DE69836048T2

DE69836048T2 - Flüssigkeitsmigrationsinhibitor für Kraftstoffeinspritzventile

Info

Publication number: DE69836048T2
Application number: DE69836048T
Authority: DE
Inventors: Johnny Newport News Leung; Mehran K. El Paso Rahbar
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2018-05-20
Also published as: EP0879952A3; EP0879952B1; US5820099A; EP0879952A2; DE69836048D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Kraftstoffeinspritzventile und speziell Kraftstoffeinspritzventile, die aus unterschiedlichen, d. h. metallischen und nichtmetallischen, Materialien hergestellt sind, wobei eine Fluidmigration zwischen den verbundenen unterschiedlichen Materialien auf ein Minimum begrenzt oder verhindert wird.
HINTERGRUND
Gegenwärtig hergestellte Kraftstoffeinspritzventile umfassen normalerweise ein Gehäuse, das eine innere Spulenbaugruppe umgibt, die außen liegende elektrische Leitungen zum Anschluss an eine Stromquelle aufweist, um der Spule Stromimpulse zuzuführen und zu bewirken, dass Kraftstoff periodisch durch das Einspritzventil hindurch in einen Verbrennungszylinder strömt. Diese Kraftstoffeinspritzventile sind normalerweise aus unterschiedlichen Materialien hergestellt, d. h. Kunststoffen zum Vergießen des Metallgehäuses und der Spulenbaugruppe sowie des äußeren elektrischen Anschlusses. Während der aktiven Nutzungsdauer des Kraftstoffeinspritzventils muss dieses in einer rauen Umgebung funktionieren, wo es vielfältigen Thermozyklen und Thermoschocks in Anwesenheit von Fluid, z. B. Wasser und anderen Arten von fluiden Stoffen, ausgesetzt ist. Während Erwärmungszyklen und bei Thermoschocks erfolgt die Ausdehnung und Kontraktion unterschiedlicher Materialien mit verschiedenen Geschwindigkeiten. Dies hat häufig zur Folge, dass an der Grenzfläche der unterschiedlichen Materialien ein Luftspalt gebildet wird. Außerdem ist zwischen den inneren und äußeren Bereichen des Kraftstoffeinspritzventils ein negativer Differenzdruck vorhanden, wodurch äußeres Fluid in die Arbeitskomponenten des Kraftstoffeinspritzventils hinein wandern und den elektrischen Anschluss oder andere innere Bauteile zum Beispiel durch Korrosion schädigen kann. Demzufolge ist ein wesentliches Problem bei Kraftstoffeinspritzventilen vorhanden, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, wobei Fluidmigration in Zwischenräumen zwischen den Grenzflächen der Materialien auftreten kann, die durch Thermozyklen und Thermoschocks sowie Dauerbetrieb verursacht wurden.
Genauer, das herkömmliche Kraftstoffeinspritzventil-Gehäuse ist aus Metall hergestellt und umschließt den Spulenkörper, der die Wicklungen enthält. Eine Kunststoffhülse ist normalerweise um das Kraftstoffeinlassanschlussstück an einem Ende des Gehäuses herum vorgesehen. Somit kann sich während der Verwendung an der Grenzfläche zwischen der Kunststoffhülse und dem Gehäuse ein Zwischenraum bilden, der die Migration von Fluid gestattet. Außerdem ist der Spulenkörper mit Anschlussstift-Aufnahmen versehen, durch welche die elektrische Leitung zu der äußeren elektrischen Signalquelle hindurchgeführt ist. Normalerweise ist eine Kalibrierbohrung in der Kunststoffhülse zum Kalibrieren des Kraftstoffeinspritzventils vorgesehen. Die Kunststoffhülse umschließt das Kraftstoffeinlassanschlussstück und eine innere Einstellhülse. Die Einstellhülse wird während der Kalibrierung axial in eine vorgegebene axiale Position relativ zum Kraftstoffeinlassanschlussstück gebracht und in dieser Position verstemmt. Der Verstemmungsprozess erfordert, dass ein Stift seitlich in das Kraftstoffeinlassanschlussstück getrieben wird, um das Material des Anschlussstücks und der Einstellhülse zu verformen und damit die Position der Einstellhülse in dem Kraftstoffeinlassanschlussstück zu fixieren. Die Kalibrierbohrung in der Kunststoffhülse setzt normalerweise das Metall des Kraftstoffeinlassanschlussstücks der Einwirkung verschiedener Fluide aus und erzeugt einen zusätzlichen Bereich potentieller Fluidmigration.
