DE69908906T2

DE69908906T2 - Unmagnetisches schalenbauteil für ein geschweisstes kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE69908906T2
Application number: DE69908906T
Authority: DE
Inventors: C. Bryan HALL
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 1998-02-05
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2019-01-23
Also published as: JP4253127B2; JP2002509218A; US6024293A; WO1999040315A1; DE69908906D1; EP1053398A1; US6019297A; KR20010040600A; BR9907673A; EP1053398B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft magnetisch betätigte Kraftstoffeinspritzdüsen, die zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor verwendet werden.
Hintergrund der Erfindung
In der Kraftstoffeinspritzdüsen betreffenden Technik ist es bekannt, hermetische Laserschweißverbindungen anstelle von großen, viel Platz benötigenden O-Ringen zu verwenden, um den Gesamtdurchmesser der Einspritzdüse zu verringern. Bei der Fertigung oder Montage solcher Einspritzdüsen ist es bekannt, die Spulenbaugruppe auf dem Kraftstoffeinlassrohr axial in eine Position zu bewegen, die es ermöglicht, die nichtmagnetische Ummantelung und das Kraftstoffeinlassrohr zusammenzuschweißen. Nach dem Schweißen wird die Spule axial verschoben, so dass sie die Laserschweißverbindung überdeckt.
Eine solche Konstruktion gewährleistet eine Kraftstoffeinspritzdüse mit verringerten Abmessungen. Es ist jedoch eine Spule erforderlich, die einen abgestuften oder größeren Innendurchmesser aufweist, damit sie axial verschoben und über der Schweißverbindung angebracht werden kann. Eine abgestufte Spule verbraucht Platz, der für Wicklungen benötigt wird, und ist teuer.
Ferner erfordern solche Einspritzdüsen typischerweise eine kurze Eingriffslänge der nichtmagnetischen Ummantelung, welche an das Kraftstoffrohr geschweißt ist, um eine gewisse Steuerung der Länge der Einspritzdüse zu ermöglichen, da die Spule axial entlang des Kraftstoffrohrs bewegt werden muss. Diese kurze Eingriffslänge der nichtmagnetischen Ummantelung führt dazu, dass sich der Arbeitsspalt (der Spalt zwischen dem Ende des Kraftstoffrohrs und dem Anker) außerhalb des einen starken Magnetfluss aufweisenden Bereiches der Spule befindet.
Es ist erforderlich, die Gesamtabmessungen der Einspritzdüsen-Baugruppe und insbesondere die Länge der Einspritzdüse zu verringern und zu erreichen, dass sich der Arbeitsspalt innerhalb des einen starken Magnetfluss aufweisenden Bereiches der Spule befindet.
In US-5.494.223 wird eine Kraftstoffeinspritzdüse beschrieben, bei der ein nicht ferromagnetisches Element zwischen einer ferromagnetischen Kraftstoffeinspritzdüse und einer ferromagnetischen Ventilgehäusekonstruktion angeordnet und mit ihnen verbunden ist. Die Ventilgehäusekonstruktion wird an dem nicht ferromagnetischen Element angebracht, indem das obere axiale Ende der Ventilgehäusekonstruktion teleskopartig auf den Außendurchmesser des unteren Endes des nicht ferromagnetischen Elements aufgeschoben wird und indem ein Anker an einer zylindrischen Führungsfläche in einer Bohrung der Ventilgehäusekonstruktion zu einer Position geführt wird, die sich axial unter der axialen Position befindet, wo das obere Ende der Ventilgehäusekonstruktion und das untere Ende des nicht ferromagnetischen Elements teleskopartig ineinander eingreifen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine geschweißte Kraftstoffeinspritzdüse mit verringerten Abmessungen bereit, die eine vergrößerte Eingriffslänge zwischen der nichtmagnetischen Ummantelung und dem Kraftstoffrohr aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem eine Kraftstoffeinspritzdüse bereit, bei der sich der Arbeitsspalt in dem einen starken Magnetfluss aufweisenden Bereich der Spule befindet.
