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Dokumentenidentifikation DE60127809T2 27.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001252438
Titel KOMBINIERTE FILTER UND VERSTELLER FÜR EIN EINSPRITZVENTIL
Anmelder Siemens Automotive Corp., Auburn Hills, Mich., US
Erfinder MCFARLAND, Robert, Newport News, VA 23608, US
Vertreter Berg, P., Dipl.-Ing., Pat.-Ass., 80339 München
DE-Aktenzeichen 60127809
Vertragsstaaten DE, FR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 02.02.2001
EP-Aktenzeichen 019069459
WO-Anmeldetag 02.02.2001
PCT-Aktenzeichen PCT/US01/03529
WO-Veröffentlichungsnummer 2001057385
WO-Veröffentlichungsdatum 09.08.2001
EP-Offenlegungsdatum 30.10.2002
EP date of grant 11.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse F02M 61/16(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
Querverweise auf verwandte Anmeldungen

Diese Patentanmeldung beansprucht den Vorteil des früheren Anmeldetags der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/149.330, eingereicht am 2. Februar 2000.

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft magnetbetätigte Kraftstoffeinspritzventile, die verwendet werden, um die Einspritzung von Kraftstoff in eine Kraftmaschine mit innerer Verbrennung zu steuern.

Es wird davon ausgegangen, dass die dynamischen Funktionsmerkmale von Kraftstoffeinspritzventilen, d. h. die Bewegung eines Schließelements in einem Kraftstoffeinspritzventil, von mehreren Faktoren bestimmt werden. Es wird davon ausgegangen, dass einer dieser Faktoren die Kalibrierung der Vorspannkraft eines elastischen Elements ist, die auf das Schließelement einwirkt, d. h. dazu neigt, das Schließelement in seine geschlossene Position zu drücken.

Es wird davon ausgegangen, dass ein bekanntes Kraftstoffeinspritzventil eine Feder verwendet, um die Vorspannkraft bereitzustellen. Es wird insbesondere davon ausgegangen, dass ein erstes Ende der Feder im Eingriff mit einem Anker ist, der an dem Schließelement befestigt ist, und dass ein zweites Ende der Feder im Eingriff mit einem Tubus ist, dessen alleinige Aufgabe die dynamische Kalibrierung der Feder ist. Es wird davon ausgegangen, dass die Feder zusammengedrückt wird, um den Tubus relativ zum Anker zu bewegen, um dadurch die dynamische Kalibrierung des Kraftstoffeinspritzventils zumindest teilweise zu justieren. Es wird davon ausgegangen, dass der Tubus anschließend in seiner Position relativ zum Anker fixiert wird, um die gewünschte Kalibrierung aufrechtzuerhalten.

Es wird ferner davon ausgegangen, dass das Filtern des Fluids, das durch Kraftstoffeinspritzventile fließt, minimieren oder sogar verhindern kann, dass Verunreinigungen an einer Dichtung zwischen dem Schließelement und einem Ventilsitz zu Störungen führen. Es wird davon ausgegangen, dass ein bekanntes Kraftstoffeinspritzventil einen Filter umfasst, der allgemein in der Nähe eines Kraftstoffeintritts des Kraftstoffeinspritzventils angeordnet ist.

Es wird davon ausgegangen, dass ein Nachteil dieser bekannten Kraftstoffeinspritzventile darin besteht, dass separate Elemente für die Kalibrierung und den Kraftstofffilter verwendet werden, und dass diese Elemente in separaten Arbeitsschritten montiert werden. Es wird in der Regel davon ausgegangen, dass die bekannten Kraftstoffeinspritzventile zuerst dynamisch mithilfe eines ersten Elements kalibriert werden, und dass anschließend ein separates Filterelement hinzugefügt wird. Die Vielzahl von Elementen und Arbeitsschritten ist aufwändig, sowohl im Hinblick auf Kosten als auch auf Zeit.