US 4405912 A beschreibt ein Kraftstoffeinspritzventil, das ein Magnetspulengehäuse, ein zylindrisches Polstück, Spulenkörper- und Magnetspulen-Baugruppen aufweist.
Die europäischen Patentanmeldungen EP 388494 A und EP 301381 A beschreiben die Kalibrierung eines typischen Kraftstoffeinspritzventils nach dem bisherigen Stand der Technik.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Kunststoffhülse im Bereich der Kalibrierbohrung eine dünne Schicht Kunststoff am Boden der Kalibrierbohrung auf, die einen Seitenwandbereich des Kraftstoffeinlassanschlussstücks überzieht. Wenn der Verstemmungs-Stift durch die Bohrung getrieben wird, um das Metall des Kraftstoffeinlassanschlussstücks zu verformen und somit die Einstellhülse in der axial eingestellten Position zu fixieren, wird die dünne Schicht Kunststoff am Boden der Bohrung zusammengedrückt, bricht jedoch nicht. Somit überzieht eine zusammenhängende Schicht aus Kunststoff der Hülse den metallischen Seitenwandbereich des Kraftstoffeinlassanschlussstücks im Bereich der Kalibrierbohrung sogar nach dem Verstemmen, so dass eine Fluidmigration verhindert wird, während dieser metallische Seitenwandbereich andernfalls nach dem Verstemmen freigelegt worden wäre.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzventil für einen Motor bereitgestellt, das umfasst: ein Gehäuse, einen Spulenkörper innerhalb des Gehäuses und Wicklungen um den Spulenkörper herum, ein Kraftstoffeinlassanschlussstück innerhalb des Gehäuses, das aus diesem hervorragt, einen Anker in dem Gehäuse und eine damit gekoppelte Nadel, einen Sitz um eine Düsenöffnung herum an einem Ende des Einspritzventils, wobei die Nadel in Reaktion auf eine Erregung der Wicklungen selektiv relativ zum Sitz beweglich ist, um einen Kraftstofffluss durch die Düsenöffnung hindurch zu ermöglichen, eine Einstellhülse, das innerhalb des Kraftstoffeinlassanschlussstücks angeordnet und mit diesem koaxial ist, eine Feder zwischen einem Ende der Einstellhülse und dem Anker zum Einstellen des Kraftstoffflusses durch die Düsenöffnung hindurch, eine aus Kunststoff hergestellte Hülse, die wenigstens einen Bereich des Kraftstoffeinlassanschlussstücks, der von einem Ende des besagten Einspritzventils entfernt ist, überzieht, eine Kalibrierbohrung in der Hülse, die eine dünne Schicht Kunststoffhülse-Material an einem Boden der Kalibrierbohrung enthält, die den Bereich des Kraftstoffeinlassanschlussstücks überzieht, wobei bei einer Kalibrierung und Verstemmung des Kraftstoffeinlassanschlussstücks und der Einstellhülse miteinander durch einen Verstemmungs-Stift, der auf den Boden der Kalibrierbohrung einwirkt, eine zusammenhängende Schicht Kunststoff in dem Boden der Kalibrierbohrung verbleibt, ohne dass ein Bereich des Kraftstoffeinlassanschlussstücks nach außen freigelegt wird.