Erfindungsgemäß wird eine magnetisch betätigte Kraftstoffeinspritzdüse zur Verwendung in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor bereitgestellt, wobei die besagte Kraftstoffeinspritzdüse umfasst: ein langgestrecktes ferromagnetisches Einlassrohr, das einen Abschnitt mit größerem Außendurchmesser und einen Abschnitt mit verringertem Außendurchmesser aufweist und eine Stufe zwischen diesen Abschnitten sowie ein von der besagten Stufe entferntes Ende definiert; eine zwei Enden aufweisende nichtmagnetische Ummantelung, die einen angeformten langgestreckten rohrförmigen Abschnitt, der einen über dem besagten Abschnitt mit verringertem Durchmesser des Einlassrohres angebrachten Innendurchmesser aufweist, ein an die besagte Stufe stoßendes Endstück an einem Ende und einen mit der Ventilgehäuseummantelung im Eingriff befindlichen Abschnitt am anderen Ende umfasst; eine Spule, die um den besagten langgestreckten rohrförmigen Abschnitt der besagten nichtmagnetischen Ummantelung herum angebaut ist und auf dem besagten mit der Ventilgehäuseummantelung im Eingriff befindlichen Abschnitt sitzt, wobei die besagte Spule eine Länge aufweist, die an wenigstens einem Umfangspunkt der Spule kleiner ist als die des besagten langgestreckten rohrförmigen Abschnitts, wodurch sie es ermöglicht, dass das besagte Einlassrohr bei Drehung relativ zur Spule an die besagte nichtmagnetische Ummantelung geschweißt wird, ohne dass es erforderlich ist, die besagte Spule in Längsrichtung zu bewegen.
Bei einer Ausführungsform weist die Spule in einem Ende einen Schlitz auf, der im Bereich des Endstückes des langgestreckten rohrförmigen Abschnitts der nichtmagnetischen Ummantelung angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass ein Laserschweißstrahl auf das Endstück des langgestreckten rohrförmigen Abschnitts der nichtmagnetischen Ummantelung und das Einlassrohr gerichtet wird, wenn die nichtmagnetische Ummantelung und das Einlassrohr zusammengeschweißt werden.
Die Kraftstoffeinspritzdüse umfasst außerdem eine Ventilgehäuseummantelung, die mit der nichtmagnetischen Ummantelung verbunden ist und eine nichtmagnetische Ummantelungs-Unterbaugruppe bildet. Ein Ventilgehäuse, welches einen Anker und Ventilmittel umfasst, kann in die Ventilgehäuseummantelung der nichtmagnetischen Ummantelungs-Unterbaugruppe eingebaut werden.
Vorzugsweise ist der Anker in diesen Einspritzdüsen in der Nähe des Endstückes des Abschnittes mit verringertem Außendurchmesser des Einlassrohres und in gewissem Abstand von diesem angeordnet und definiert einen Arbeitsspalt, der sich innerhalb des von der Spule definierten Bereiches befindet.
Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zum Zusammenbau einer magnetbetätigten Kraftstoffeinspritzdüse zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Anbringung einer Spule über einer nichtmagnetischen Ummantelung, welche ein Ende aufweist, das sich über einen verkürzten Abschnitt der Spule hinaus erstreckt; Einpressen eines Einlassrohres in die besagte nichtmagnetische Ummantelung; Drehen des besagten Einlassrohres und der nichtmagnetischen Ummantelung relativ zu der Spule um eine Längsachse; und gleichzeitig durchgeführtes Zusammenschweißen des besagten Einlassrohres und der nichtmagnetischen Ummantelung an dem besagten Ende der Ummantelung, wenn es während des besagten Schrittes des Drehens durch den besagten verkürzten Abschnitt der Spule hindurch zugänglich ist.