Es wird davon ausgegangen, dass ein Bedarf besteht, die Kosten der Herstellung eines Kraftstoffeinspritzventils zu reduzieren, indem die Anzahl der Bauteile reduziert und Montageschritte zusammengefasst werden. US-Patent Nr. 5.921.475 beschreibt ein Kraftstoffeinspritzventil mit einer Ankerbaugruppe und einem elastischen Element, das diese vorspannt, sowie einem Element, dass das elastische Element samt einem Filter darin hält.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil zum Steuern des Kraftstoffstroms in eine Kraftmaschine mit innerer Verbrennung, wobei das Kraftstoffeinspritzventil Folgendes umfasst: einen Körper, der entlang einer Längsachse verläuft; einen Sitz, der mit dem Körper fest verbunden ist, wobei der Sitz eine Öffnung definiert, durch die Kraftstoff fließt; eine Ankerbaugruppe 38, die entlang der Längsachse relativ zum Körper beweglich ist, wobei die Ankerbaugruppe beweglich ist zwischen einer ersten Position, die in einem Abstand zum Sitz angeordnet ist, so dass ein Kraftstoffstrom durch die Öffnung ermöglicht wird, und einer zweiten Position, in der der Sitz schlüssig in Eingriff kommt, so dass ein Kraftstoffstrom unterbunden wird; ein elastisches Element, das die Ankerbaugruppe zur zweiten Position hin vorspannt; ein Element, das parallel zur Längsachse verläuft und einen ersten und einen zweiten Bereich aufweist, die dadurch gekennzeichnet sind, dass der erste Bereich das elastische Element hält und in schlüssigem Kontakt mit dem Körper ist, und der zweite Bereich in Längsrichtung vom ersten Bereich weg verläuft, wobei ein Filter so mit dem zweiten Bereich verbunden ist, dass der Filter ebenfalls in Längsrichtung vom ersten Bereich weg verläuft, wobei der Filter im zweiten Bereich angeordnet und von diesem umschlossen ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die beigefügten Zeichnungen, die in die Patentschrift einbezogen sind und einen Bestandteil derselben darstellen, zeigen eine Ausführungsform der Erfindung und dienen zusammen mit der oben gegebenen allgemeinen Beschreibung und der unten gegebenen ausführlichen Beschreibung zur Erklärung der Merkmale der Erfindung.

ist eine Darstellung einer Kraftstoffeinspritzventilbaugruppe im Schnitt, die eine bevorzugte Ausführungsform eines Justierelements mit einem integrierten Filter umfasst.

ist eine vergrößerte Darstellung des in dargestellten Justierelements im Schnitt.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Es wird auf die Abbildungen Bezug genommen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt wird; ein magnetbetätigtes Kraftstoffeinspritzventil 10, das von dem so genannten von oben mit Kraftstoff versorgten Typ sein kann, fördert Kraftstoff in eine Kraftmaschine mit innerer Verbrennung (nicht dargestellt). Das Kraftstoffeinspritzventil 10 umfasst ein Gehäuse 12, das entlang einer Längsachse A verläuft, und einen Ventilkörper 14, der fest mit dem Gehäuse 12 verbunden ist. Der Ventilkörper 14 weist eine zylindrische Seitenwand 16 auf, die koaxial zu einer Längsachse A des Gehäuses 12 und des Ventilkörpers 14 ist und dieser gegenüberliegt.

Ein Ventilsitz 18 an einem Ende 20 des Ventilkörpers 14 umfasst eine dichtende Kontur 22, die eine kegelstumpfförmige oder konkave Form aufweisen kann und dem Inneren von Ventilkörper 14 gegenüber angeordnet ist. Die dichtende Kontur 22 umfasst eine Kraftstoffaustrittsöffnung 24, die mittig auf der Achse A angeordnet ist und in Fluidaustausch mit einem Kraftstofftubus 26 steht, der unter Druck stehenden Kraftstoff in das Kraftstoffeinspritzventil 10 durchleitet. Kraftstofftubus 26 umfasst ein Montageende 28 mit einem Haltebund 30 zum Halten eines O-Rings 32, der verwendet wird, um das Montageende 28 zu einem Kraftstoffverteiler (nicht dargestellt) hin abzudichten.

Ein Schließelement, z. B. ein kugelförmiges Ventilelement 34, ist zwischen einer geschlossenen Position wie in dargestellt und einer geöffneten Position (nicht dargestellt) beweglich. In der geschlossenen Position wird die Kugel 34 gegen die dichtende Kontur 22 gedrückt, um die Austrittsöffnung 24 gegenüber dem Kraftstoffstrom zu schließen. In der geöffneten Position ist die Kugel 34 in einem Abstand zur dichtenden Kontur 22 angeordnet, um einen Kraftstoffstrom durch die Austrittsöffnung 24 zu ermöglichen. Ein Anker 38, der axial im Ventilkörper 14 beweglich ist, kann mit einem Ende 42 an der Ventilkugel 34 in der Nähe der dichtenden Kontur 22 fest verbunden sein. Ein elastisches Element 36 kann mit dem Anker 38 im Eingriff sein, um die Ventilkugel 34 in Richtung der geschlossenen Position zu drücken.