Dementsprechend ist es eine vorrangige Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzventil für eine Kraftmaschine mit innerer Verbrennung bereitzustellen, das eine Kunststoffhülse aufweist, die speziell so gestaltet ist, dass eine Fluidmigration zwischen Kunststoff- und Metallteilen des Einspritzventils auf ein Minimum begrenzt oder verhindert wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht mit Teilen, die herausgebrochen und im Schnitt dargestellt sind, welche ein Kraftstoffeinspritzventil zeigt, das gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
1A ist eine Längsschnittdarstellung des Kraftstoffeinspritzventils von 1;
2 ist eine vergrößerte Seitenansicht mit Teilen, die herausgebrochen und im Schnitt dargestellt sind, des Gehäusebereichs des Kraftstoffeinspritzventils von 1;
die 3 und 4 sind vergrößerte Teilschnittdarstellungen von Nuten, die entlang der Seite des Gehäuses von 2 ausgebildet sind;
5 ist eine Schnittdarstellung entlang Linie 5-5 in 1, die das obere Ende des Kraftstoffeinspritzventils mit der Kalibrierbohrung zeigt;
6 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Kalibrierbohrung eines Kraftstoffeinspritzventils nach dem bisherigen Stand der Technik;
die 7 und 8 sind vergrößerte Teilschnittdarstellungen, die eine Kalibrierbohrung vor bzw. nach dem Verstemmen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen und den in 5 mit 7 bezeichneten kreisförmigen Bereich darstellen; und
9 ist eine vergrößerte Teilschnittdarstellung, welche die Kunststoffkapselung um die Nuten der Anschlussstift-Aufnahmen herum zeigen und den in 1A mit 9 bezeichneten kreisförmigen Bereich darstellen.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Es wird nun auf 1 Bezug genommen; sie zeigt ein allgemein mit 10 bezeichnetes Kraftstoffeinspritzventil, das gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist und im Allgemeinen eine obere Kunststoffhülse 12, einen seitlichen elektrischen Steckanschluss 14, in dem sich ein Anschlussstift 16 (1A) befindet, ein mittiges äußeres Gehäuse 18 und ein Gehäuseunterteil 20 umfasst. Am oberen und unteren Ende des Kraftstoffeinspritzventils sind O-Ringe 22 und 24 für Zwecke der Abdichtung zum Kraftstoff-Verteiler bzw. zum Einlasskrümmer vorgesehen. Es wird auf 1A Bezug genommen; das Gehäuse 18 umgibt einen Spulenkörper 26, um den herum sich Wicklungen 28 befinden, die durch Anschlussstift-Aufnahmen 30 hindurch mit den elektrischen Anschlussstiften 16 gekoppelt sind. Das untere Ende des Gehäuses 18 ist um das obere Ende des Gehäuseunterteils 20 herum durch Klemmverbindung befestigt. Der Spulenkörper 26, die Hülse 12 und das Gehäuseunterteil 20 weisen zueinander ausgerichtete axiale Durchgänge auf, um mechanische Teile des Einspritzventils zum Abheben der Nadel 31 von dem Ventilsitz 32 um die Ventilöffnung 34 am unteren Ende des Einspritzventils herum aufzunehmen.
Genauer, innerhalb der Hülse 12 und des Spulenkörpers 26 ist ein Kraftstoffeinlassanschlussstück 36 von der Form einer hohlen Hülse vorgesehen, das einen Kraftstofffilter 38 an seinem oberen Ende und eine axial bewegliche Einstellhülse 40 aufweist. Zwischen dem unteren Ende der Einstellhülse 40 und einem Anker 42 ist eine Feder 44 vorgesehen, die dazu dient, die Nadel 31 vorzuspannen, so dass sie gegen den Ventilsitz 32 in eine Position „Ventil geschlossen" oder abgedichtete Position gedrückt wird. Es ist klar, dass das Anlegen von Stromimpulsen an die Wicklungen 28 bewirkt, dass der Anker 42 die Ventilöffnung 34 öffnet, wobei die Feder 44 die Nadel 31 in ihre Position „Ventil geschlossen" zurück bewegt. Bei früheren Kraftstoffeinspritzventilen erstreckte sich die Kunststoffhülse 12 um die obere ringförmige Stirnseite des Gehäuses 18 herum und bildete dabei eine Grenzfläche zwischen dem Metall des Gehäuses 18 und dem Kunststoff der Hülse 12. Infolge von Thermozyklen und Thermoschocks blieb dabei die Möglichkeit einer Fluidmigration entlang der Grenzfläche bei Ausdehnung und Kontraktion dieser zwei unterschiedlichen Materialien mit verschiedenen Geschwindigkeiten bestehen.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Fluidmigration entlang der Grenzfläche der zwei unterschiedlichen Materialien auf ein Minimum begrenzt oder verhindert. Insbesondere ist die äußere Fläche des Gehäuses 18, die der Grenzfläche des Gehäuses mit der Kunststoffhülse 12 benachbart ist, wie in 2 dargestellt mit einer Reihe von Nuten 50 versehen. Die Nuten 50 können zylindrisch oder spiralförmig wie bei einem Gewinde sein. In 2 ist Kunststoffhülse 12 als gemäß der vorliegenden Erfindung bis um die Nuten 50 herum verlängert dargestellt. Wie in 3 und 4 dargestellt, können die Nuten 50 in konischer Form als Nuten 50a bzw. als rechteckige Nuten 50b in einer entweder spiralförmigen oder zylindrischen Form vorgesehen sein. Da die Kunststoffhülse nach unten und bis um die Nuten 50 des Gehäuses 18 herum verlängert ist, erfordert demzufolge ein eventueller Zwischenraum, der sich zwischen den unterschiedlichen Materialien der Hülse 12 und des Metallgehäuses 18 gebildet hat, noch immer einen stark gewundenen Weg, um eine Fluidmigration zwischen inneren und äußeren Teilen des Kraftstoffeinspritzventils zu erlauben. Das Vorsehen von Nuten entlang der Außenseite des Metallgehäuses 18 erhöht außerdem die Festigkeit des Kraftstoffeinspritzventils in struktureller Hinsicht.