Bei dem bevorzugten Verfahren des Zusammenbaus wird die nichtmagnetische Ummantelung auf einer Ventilgehäuseummantelung angebracht, so dass eine nichtmagnetische Ummantelungs-Unterbaugruppe gebildet wird.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung besser verständlich, welche unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen:
ist 1 eine Längsschnittzeichnung einer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Kraftstoffeinspritzdüse;
ist 2 eine Perspektivansicht einer aus Spule, Rohr und Ummantelung bestehenden Baugruppe der Kraftstoffeinspritzdüse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
ist 3 eine Längsschnitt-Perspektivansicht der Baugruppe von 2; und
sind die 4–7 jeweils Längsschnittzeichnungen, die eine Folge von Schritten veranschaulichen, welche während des Zusammenbaus der Kraftstoffeinspritzdüse von 1 ausgeführt werden.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Es wird nun im Einzelnen auf die Zeichnungen Bezug genommen; mit der Bezugszahl 10 wird allgemein eine Kraftstoffeinspritzdüse zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor bezeichnet. Wie im Weiteren ausführlicher beschrieben wird, ist der Arbeitsspalt der Kraftstoffeinspritzdüse zu dem einen starken Magnetfluss aufweisenden Bereich der Spule hin angeordnet, um eine bessere Leistung der Einspritzdüse zu erzielen. Außerdem ist die nichtmagnetische Ummantelung so konstruiert, dass sie an das Einlassrohr angeschweißt werden kann, ohne dass die Spule in Längsrichtung oder in vertikaler Richtung bewegt wird.
Die 1 und 2 zeigen den Aufbau der Einspritzdüse 10. Ein langgestrecktes ferromagnetisches Einlassrohr 12 zum Einleiten von druckbelastetem Kraftstoff in die Einspritzdüse ist, wie im Weiteren ausführlicher beschrieben wird, hermetisch an eine nichtmagnetische Ummantelungs-Unterbaugruppe 14 angeschweißt, die aus einer nichtmagnetischen Ummantelung 14a und einer Ventilgehäuseummantelung 14b besteht. Eine Spule 16 zur Erzeugung eines Magnetflusses zur Aktivierung der Einspritzdüse ist über der Schweißnaht angeordnet, und eine Ventilgehäusebaugruppe 18 ist mit der Ventilgehäuseummantelung 14b der nichtmagnetischen Ummantelungs-Unterbaugruppe 14 verbunden.
Es wird weiterhin auf die 1 und 2 Bezug genommen; das langgestreckte Einlassrohr 12 ist ferromagnetisch und weist einen Abschnitt mit größerem Außendurchmesser 20 und einen Abschnitt mit verringertem Außendurchmesser 22 auf. Die Außendurchmesser-Abschnitte 20 und 22 stoßen aneinander und definieren zwischen sich eine Stufe 24. Die nichtmagnetische Ummantelungs-Unterbaugruppe 14 umfasst eine nichtmagnetische Ummantelung 14a, die einen angeformten langgestreckten rohrförmigen Abschnitt 26 und einen mit der Ventilgehäuseummantelung im Eingriff befindlichen Abschnitt 28, an den die Ventilgehäuseummantelung 14b angeschweißt ist, aufweist. Der langgestreckte rohrförmige Abschnitt 26 weist einen Innendurchmesser auf, der über dem Abschnitt mit verringertem Durchmesser 22 des Einlassrohrs 12 angebracht werden kann, wobei der Zusammenbau auf teleskopartige Weise erfolgt, und stößt an einem Ende am Endstück 30 an die Stufe 24.
Die Spule 16 kann um den langgestreckten rohrförmigen Abschnitt 26 der nichtmagnetischen Ummantelungs-Unterbaugruppe 14 herum mit einer einen losen Sitz gewährleistenden Toleranz angebracht werden, so dass sie auf der nichtmagnetischen Ummantelung 14a rotieren kann. Die Spule 16 sitzt auf dem mit der Ventilgehäuseummantelung im Eingriff befindlichen Abschnitt 28 der nichtmagnetischen Ummantelungs-Unterbaugruppe 14. Die Spule 16 weist an wenigstens einem Umfangspunkt der Spule eine Länge auf, die kleiner ist als die des langgestreckten rohrförmigen Abschnitts 26, was es ermöglicht, das Einlassrohr 12 bei Drehung relativ zur Spule an die nichtmagnetische Ummantelung 14a anzuschweißen, ohne dass die Spule vertikal oder in Längsrichtung entlang der Achse der Einspritzdüse bewegt werden muss.
Bei der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsform umfasst die Spule 16 einen Schlitz 32 in einem Ende 34, das im Bereich des Endstückes des langgestreckten rohrförmigen Abschnitts 26 der nichtmagnetischen Ummantelung 14 angeordnet ist. Der Schlitz 32 ermöglicht es, dass ein mit L bezeichneter Laserschweißstrahl auf das Endstück 30 des langgestreckten rohrförmigen Abschnitts 26 und das Einlassrohr 12 gerichtet wird, wenn das Einlassrohr und die Ummantelung hermetisch miteinander verschweißt werden.
