DE112011100333B4 - Hochdruck-Kraftstoff-Injektorsitz, welcher Formänderungen oder Verformungen während des Schweißens widersteht - Google Patents

Hochdruck-Kraftstoff-Injektorsitz, welcher Formänderungen oder Verformungen während des Schweißens widersteht Download PDF

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Abstract

Ein Ventilsitz (16') für einen Kraftstoff- Injektor (10), welcher einen Hauptkörper (27) mit einem proximalen und einem distalen Ende aufweist, mit mindestens einer Öffnung (24), die sich durch den Hauptkörper erstreckt. Eine Auflagefläche (22) ist an dem Hauptkörper ausgebildet, um ein Verschlusselement (20) eines Kraftstoff- Injektors derart aufzunehmen, dass, wenn das Verschlusselement mit der Auflagefläche in Eingriff ist, die wenigstens eine Öffnung geschlossen ist. Eine Führungsfläche (36) ist an dem Hauptkörper ausgebildet, um die Bewegung des Verschlusselements zu führen. Eine ringförmige Wand (26) erstreckt sich in einer frei tragenden Weise von dem Hauptkörper, an einem distalen Ende davon und bildet einen äußeren Umfangsabschnitt des Ventilsitzes. Die Wand ist ausgebildet und angeordnet, um sich während eines Schweißen an der Wand zu verformen, um Auswirkungen des Schweißens von der Auflagefläche und der Führungsfläche zu isolieren.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kraftstoff-Injektoren für Fahrzeuge und insbesondere auf einen Hochdruck-Kraftstoff-Injektorsitz, welcher Verformungen beim Zusammengebaut werden, während des Schweißens widersteht.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Mit Bezug auf 1 ist eine typische Konstruktion eines Benzinkraftstoff- Injektors gezeigt, welcher allgemein mit 10 bezeichnet ist, und welcher einen Ventilkörper 12 aufweist, in welchem ein Ventilsitz 14 über eine Schweißnaht 16 hermetisch befestigt oder gesichert ist. Der Ventilsitz 14 hat mehrere Funktionen wie das Bereitstellen 1) einer Führung für eine Ankerrohr- Kugelanordnung (engl. armature tube ball assembly), im Allgemeinen mit 18 bezeichnet, 2) einer konischen Dichtungsfläche, auf welcher die Kugel 20 sitzt, und 3) Düsenöffnungen zur Erzeugung eines Sprühnebels.
  • Der Ventilsitz 14 ist ein maschinell bearbeitetes und geschliffenes Teil und an dem Ventilkörper 12 durch eine hermetische Schweißnaht 16 durch die Ventilkörperwand in den Ventilsitz 14 befestigt. Während dieses Eingriffs schrumpft das Material, welches während des Schweißprozesses geschmolzen wurde, während des Kühlens, was ein Verformen des Sitzes 14 verursacht.
  • Die Verformung in den kritischen Bereichen des Sitzes 14 kann gesteuert werden, durch ein Versetzen des Schweißbereichs. In einer Simulation wurde gezeigt, dass eine gleichmäßige Verschiebung des Schweißbereichs um 4 µm in einer gleichen oder größeren Verschiebung des Führungs- und Dichtungsbereichs des Sitzes 14 resultiert. Es ist anzumerken, dass eine Verformung durch Schweißen nicht gleichmäßig ist und die resultierende Verformung des Sitzes 14 infolgedessen auch nicht gleichmäßig ist. Diese Verformung des Sitzes 14 resultiert in Lecks an der Dichtung und einer ungleichmäßigen Schrumpfung des Führungsabschnitts des Sitzes 14, was Probleme bei der Langlebigkeit des Kraftstoff- Injektors 10 verursacht.
  • Es besteht daher ein Bedarf einen verbesserten Kraftstoff- Injektorsitz bereitzustellen, welcher einer Verformungen während des Schweißens der Anordnung widersteht.
  • DE 19726991 A1 offenbart ein Ventil, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine Lochscheibe mit mindestens zwei sich sandwichartig berührenden metallischen Blechlagen umfasst. Die Lochscheibe umfasst mindestens eine Bodenfläche mit einer zum Einspritzen des Mediums erforderlichen Öffnungsgeometrie und einer Sitzfläche mit einer Ventilsitzfläche derart, dass die Funktionen der Ventilsitz und die Lochscheibe sind in einem Schichtblechelement zusammengefasst.
  • Das Ventil der EP 1195515 A2 weist einen stromab eines Dichtsitzes angeordneten Drallkörper mit Drallkanälen und einem Ausstoßkanal auf. Eine Längsachse des Drallkanals ist in einem Winkel von weniger als 90 Grad relativ zu einer ähnlichen Achse des Ausstoßkanals angeordnet, so dass sich der durch das Einspritzventil strömende Brennstoff entlang einer spiralförmigen Bahn entlang einer Innenseite bewegt Wand des Ausstoßkanals. Der Drallkanal ist exzentrisch zum Abspritzkanal, der Drallkörper ist scheibenförmig und verschließt einen Düsenkörper (2) des abspritzseitigen Einspritzventils.