Es wird nun auf 6 Bezug genommen; hier ist eine Kalibrierbohrung 58 dargestellt, die durch eine Kunststoffhülse eines Kraftstoffeinspritzventils nach dem bisherigen Stand der Technik hindurch ausgebildet ist. Es ist ersichtlich, dass die Kalibrierbohrung 58 eine zylindrische Bohrung ist, die vollständig durch die Kunststoffhülse 62 hindurch hergestellt ist, wobei sie einen Seitenwandbereich 64 eines metallischen Kraftstoffeinlassanschlussstücks 66 freilegt. Normalerweise würde ein Verstemmungs-Stift, der nicht dargestellt ist, durch die Kalibrierbohrung 58 hindurch getrieben, um das Metall des Kraftstoffeinlassanschlussstücks 66 zu verformen und das Anschlussstück 66 an der Einstellhülse 68 zu verstemmen. Es ist klar, dass hier nach dem Herausziehen des Verstemmungs-Stifts das Metall des Kraftstoffeinlassanschlussstücks 66 den Umweltbedingungen ausgesetzt blieb. Diese Exposition erhöhte die Möglichkeit der Bildung eines Zwischenraums an der Grenzfläche der Hülse 62 und der metallischen Außenseite des Kraftstoffeinlassanschlussstücks 66.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie in den 5, 7 und 8 dargestellt, die Kunststoffhülse 12 auf eine ähnliche Weise wie beim bisherigen Stand der Technik mit einer Kalibrierbohrung 70 hergestellt. Jedoch ist der Boden der Kalibrierbohrung 70 mit einer dünnen Schicht Kunststoff 72 versehen, die den Seitenwandbereich des Kraftstoffeinlassanschlussstücks 36 überzieht. Daher liegt vor dem Verstemmen keine der metallischen Flächen des Kraftstoffeinlassanschlussstücks im Bereich der Kalibrierbohrung 70 frei. In 8 sind die Kunststoffhülse 12, das Kraftstoffeinlassanschlussstück 36 und die Einstellhülse 40 nach dem Verstemmen dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der Verstemmungs-Stift, der nicht dargestellt ist, die dünne Kunststoffschicht 72, das Kraftstoffeinlassanschlussstück 36 und die Einstellhülse 40 verformt hat. Obwohl jedoch die dünne Schicht aus Kunststoff 72 verformt worden ist, bleibt sie als eine Schicht bestehen, welche die metallische Oberfläche des Seitenwandbereichs des Kraftstoffeinlassanschlussstücks 36 überzieht. Somit überzieht nach dem Verstemmen eine zusammenhängende Schutzschicht aus Kunststoff der Hülse 12 die metallische Oberfläche des Kraftstoffeinlassanschlussstücks 36 im Bereich der Kalibrierbohrung. Demzufolge wird eine Fluidmigration in diesem Bereich gehemmt oder verhindert.