Eine Magnetspule 44 kann betätigt werden, um den Anker 38 von der dichtenden Kontur 22 wegzuziehen, wodurch die Ventilkugel 34 in die geöffnete Position bewegt wird und ermöglicht, dass Kraftstoff durch die Kraftstoffaustrittsöffnung 24 tritt.

Stromlos-Schalten der Magnetspule 44 ermöglicht, dass das elastische Vorspannelement 36 die Ventilkugel 34 in die geschlossene Position zurückbewegt, wodurch die Austrittsöffnung 24 gegenüber dem Durchtreten von Kraftstoff geschlossen wird.

Der Anker 38 umfasst eine axial verlaufende Längsbohrung 46, die einen Kanal bereitstellt, der in Fluidaustausch mit dem Kraftstofftubus 26 ist. Die Längsbohrung 46 kann ferner die Ventilkugel 34 aufnehmen und zentrieren. Ein Kraftstoffkanal 48 verläuft von der Längsbohrung 46 zu einer Außenfläche 50des Ankers 38, der benachbart zur schließenden Kontur 22 angeordnet ist und ermöglicht, dass Kraftstoff durch den Anker 38 zur Ventilkugel 34 hindurchtritt.

Es wird weiterhin auf Bezug genommen; ein elektrischer Anschluss 52 wird bereitgestellt, um das Kraftstoffeinspritzventil 10 mit einer elektrischen Energieversorgung (nicht dargestellt) zu verbinden, damit der Anker 38 erregt werden kann. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 umfasst ein Montageende 54 zum Anbringen des Kraftstoffeinspritzventils 10 in einem Einlasskrümmer (nicht dargestellt). Ein O-Ring 56 kann verwendet werden, um das Montageende 54 im Einlasskrümmer abzudichten. Eine Lochscheibe 58 kann in der Nähe der Austrittsöffnung 24 bereitgestellt werden, um den Kraftstoff zu dosieren, der durch die Austrittsöffnung 24 tritt. Die Lochscheibe 58 kann direkt an den Ventilsitz 18 geschweißt sein, oder es kann eine Stützscheibe (nicht dargestellt) verwendet werden, die fest mit dem Ventilkörper 14 verbunden ist, um die Lochscheibe 58 gegen den Ventilsitz 18 zu drücken.

Das Kraftstoffeinspritzventil 10 kann aus zwei Teilbaugruppen hergestellt werden, die separat montiert und anschließend fest miteinander verbunden werden, um das Kraftstoffeinspritzventil 10 herzustellen. Dementsprechend umfasst das Kraftstoffeinspritzventil 10 eine Ventilgruppen-Teilbaugruppe und eine Spulengruppen-Teilbaugruppe, wie nachfolgend in dieser Patentschrift ausführlicher beschrieben.

Die Ventilgruppen-Teilbaugruppe wird folgendermaßen hergestellt: Der Ventilsitz 18 wird in den Ventilkörper 14 eingesetzt, in der gewünschten Position gehalten und verbunden, beispielsweise durch Laserschweißen. Die Ventilkugel 34 wird separat, z. B. durch Laserschweißen, mit dem Anker 38 verbunden. Der Anker 38 und die Ventilkugel 34 werden danach in den Ventilkörper 14 eingesetzt, der den Ventilsitz 18 enthält.

Eine nichtmagnetische Hülse 66 wird auf ein Ende eines Polstücks 68 aufgepresst und die nichtmagnetische Hülse 66 und das Polstück 68 werden zusammengeschweißt. Das Polstück 68 ist als separates Element dargestellt, das z. B. mittels Laserschweißen mit dem Kraftstofftubus 26 verbunden wird. Alternativ kann das untere Ende des Kraftstofftubus 26 das Polstück 68 definieren, d. h. das Polstück 68 und der Kraftstofftubus 26 können als einteiliger, einheitlicher Körper ausgeführt sein. Die nichtmagnetische Hülse 66 wird dann auf den Ventilkörper 14 aufgepresst, und die nichtmagnetische Hülse 66 und der Ventilkörper 14 werden zusammengeschweißt, um die Montage der Ventilgruppen-Teilbaugruppe abzuschließen. Die Schweißverbindungen können mithilfe einer Vielzahl von Verfahren einschließlich Laserschweißen, Induktionsschweißen, Reibschweißen und Widerstandsschweißen hergestellt werden.

Die Spulengruppen-Teilbaugruppe wird folgendermaßen hergestellt: Ein Kunststoffspulenkörper 72 wird mit geraden Anschlüssen gegossen. Draht für die Spule 44 wird um den Kunststoffspulenkörper 72 gewickelt und diese Spulenkörperbaugruppe wird in einer Metallhülse angeordnet, die das Gehäuse 12 definiert. Die Anschlüsse können dann in ihre korrekte Anordnung gebogen werden, und eine Hülse 76, die das Gehäuse 12 und Spule 44 überdeckt, kann ausgebildet werden, um die Montage der Spulengruppen-Teilbaugruppe abzuschließen.