  • Es ist eine gekrümmte perforierte Einspritzplatte für ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, die mindestens eine zylindrische Einspritzöffnung aufweist, die schräg zur Längsachse des Ventils geneigt ist. Die Einspritzöffnungen sind parallel zur Ventillängsachse und werden durch Stanzen der zunächst ebenen perforierten Einspritzplatte erzeugt, die dann an einem Ende des Ventils in eine konische Form gebogen wird, so dass die zylindrischen Einspritzöffnungen in Bezug auf die Ventillängsachse geneigt sind . Die perforierte Injektionsplatte der DE 4221185 A1 weist auch mindestens eine Injektionsöffnung auf, die zunächst parallel zur Ventillängsachse ist. Die Platte wird dann in ihrem zentralen Bereich, der die Einspritzöffnungen enthält, durch Tiefziehen plastisch verformt, so dass die Einspritzöffnungen in Bezug auf die Ventillängsachse geneigt sind und sind mit kegelstumpfförmiger Form, die in Strömungsrichtung größer wird. Dies ermöglicht eine gute Vorbereitung und hohe Strömungsstabilität des durch die mindestens eine Einspritzöffnung bereitgestellten Mediumstroms.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den oben genannten Bedarf zu befriedigen. In Übereinstimmung mit den Prinzipien einer Ausführungsform, wird diese Aufgabe erreicht durch Bereitstellen eines Ventilsitzes für einen Kraftstoff-Injektor, welcher einen Hauptkörper aufweist, welcher ein proximales und ein distales Ende mit wenigstens einer sich durch den Hauptkörper erstreckenden Öffnung aufweist. Eine Auflagefläche wird an dem Hauptkörper bereitgestellt, um ein Verschlusselement für einen Kraftstoff- Injektor aufzunehmen, so dass, wenn das Verschlusselement mit der Auflagefläche in Eingriff ist, die wenigstens eine Öffnung geschlossen ist. Eine Führungsfläche wird an dem Hauptkörper bereitgestellt, um eine Bewegung des Verschlusselements zu führen. Eine ringförmige Wand erstreckt sich in einer frei tragenden Weise (engl. cantilever manner) von dem Hauptkörper an dessen distalen Ende und bildet einen äußeren Umfangsabschnitt des Ventilsitzes. Die Wand ist ausgebildet und angeordnet, um sich während des Schweißens an der Wand zu verformen, um die Auswirkungen des Schweißens von der Sitzfläche und der Führungsfläche zu trennen oder zu isolieren. Die ringförmige Wand ist durch eine ringförmige Rille in dem distalen Ende des Hauptkörpers gebildet, wobei die Rille an dem distalen Ende des Hauptkörpers offen ist
  • Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung, wird ein Verfahren bereitgestellt, zur Isolierung einer Auflagefläche und einer Führungsfläche eines Ventilsitzes eines Kraftstoff- Injektors während eines Schweißprozesses. Ein Ventilsitz weist einen Hauptkörper auf, welcher ein proximales Ende und ein distales Ende aufweist; wenigstens eine Öffnung, die sich durch den Hauptkörper erstreckt; eine Auflagefläche an dem Hauptkörper, die ausgebildet und angeordnet ist, ein Verschlusselement des Kraftstoff- Injektors aufzunehmen, so dass, wenn das Verschlusselement mit der Auflagefläche in Eingriff ist, die wenigstens eine Öffnung geschlossen ist; eine Führungsfläche, die an dem Hauptkörper ausgebildet und angeordnet ist, um die Bewegung des Verschlusselements zu führen; und eine ringförmige Wand, die sich freitragend oder in einer freitragenden Weise von dem Hauptkörper an einem distalen Ende davon erstreckt und einen äußeren Umfangsabschnitt des Ventilsitzes bildet. Das Verfahren weist auf, das Schweißen des Ventilsitzes an einen Ventilkörper eines Kraftstoff- Injektors, so dass die ringförmige Wand sich während des Schweißens verformt und dadurch Auswirkungen der Schweißung von der Sitzfläche und der Führungsfläche isoliert. Die ringförmige Wand ist dabei durch eine ringförmige Rille in dem distalen Ende des Hauptkörpers gebildet, wobei die Rille an dem distalen Ende des Hauptkörpers offen ist
  • Andere Aufgaben, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung, sowie die Betriebsweise und die Funktionsweise der vom Aufbau abhängigen Elemente, die Kombination von Teilen und eine wirtschaftliche Fertigung, werden deutlicher durch die Betrachtung der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und der beigefügten Ansprüche mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, welche alle einen Teil dieser Beschreibung bilden.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung kann einfacher anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform hiervon nachvollzogen werden, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen, in welchen:
    • 1 ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen Kraftstoff- Injektors, welcher einen Ventilsitz aufweist, der an einem Ventilkörper angeschweißt ist.