Es wird weiterhin auf 1 Bezug genommen; ein Ventilgehäuse 36, das einen Anker 38 und Ventilmittel 40 umfasst, kann mit Hilfe herkömmlicher Mittel in den Ventilgehäuseummantelungs-Abschnitt der nichtmagnetischen Ummantelungs-Unterbaugruppe 14 eingebaut werden. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, ist der Anker in der Nähe des Endstückes des Abschnittes mit verringertem Außendurchmesser 22 des Einlassrohres 12 und in gewissem Abstand von diesem angeordnet und definiert einen Arbeitsspalt 42. Der Arbeitsspalt 42 befindet sich innerhalb des durch die Spule 16 definierten Bereiches in dem einen starken Magnetfluss aufweisenden Bereich der Spule. Dadurch, dass der Anker 38 und der Arbeitsspalt 42 in den einen starken Magnetfluss aufweisenden Bereich der Spule 16 verlagert wurden, besitzt die Spule eine erhöhte Leistung, ohne dass dies mit einer Erhöhung der Kosten der Einspritzdüse verbunden ist.
Es wird nun auf die 4–7 der Zeichnungen Bezug genommen; sie zeigen die Folge der Schritte, die während der Herstellung der Einspritzdüse 10 ausgeführt werden. 4 zeigt die Spule 16, die über der nichtmagnetischen Ummantelungs-Unterbaugruppe 14 angeordnet ist und auf dem mit der Ventilgehäuseummantelung im Eingriff befindlichen Abschnitt 28 der nichtmagnetischen Ummantelungs-Unterbaugruppe sitzt. Das Einlassrohr 12 wird mit seinem Abschnitt mit verringertem Durchmesser 22 teleskopartig in den langgestreckten rohrförmigen Abschnitt 26 der nichtmagnetischen Ummantelung eingeführt, bis dieser an die Stufe 24 im Einlassrohr stößt, wie in 5 dargestellt ist.
Es wird weiterhin auf 5 sowie auf 3 Bezug genommen; das Endstück 30 des langgestreckten rohrförmigen Abschnitts 26 der nichtmagnetischen Ummantelungs-Unterbaugruppe 14 wird mittels Laserschweißen an das Einlassrohr 12 geschweißt, wobei während des Schweißvorgangs die Spule festgehalten wird und das Einlassrohr und die nichtmagnetische Ummantelung gedreht werden. Da es nicht erforderlich ist, dass die Spule 16 während des Zusammenbaus entlang der Längsachse der Einspritzdüse 10 bewegt wird, kann der Arbeitsspalt 42 der Einspritzdüse in den einen starken Magnetfluss aufweisenden Bereich der Spule verlagert werden, wenn die Eingriffslänge der nichtmagnetischen Ummantelung 14 und des Einlassrohres 12 vergrößert wird.
6 zeigt die Anordnung eines Gehäuses 44 über einem Abschnitt des Einlassrohres 12 und der Spule 16. 7 zeigt das Gehäuse 42 in seiner endgültigen Position auf der Einspritzdüse 10.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wurde, können selbstverständlich im Rahmen der beschriebenen erfinderischen Konzepte zahlreiche Änderungen vorgenommen werden. Dementsprechend soll die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein, sondern den vollen Umfang haben, der durch die Formulierungen der folgenden Ansprüche definiert wird.