Es wird auf Bezug genommen; eine Justiereinrichtung oder ein Element 80 weist einen ersten Bereich 81 auf, der dafür ausgelegt ist, mit dem Polstück 68 verkerbt zu werden, und einen zweiten Bereich 83, mit dem ein Filter 82 verbunden ist. Der zweite Bereich 83 und der Filter 82 können als Kunststoffgehäuse aus einem Stück geformt werden. Die Justiereinrichtung 80, die ein Metalltubus sein kann, definiert eine ringförmige Vertiefung, die einen Vorsprung von Filter 82 aufnehmen kann. Eine umlaufende Außenfläche 88 am ersten Bereich 81 der Justiereinrichtung 80 ist in Kontakt mit dem Polstück 68. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Bereich 81 in schlüssigem Kontakt mit dem Polstück 68 und wird durch eine mechanische Verbindung wie eine Presspassung, eine Klebeverbindung, eine Klemmverbindung oder ein anderes gleichwertiges Mittel in einer bestimmten Position dazu gehalten. Der erste Bereich 81 der Justiereinrichtung 80 umfasst ferner eine allgemein axiale, gegenüberliegende Fläche 84, die das elastische Vorspannelement 36 hält, d. h. direkt berührt. Die Fläche 84 kann eine Bohrung 85 umfassen, durch die Kraftstoff treten kann, nachdem er durch den Filter 82 getreten ist. Der zweite Bereich 83 kann ferner eine Schulter 86 umfassen, die das Äußere eines zurückspringenden Bereichs sein kann, der dafür ausgelegt ist, mittels eines Aufpresswerkzeugs (nicht dargestellt) in Eingriff gebracht zu werden, um die Justiereinrichtung 80 relativ zum Polstück 68 zu positionieren und dadurch die Feder 36 zusammenzudrücken, um das Kraftstoffeinspritzventil 10 dynamisch zu kalibrieren. Der Filter 82, der aus Metall- oder Kunststoffgewebe oder einem beliebigen bekannten gleichwertigen Material bestehen kann, kann während des Formens der Justiereinrichtung 80 als integraler Bestandteil der Justiereinrichtung 80 angebracht werden. Der Filter 82 verläuft entlang der Längsachse A vom ersten Bereich 81 weg und umfasst eine Innenfläche, die allgemein der Längsachse A gegenüberliegt, und eine Außenfläche, die allgemein von der Innenfläche her gegenüber angeordnet ist. Die Justiereinrichtung 80 wird in das Polstück 68 eingesetzt und anschließend in der gewünschten Position befestigt, d. h. verkerbt.

Die Spulengruppen-Teilbaugruppe wird axial über die Ventilgruppen-Teilbaugruppe gedrückt, und die beiden Teilbaugruppen können anschließend fest miteinander verbunden werden. Das Fest-Miteinander-Verbinden kann durch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse 12 und dem Ventilkörper 14, zwischen dem Gehäuse 12 und dem Kraftstofftubus 26 oder zwischen dem Kraftstofftubus 26 und der Hülse 76 geschehen. Auch Schweißen kann für das Fest-Miteinander-Verbinden eingesetzt werden, beispielsweise können das Gehäuse 12 und der Ventilkörper 14 auch zusammengeschweißt werden. Das elastische Vorspannelement 36 und die Justiereinrichtung 80 werden durch den Kraftstofftubus 26 eingesetzt und das Kraftstoffeinspritzventil 10 wird dynamisch kalibriert, indem die relative axiale Position der Justiereinrichtung 80 einschließlich des integrierten Filters 82 relativ zum Polstück 68 justiert wird. Die Justiereinrichtung 80 wird dann in einer Position relativ zum Polstück 68 befestigt.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen offenbart wurde, sind zahlreiche Modifikationen, Varianten oder Änderungen der beschriebenen Ausführungsformen möglich, ohne die Aufgabenstellung und den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen zu verlassen. Dementsprechend ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern sich auf den uneingeschränkten Schutzbereich erstreckt, der durch den Wortlaut der folgenden Ansprüche definiert ist.


