DE112018001467T5 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung aufweisend eine hydrophobe beschichtung - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bei welcher mindestens ein Abschnitt der Einspritzvorrichtung mit einem Überformungsmaterial überzogen ist; wobei der überformte Abschnitt mindestens zum Teil mit einem Material aufweisend hydrophobe Eigenschaften beschichtet ist.
Description
- Technisches Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Kraftstoffeinspritzvorrichtung zur Zuführung von Kraftstoff zum Einlasssystem einer Verbrennungskraftmaschine. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche mit einem hydrophoben Material beschichtet ist, um Flüssigkeitswanderung zur Einspritzvorrichtung zu verhindern.
- Allgemeiner Stand der Technik
- Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, welche zum Zuführen von Kraftstoff zum Motor verwendet werden, arbeiten für längere Zeiten mit hohem Druck und über breite Temperaturbereiche hinweg. Diese Einspritzvorrichtungen weisen einen Überformabschnitt an der Oberfläche der Einspritzvorrichtung auf, welcher hauptsächlich dazu verwendet wird, interne Komponenten einzukapseln und dadurch die Einspritzvorrichtung vor der Umgebung zu schützen. Eine Überformung stellt zum Beispiel Korrosionsschutz der Einspritzvorrichtung sowie Isolierung der elektrischen Komponenten innerhalb der Einspritzvorrichtung bereit.
- Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung und der überformte Abschnitt sind aus unterschiedlichen Materialien hergestellt. Bei Bedingungen hoher Temperatur und/oder hohen Drucks können sich Spalten entlang des Kontaktbereichs zwischen der Überformung und der Einspritzvorrichtung bilden, was eine Flüssigkeitswanderung durch diese Spalten zur Einspritzvorrichtung zur Folge hat. Daher besteht ein Bedarf für eine neuartige Kraftstoffeinspritzvorrichtung, in welcher eine Flüssigkeitswanderung ausgeschlossen ist.
- Aufgaben der Erfindung
- Die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Flüssigkeitswanderung zur Einspritzvorrichtung zu verhindern.
- Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine über lange Zeit beständige Kraftstoffeinspritzvorrichtung bereitzustellen.
- Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung sicherzustellen, welche für jegliche Flüssigkeit in der Umgebung undurchlässig und beständig gegen Bedingungen hoher Temperatur und hohen Drucks ist.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Die vorgenannten Aufgaben werden durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der vorliegenden Erfindung erreicht.
- In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, mit der Maßgabe, dass mindestens ein Abschnitt der Einspritzvorrichtung mit einem Überformungsmaterial überzogen ist; wobei der überformte Abschnitt mindestens zum Teil mit einem Material, welches hydrophobe Eigenschaften aufweist, beschichtet ist.
- In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung wird die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Dieselkraftstoffeinspritzsystemen verwendet.
- In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Überformungsmaterial PA-66 oder PA-6T.
- In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Überformungsmaterial PA-66.
- In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Material, welches hydrophobe Eigenschaften aufweist, ein superhydrophobes Material.
- In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das superhydrophobe Material Manganoxid-Polystyrol (MnO2/PS).
- In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das superhydrophobe Material ein Nanoverbundwerkstoff aus Zinkoxid-Polystyrol (ZnO/PS).
- In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das superhydrophobe Material gefälltes Calciumkarbonat.
- In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das superhydrophobe Material Strukturen aus Kohlenstoff-Nanoröhren.
- In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das superhydrophobe Material eine Siliciumdioxid-Nanobeschichtung.
- In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kontaktwinkel des Materials aufweisend hydrophobe Eigenschaften größer als 150°.
- Ausführliche Beschreibung der Erfindung
- Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, welche in Kraftstoffeinspritzsystemen verwendet werden, geben Kraftstoff an die Brennkammer ab. Traditionelle Kraftstoffeinspritzvorrichtungen weisen eine umformte Einfassung in Verbindung mit dem Metallgehäuse auf. Die Überformung schützt die inneren Komponenten der Einspritzvorrichtung vor der Umgebung. Das Gehäuse der Einspritzvorrichtung ist aus Metall hergestellt und die Einspritzvorrichtung ist mit einem geeigneten Kunststoffmaterial überformt. Die Materialien der Überformung und des Gehäuses der Einspritzvorrichtung sind vollkommen unterschiedlich hinsichtlich ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften.