Es wird auf 9 Bezug genommen; die Anschlussstift-Aufnahme 30, die sich durch Öffnungen im Gehäuse 18 hindurch erstreckt, ist mit einer Vielzahl von axial in Abständen voneinander angeordneten Nuten 74 versehen. Die Außenflächen der Anschlussstift-Aufnahmen weisen Zwischenräume zu den Innenwänden der Öffnungen im Gehäuse 18 auf. Während des Prozesses des Aufformens der Hülse aus Kunststoff dringt der Kunststoff in diese Zwischenräume und in die Nuten 74 der Anschlussstift-Aufnahmen 30 ein. Demzufolge wird erneut für einen gewundenen Weg zwischen den unterschiedlichen Materialien gesorgt, was eine Fluidmigration an der Grenzfläche der Materialien vorbei hemmt oder verhindert.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil (10) für einen Motor, das umfasst: ein Gehäuse (18); einen Spulenkörper (26) innerhalb des besagten Gehäuses (18) und Wicklungen (28) um den besagten Spulenkörper (26) herum; ein Einlassanschlussstück (36) innerhalb des besagten Gehäuses (18), das aus diesem hervorragt; einen Anker (42) in dem besagten Gehäuse (18) und eine damit gekoppelte Nadel (31), einen Sitz (32) um eine Düsenöffnung (34) herum an einem Ende des besagten Einspritzventils (10), wobei die besagte Nadel (31) in Reaktion auf eine Erregung der besagten Wicklungen (28) selektiv relativ zu dem besagten Sitz (32) beweglich ist, um einen Kraftstofffluss durch die besagte Düsenöffnung (34) hindurch zu ermöglichen; eine Einstellhülse (40), die innerhalb des besagten Einlassanschlussstücks (36) angeordnet und mit diesem koaxial ist; eine Feder (44) zwischen einem Ende der besagten Einstellhülse (40) und dem besagten Anker (42) zum Einstellen des Kraftstoffflusses durch die besagte Düsenöffnung (34) hindurch; eine aus Kunststoff hergestellte Hülse (12), die wenigstens einen Bereich des besagten Einlassanschlussstücks (36), der von dem besagten einen Ende des besagten Einspritzventils (10) entfernt ist, überzieht; gekennzeichnet durch eine Kalibrierbohrung (70) in der besagten Hülse (12), die eine dünne Schicht Kunststoffhülsenmaterial (72) an einem Boden der besagten Kalibrierbohrung (70) enthält, die den besagten Bereich des Einlassanschlussstücks überzieht, wobei bei einer Kalibrierung und Verstemmung des besagten Einlassanschlussstücks (36) und der besagten Einstellhülse (40) miteinander durch einen Verstemmungs-Stift, der auf den Boden der besagten Kalibrierbohrung (70) einwirkt, eine zusammenhängende Schicht Kunststoff (72) in dem besagten Boden der Kalibrierbohrung (70) verbleibt, ohne dass ein Bereich des Einlassanschlussstücks nach außen freigelegt wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei der besagte Bereich des Einlassanschlussstücks (36), der dem Boden der Kalibrierbohrung (70) benachbart ist, nach dem Verstemmen eine radial nach innen gerichtete Verformung aufweist, die sich in die besagte Einstellhülse (40) hinein erstreckt, um die besagte Einstellhülse (40) in einer vorgegebenen axialen Position innerhalb des besagten Einlassanschlussstücks (36) zu halten.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei das besagte Gehäuse (18) eine Vielzahl von Nuten (50, 50a, 50b) um eine äußere Fläche desselben herum aufweist, die von dem Kunststoff der besagten Hülse (12) überzogen ist, wobei ein gewundener Weg erzeugt wird, um das Eindringen von Fluid in das Kraftstoffeinspritzventil (10) auf ein Minimum zu begrenzen.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei die besagten Wicklungen (28) mit einem elektrischen Anschlussstift (16), der sich außerhalb der besagten Hülse (12) befindet, gekoppelt sind, wobei eine Anschlussstift-Aufnahme (30) von dem besagten Spulenkern (26) getragen wird und aus diesem herausragt, wobei das besagte Gehäuse (18) eine Öffnung an seinem anderen Ende aufweist, wobei sich die besagte Anschlussstift-Aufnahme (30) durch die besagte Öffnung hindurch erstreckt und wenigstens eine Nut (74) um eine äußere Fläche der Aufnahme herum aufweist, um das Eindringen von Fluid in die besagten Wicklungen (28) des besagten Spulenkörpers (26) auf ein Minimum zu begrenzen.