Claims

Magnetisch betätigte Kraftstoffeinspritzdüse (10) zur Verwendung in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor, wobei die besagte Kraftstoffeinspritzdüse (10) umfasst: ein langgestrecktes ferromagnetisches Einlassrohr (12), das einen Abschnitt mit größerem Außendurchmesser (20) und einen Abschnitt mit verringertem Außendurchmesser (22) aufweist und eine Stufe (24) zwischen diesen Abschnitten sowie ein von der besagten Stufe (24) entferntes Ende definiert; eine zwei Enden aufweisende nichtmagnetische Ummantelung (14a), die einen angeformten langgestreckten rohrförmigen Abschnitt (26), der einen über dem besagten Abschnitt mit verringertem Durchmesser (22) des Einlassrohres (12) angebrachten Innendurchmesser aufweist, ein an die besagte Stufe (24) stoßendes Endstück (30) an einem Ende und einen mit der Ventilgehäuseummantelung im Eingriff befindlichen Abschnitt (28) am anderen Ende umfasst; eine Spule (16), die um den besagten langgestreckten rohrförmigen Abschnitt (26) der besagten nichtmagnetischen Ummantelung (14a) herum angebaut ist und auf dem besagten mit der Ventilgehäuseummantelung im Eingriff befindlichen Abschnitt (28) sitzt, wobei die besagte Spule (16) eine Länge aufweist, die an wenigstens einem Umfangspunkt der Spule kleiner ist als die des besagten langgestreckten rohrförmigen Abschnitts (26), wodurch sie es ermöglicht, dass das besagte Einlassrohr (12) bei Drehung relativ zur Spule (16) an die besagte nichtmagnetische Ummantelung (14a) geschweißt wird, ohne dass es erforderlich ist, die besagte Spule (16) in Längsrichtung zu bewegen.
Magnetisch betätigte Kraftstoffeinspritzdüse (10) nach Anspruch 1, welche umfasst: eine Ventilgehäuseummantelung (14b), die an dem besagten mit der Ventilgehäuseummantelung im Eingriff befindlichen Abschnitt (28) der besagten nichtmagnetischen Ummantelung (14a) angebracht ist und mit dieser zusammen eine nichtmagnetische Ummantelungs-Unterbaugruppe (14) definiert.
Magnetisch betätigte Kraftstoffeinspritzdüse (10) nach Anspruch 2, welche umfasst: ein einen Anker (38) und Ventilmittel (40) umfassendes Ventilgehäuse (36), das in den besagten Ventilgehäuseummantelungs-Abschnitt (14b) der besagten nichtmagnetischen Ummantelungs-Unterbaugruppe (14) eingebaut ist; wobei der besagte Anker (38) in der Nähe des besagten Endes des Abschnittes mit verringertem Außendurchmesser (22) des Einlassrohres (12) und in gewissem Abstand von diesem angeordnet ist und einen Arbeitsspalt (42) definiert; wobei sich der besagte Arbeitsspalt (42) innerhalb des von der besagten Spule (16) definierten Bereiches befindet.
Magnetisch betätigte Kraftstoffeinspritzdüse (10) nach Anspruch 1, wobei die besagte Spule (16) in einem Ende (34) einen Schlitz (32) aufweist, der im Bereich des Endstückes (30) des besagten langgestreckten rohrförmigen Abschnitts (26) der nichtmagnetischen Ummantelung angeordnet ist, wobei das Einlassrohr (12) durch den Schlitz (32) hindurch an die nichtmagnetische Ummantelung (14a) angeschweißt wird.
Verfahren zum Zusammenbau einer magnetbetätigten Kraftstoffeinspritzdüse (10) zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Anbringung einer Spule (16) über einer nichtmagnetischen Ummantelung (14a), welche ein Ende aufweist, das sich über einen verkürzten Abschnitt der Spule (16) hinaus erstreckt; Einpressen eines Einlassrohres (12) in die besagte nichtmagnetische Ummantelung (14a); Drehen des besagten Einlassrohres (12) und der nichtmagnetischen Ummantelung (14a) relativ zu der Spule um eine Längsachse; und gleichzeitig durchgeführtes Zusammenschweißen des besagten Einlassrohres (12) und der nichtmagnetischen Ummantelung (14a) an dem besagten Ende der Ummantelung (14a), wenn es während des besagten Schrittes des Drehens durch den besagten verkürzten Abschnitt der Spule (16) hindurch zugänglich ist.
Verfahren nach Anspruch 5, welches folgenden Schritt umfasst: Aufpressen der besagten nichtmagnetischen Ummantelung (14a) auf eine Ventilgehäuseummantelung (14b), so dass eine nichtmagnetische Ummantelungs-Unterbaugruppe (14) gebildet wird, bevor die besagte Spule (16) über der besagten nichtmagnetischen Ummantelung (14a) angebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, welches folgenden Schritt umfasst: Einbau einer Ventilgehäusebaugruppe in den besagten Ventilgehäuseummantelungs-Abschnitt (14b) der besagten nichtmagnetischen Ummantelungs-Unterbaugruppe (14).