- Vor allem unterscheiden sich die thermischen Ausdehnungswerte von Metallen und Kunststoffen. Die thermische Ausdehnung von Kunststoffen ist größer als jene von Metallen. Da sich Kunststoff und Metall nicht im selben Ausmaß ausdehnen, können sich entlang des Kontaktbereichs zwischen der Überformung und der Einspritzvorrichtung Löcher bilden, wenn sie während des Betriebs Hitze ausgesetzt sind. Löcher sind nicht erwünscht, da sie eine Flüssigkeitswanderung durch diese Löcher zur Einspritzvorrichtung verursachen. Flüssigkeiten können während des Betriebs des Kraftstoffeinspritzsystems aufgrund der Bedingungen hoher Temperatur im Einspritzmittel vorhanden sein. Wenn Flüssigkeit durch diese Löcher zur Kraftstoffeinspritzvorrichtung vordringt, beschleunigt sich die Verformung der Einspritzvorrichtung und die Leistung des Systems wird schlechter. Da außerdem der elektrische Verbinder mit einer Überformungsschicht umgeben ist, kann Flüssigkeitswanderung zum elektrischen Verbinder ernste Probleme mit der elektrischen Leitung verursachen. Flüssigkeitswanderung führt ferner zu schlechter Beständigkeit und einer verkürzten Lebensdauer der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen.
- Die Nachteile, die sich aus dem Umstand der Flüssigkeitswanderung zur Einspritzvorrichtung ergeben, werden durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der vorliegenden Erfindung überwunden.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der elektrische Verbinder an der Oberseite der Einspritzvorrichtung angeordnet. Dieser Verbinder wird dazu verwendet, die Verbindung zwischen dem an der Einspritzvorrichtung ankommenden Strom und dem Motorsystem herzustellen. Der elektrische Verbinder wird mit einem geeigneten Überformungsmaterial geformt. Danach wird der überformte Abschnitt mindestens zum Teil mit einem hydrophoben Material beschichtet. Auf diese Weise wird die Kraftstoffeinspritzvorrichtung aufweisend eine hydrophobe Beschichtung auf der Oberfläche des überformten Abschnitts bereitgestellt. Die hydrophobe Beschichtung weist die Fähigkeit auf, Wasser abzustoßen; wodurch sie dafür geeignet ist, die Ablagerung der Flüssigkeit darauf zu verhindern. Mit anderen Worten beschränkt die hydrophobe Beschichtung die Haftung zwischen den Flüssigkeitströpfchen und einer Grundfläche.
- Das Überformungsmaterial kann irgendein Polymermaterial sein, der zum Kunststoffspritzgießen geeignet ist; vorzugsweise umfasst das Überformungsmaterial Polyamid 6,6 (PA66), Polyamid 6T (PA6T). Die Überformung wird durch ein Spritzgussverfahren gebildet.
- Beim Überformungsschritt liegt der Haltedruck im Bereich zwischen 332 und 551 Bar, der Prozessdruck liegt im Bereich zwischen 1567 und 1710 Bar, und die Prozesstemperatur liegt im Bereich zwischen 256 °C und 281 °C.
- Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung weist ein Traggehäuse aus Metall auf, das Gehäuse der Einspritzvorrichtung ist vorzugsweise aus Stahl hergestellt.