Anspruch[de]
Kraftstoffeinspritzventil (10) zur Dosierung eines Kraftstoffstroms zu einer Kraftmaschine mit innerer Verbrennung, wobei das Kraftstoffeinspritzventil umfasst:

einen Körper (14), der entlang einer Längsachse verläuft;

einen Sitz (18), der mit dem Körper fest verbunden ist, wobei der Sitz eine Öffnung definiert, durch die Kraftstoff strömt;

eine Ankerbaugruppe (38), die entlang der Längsachse relativ zum Körper beweglich ist, wobei die Ankerbaugruppe beweglich ist zwischen einer ersten Position, die in einem Abstand zum Sitz angeordnet ist, so dass ein Kraftstoffstrom durch die Öffnung ermöglicht wird, und einer zweiten Position, in der der Sitz schlüssig in Eingriff kommt, so dass ein Kraftstoffstrom unterbunden wird;

ein elastisches Element (36), das die Ankerbaugruppe zur zweiten Position hin vorspannt;

ein Element (80), das parallel zur Längsachse verläuft und einen ersten (81) und einen zweiten (83) Bereich aufweist, die dadurch gekennzeichnet sind, dass der erste Bereich (81) das elastische Element hält und in schlüssigem Kontakt mit dem Körper ist, und der zweite Bereich in Längsrichtung vom ersten Bereich weg verläuft, wobei ein Filter (82) so mit dem zweiten Bereich verbunden ist, dass der Filter ebenfalls in Längsrichtung vom ersten Bereich weg verläuft, wobei der Filter im zweiten Bereich angeordnet und von diesem umschlossen ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei der zweite Bereich (83) eine Fläche (84) umfasst, die gedrückt wird, um das Element (36) relativ zum Körper zu bewegen. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, wobei die Fläche (84) eine ringförmige Schulter umfasst. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei der erste Bereich (81) eine Öffnung umfasst, durch die ein Fluidstrom tritt. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei der Filter (82) entlang der Längsachse verläuft und eine Innenfläche umfasst, die allgemein der Längsachse gegenüber angeordnet ist, und eine Außenfläche, die allgemein von der Innenfläche her gegenüber angeordnet ist. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, wobei der Kraftstoffstrom durch den Filter von der Außenfläche zur Innenfläche tritt. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, wobei der Filter (82) vom ersten Bereich weg verläuft. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei der erste Bereich (81) einen kraftstoffdichten Verschluss gegenüber dem Körper bildet. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei der erste Bereich (81) einen Metalltubus umfasst und der zweite Bereich ein Kunststoffgehäuse umfasst. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, wobei entweder der Metalltubus oder das Kunststoffgehäuse einen Vorsprung umfassen, und entsprechend entweder der Metalltubus oder das Kunststoffgehäuse eine Vertiefung aufweisen und die Vertiefung formschlüssig den Vorsprung aufnimmt. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei der erste Bereich (81) eine Fläche umfasst, die das elastische Element berührt. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei der erste Bereich (81) und der Körper (14) jeweils korrespondierende Flächen aufweisen. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 12, wobei die korrespondierenden Flächen durch eine formschlüssige Verbindung miteinander im Eingriff sind. Verfahren zum Justieren einer dynamischen Kalibrierung für ein Kraftstoffeinspritzventil (10), wobei das Kraftstoffeinspritzventil einen Körper (14) aufweist, der entlang einer Längsachse verläuft, einen Sitz (18), der mit dem Körper fest verbunden ist, eine Ankerbaugruppe (38), die sich entlang der Längsachse relativ zum Sitz bewegt, und ein elastisches Element (36), das die Ankerbaugruppe zum Sitz hin vorspannt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

Bereitstellen eines ersten Elements, das zwischen einem ersten Bereich (81) und einem zweiten Bereich (83) verläuft;

festes Verbinden eines Filters (82) mit dem zweiten Bereich;

Bewegen des Elements entlang der Längsachse relativ zum Körper; und

In-Eingriff-Bringen des ersten Bereichs relativ zum Körper, so dass der erste Bereich das elastische Element in einem vorgegebenen dynamischen Zustand hält, und dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (81) das elastische Element hält und in schlüssigem Kontakt mit dem Körper ist, und der zweite Bereich in Längsrichtung vom ersten Bereich weg verläuft, wobei ein Filter (82) so mit dem zweiten Bereich verbunden ist, dass der Filter ebenfalls in Längsrichtung vom ersten Bereich weg verläuft, wobei der Filter im zweiten Bereich angeordnet und von diesem umschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das feste Verbinden des Filters (82) beinhaltet, dass der Filter vom ersten Bereich weg verläuft. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das In-Eingriff-Sein das Bereitstellen einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem ersten Bereich und dem Körper beinhaltet. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das In-Eingriff-Sein das Abdichten des ersten Bereichs gegenüber dem Körper beinhaltet.






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