 44 des mittleren Abschnitts 74, die mit einem ablagerungsbeständigen Fluorpolymermaterial 80 wie z. B. PTFE beschichtet sind.
• 7 zeigt in ähnlicher Weise vergrößert den mittleren Abschnitt 82 einer Leitplatte 84 ähnlich dem/der Sitz/Leiteinrichtung 56 der 4 und 5. Wiederum sind die ausgesetzten Oberflächen 58, 60, 62 des mittleren Abschnitts 82 mit Ausnahme des erhöhten Ventilsitzringes 86 mit einem ablagerungsbeständigem Material 80 wie z. B. PTFE beschichtet. Diese Beschichtungen 80 sind auf die Abschnitte der Leitplatten in und um die Sprühöffnungen 44, 58 herum aufgebracht gezeigt. Es sollte jedoch einzusehen sein, dass die Beschichtungen über beliebige Abschnitte der Leitplattenoberflächen aufgebracht werden könnten, wo die Bildung von Kraftstoffablagerungen dem Betrieb des Injektors abträglich sein könnte.
• Obgleich die Erfindung anhand bestimmter bevorzugter Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist einzusehen, dass zahlreiche Änderungen innerhalb des Gedankens und Umfanges des beschriebenen erfinderischen Konzeptes vorgenommen werden könnten. Dementsprechend soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern den vollen Umfang besitzen, der durch den Wortlaut der folgenden Ansprüche zugelassen wird.

Claims (15)

1. Kraftstoffablagerungsbeständige Leitplatte für eine Motoransaugkanal-Einspritzdüse, wobei die Leitplatte allgemein eben ist und eine Vielzahl von Sprühöffnungen aufweist, um einen Kraftstoffsprühnebel in einen Luftansaugkanal, der zu einem ventilgesteuerten Zylinderansaugkanal führt, zu leiten, wobei die Platte eine Innenseite, die derart ausgebildet ist, dass sie zumindest teilweise einem verdampfbaren flüssigen Kraftstoff ausgesetzt ist, der zu der Leitplatte für eine Einspritzung geliefert wird, und eine Außenseite, die derart ausgebildet ist, dass sie einem Motoransaugluft- und Kraftstoffsprühnebelgemisch in dem Ansaugkanal ausgesetzt ist, aufweist, und wobei die Verbesserung umfasst, dass die Leitplatte zumindest einen Abschnitt aufweist, der aus einem Fluorpolymermaterial besteht, das gegenüber der Ausbildung von zurückbleibenden Kraftstoffablagerungen beständig ist.
2. Leitplatte nach Anspruch 1, wobei die Leitplatte aus dem Fluorpolymermaterial besteht.
3. Leitplatte nach Anspruch 1, wobei die Leitplatte aus einem Basisträgermaterial besteht, das eine Beschichtung aus dem Fluorpolymermaterial aufweist.
4. Leitplatte nach Anspruch 3, wobei die Beschichtung benachbart zu den Sprühöffnungen angeordnet ist.
5. Leitplatte nach Anspruch 3, wobei sich die Beschichtung in den Sprühöffnungen befindet.
6. Leitplatte nach Anspruch 3, wobei sich die Beschichtung zumindest an der Außenseite der Platte befindet.
7. Leitplatte nach Anspruch 1, wobei das Fluormaterial PTFE ist.
8. Leitplatte nach Anspruch 1, wobei ein mittlerer Abschnitt der Platte im Wesentlichen flach ist.
9. Leitplatte nach Anspruch 1, wobei ein mittlerer Abschnitt der Platte eine Krümmung aufweist.
10. Leitplatte nach Anspruch 1, wobei die allgemein ebene Platte einen nicht ebenen äußeren Rand aufweist, der derart ausgebildet ist, dass er von einer umgebenden Sicherung gehalten ist.
11. Kraftstoffinjektor, der für eine Einspritzung von verdampfbarem flüssigen Kraftstoff in einen Zylinderluftansaugkanal eines Fremdzündungsmotors eingerichtet ist, wobei der Injektor eine Einspritzdüse, die einen Kraftstoffkanal mit einem Ventilsitz, der durch ein elektromagnetisch betätigtes Ventilelement selektiv in Eingriff gebracht werden kann, um die Zufuhr von unter Druck gesetztem Kraftstoff durch die Düse zu steuern, und eine Leitplatte außerhalb benachbart zu dem Ventilsitz aufweist, wobei die Leitplatte eine Innenseite, die derart ausgebildet ist, dass sie flüssigem Kraftstoff in der Düse ausgesetzt ist, eine Vielzahl von Sprühöffnungen durch die Platte, die derart ausgebildet sind, dass sie einen Kraftstoffsprühnebel in solch einen Luftansaugkanal zum Mischen und Verdampfen mit den Luftladungen in dem Kanal leiten, und eine Außenseite, die derart ausgebildet ist, dass sie Gemischen von Motoransaugluft und Kraftstoffsprühnebel in dem Ansaugkanal ausgesetzt ist, und die Verbesserung umfasst, wobei die Leitplatte zumindest einen Abschnitt aufweist, der aus einem Fluorpolymermaterial besteht, das gegenüber der Ausbildung von zurückbleibenden Kraftstoffablagerungen beständig ist.
12. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 11, wobei umlaufende Innenflächen der Leitplatten-Sprühöffnungen aus dem Fluorpolymermaterial bestehen.
13. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 11, wobei die Außenseite der Leitplatte benachbart zu den Sprühöffnungen aus dem Fluorpolymermaterial besteht.
14. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 11, wobei die Innenseite der Leitplatte benachbart zu den Sprühöffnungen aus dem Fluorpolymermaterial besteht.
15. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 12, wobei die Leitplatte benachbart zu den Sprühöffnungen ebenfalls aus dem Fluorpolymermaterial besteht.