- Mindestens ein Abschnitt der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist von einem geeigneten Überformungsmaterial umgeben. Der elektrische Verbinder, der am oberen Abschnitt der Kraftstoffeinspritzvorrichtung angeordnet ist, ist mit einem Polymermaterial, wie zum Beispiel PA 66, überformt. Die überformte Einspritzvorrichtung kann verschiedene Probleme verursachen. Zum Beispiel wird die Einspritzvorrichtung während des Betriebs des Kraftstoffeinspritzsystems hoher Temperatur ausgesetzt, weswegen eine Verformung der Form der Einspritzvorrichtung unvermeidlich ist. Wenn die Temperatur ansteigt, dehnen sich sowohl der Metallteil der Einspritzvorrichtung als auch der Kunststoffteil der Überformung in einem Ausmaß proportional zu ihren ursprünglichen Längen und thermischen Ausdehnungswerten aus. Aufgrund der Tatsache, dass die thermische Ausdehnung in Kunststoffen größer ist, als jene von Metallen, dehnen sich der Überformungsteil und die Einspritzvorrichtung nicht im selben Ausmaß aus. Da sich der Überformungsabschnitt viel mehr ausdehnt, als der Metallabschnitt der Einspritzvorrichtung, kann der Kontaktbereich zwischen diesen seine anfängliche Form nicht beibehalten. Die höhere Ausdehnung des Kunststoffs führt zu Löchern im Kontaktbereich zwischen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung und der Überformung.
- Flüssigkeit kann unschwer durch diese Löcher gelangen und die Innenseite der Kraftstoffeinspritzvorrichtung erreichen. Flüssigkeitswanderung wird verhindert, indem der überformte Abschnitt mit einem Material beschichtet wird, welches hydrophobe Eigenschaften aufweist. Der überformte Abschnitt ist mindestens zum Teil mit einem geeigneten hydrophoben Material überzogen, um eine flüssigkeitsdichte Einspritzvorrichtung zu bereitzustellen.
- Der Begriff „hydrophobe Beschichtung“ bezieht sich auf eine wasserabweisende Beschichtung. Geeignetes hydrophobes Beschichtungsmaterial sind superhydrophobe Materialien und umfassen Manganoxid-Polystyrol (MnO2/PS), Nanoverbundstoff aus Zinkoxid-Polystyrol (ZnO/PS), gefälltes Calciumkarbonat, Strukturen aus Kohlenstoff-Nanoröhren oder Siliciumdioxid-Nanobeschichtung.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die hydrophobe Beschichtung einen Kontaktwinkel von Flüssigkeitströpfchen von mehr als 150° auf. Der „Kontaktwinkel“ definiert einen durch die Überschneidung der Flüssigkeits-Festkörper-Grenzfläche und der Flüssigkeits-Dampf-Grenzfläche gebildeten Winkel; und wird als ein Maß für das Benetzungsverhalten einer Oberfläche verwendet.
- Die hydrophobe Lösung des Beschichtungsmaterials kann durch ein beliebiges Verfahren, unter anderem Sprühen, Tauchen, Streichen und Fließbeschichten, auf die überformte Fläche aufgebracht werden.
Claims (11)
- Kraftstoffeinspritzvorrichtung, mit der Maßgabe, dass mindestens ein Abschnitt der Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Überformungsmaterial überzogen ist; wobei der überformte Abschnitt mindestens zum Teil mit einem Material, welches hydrophobe Eigenschaften aufweist, beschichtet ist.
- Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Dieselkraftstoffeinspritzsystemen verwendet wird. - Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei das Überformungsmaterial PA66 oder PA6T umfasst. - Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach
Anspruch 3 , wobei das Überformungsmaterial PA66 ist. - Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei das Material aufweisend hydrophobe Eigenschaften ein superhydrophobes Beschichtungsmaterial ist. - Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei das Material Manganoxid-Polystyrol (MnO2/PS) ist. - Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei das Material ein NanoVerbundwerkstoff aus Zinkoxid-Polystyrol (ZnO/PS) ist. - Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei das Material gefälltes Calciumkarbonat ist. - Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei das Material Strukturen aus Kohlenstoff-Nanoröhren umfasst. - Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei das Material eine Siliciumdioxid-Nanobeschichtung ist. - Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei der Kontaktwinkel des Materials aufweisend hydrophobe Eigenschaften größer als 150° ist.
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