    • 2 ist eine Schnittansicht eines Ventilsitzes, welcher gemäß einer ersten Ausführungsform an einen Ventilkörper eines Kraftstoff- Injektors angeschweißt gezeigt ist.
    • 3 ist eine vergrößerte Perspektivansicht einer Hälfte des Ventilsitzes gemäß 2, davon einen Schweißbereich, eine Dichtungsfläche und eine Führungsfläche zeigend.
    • 4 ist eine Schnittansicht eines vorliegend nicht beanspruchten Ventilsitzes, welcher an einen Ventilkörper eines Kraftstoff- Injektors angeschweißt gezeigt ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Bezug nehmend auf 2 sind ein Ventilsitz 16' vom Benzin-Typ und ein magnetisch betätigter Kraftstoff- Injektor 10' gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Der Kraftstoff- Injektor 10' ist von der Art wie in 1 gezeigt, außer, dass der Ventilsitz 16' ausgebildet und angeordnet ist, um Verformungen während des Schweißen an den Ventilkörper 12 des Injektors 10' zu widerstehen.
  • Der Ventilsitz 16' bildet eine Auflagefläche 22, welche eine Kegelstumpfform oder konkave Form aufweist, welche in das Innere des Ventilkörpers 12 gerichtet ist. Die Auflagefläche 22 weist wenigstens eine Kraftstoffauslass-Öffnung 24 durch ein proximales Ende 25 eines Hauptkörpers 27 des Sitzes 16' hindurch auf. Die Öffnung 24 steht in Verbindung mit einem Einlassrohr 29, um unter Druck stehenden Kraftstoff in den Ventilkörper 12 zu leiten gegen die Auflagefläche 22. Das Einlassrohr 29 bildet ein Einlassende 31 (siehe 1) des Injektors 10' und ist normalerweise an eine Kraftstoffleitung (nicht dargestellt), wie sie allgemein bekannt ist, angeschlossen.
  • Ein Verschlusselement, z. B. eine kugelförmige Ventilkugel 20, ist innerhalb des Injektors 10' zwischen einer ersten Auflage- oder geschlossenen Position und einer zweiten, offenen Positionen beweglich. In der geschlossenen Position wird die Kugel 20 gegen die Auflagefläche 22 gedrückt, um die Auslassöffnung(en) 24 für den Kraftstofffluss zu schließen. In der geöffneten Position ist die Kugel 20 von der Auflagefläche 22 beabstandet, um einen Kraftstofffluss durch die Auslassöffnung(en) 24 zu erlauben. Das Verschlusselement 20 ist Teil der Ankerrohr- Kugelanordnung 18, die mit einem Anker (engl. armature) (nicht dargestellt kann) in herkömmlicher Weise verbunden ist. Eine Feder (nicht dargestellt) spannt den Anker und infolgedessen die Ventilkugel 20 in der geschlossene Position vor. Der Ventilkörper 12, der Anker und die Ventilkugel 20 bilden eine Ventilgruppenanordnung, wie sie in dem US Patent Nr. 6,685,112 B1 offenbart ist, deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • Der Kraftstoff- Injektor 10' weist eine elektromagnetische Spule (nicht dargestellt) auf, die in herkömmlicher Weise betätigbar ist, um einen magnetischen Fluss bereitzustellen, um den Anker und somit die Ankerrohr- Kugelanordnung 28 weg von der Auflagefläche 22 zu bewegen und dabei die Ventilkugel 20 zu der geöffneten Position zu bewegen, damit Kraftstoff durch die Kraftstoffauslassöffnung (en) 24 austreten kann. Eine Deaktivierung der elektromagnetischen Spule erlaubt der oben genannten Feder die Ventilkugel 20 in ihre geschlossene Position gegen die Auflagefläche 22 zurückzubewegen und sich in der geschlossenen Position auszurichten und dabei die Auslassöffnung(en) 24 gegen einen Durchtritt von Kraftstoff zu schließen. Die elektromagnetische Spule ist gleichstrombetätigt. Die Spule ist Teil einer Leistung- oder Spulen- Unterbaugruppe, wie sie in dem US Patent Nr. 6,685,112 B1 offenbart ist.
  • Bezug nehmend auf 2 weist der Sitz 16', um den Verformungen während des Schweißen des Sitzes 16' an den Ventilkörper 12 zu widerstehen, einen ringförmigen Bund (engl. skirt) oder eine ringförmige Wand 26 an einem distalen Ende 28 des Hauptkörpers 27 auf. Die Wand 26 ist ausgebildet und angeordnet, um während des Schweißens verformt zu werden. In der Ausführungsform von 2 bildet die Wand 26 eine ringförmige Nut oder Rille 30 in dem Hauptkörper 27 des Sitzes 16'. Die Rille oder Nut 30 ist an dem distalen Ende 28 des Sitzes 16' offen. Infolgedessen ist die Wand 26 des Sitzes 16' mit dem Hauptkörper 25 nur über einen Boden 33 davon freitragend oder in einer frei tragenden Weise verbunden. Die Wand 26 bildet infolgedessen einen äußeren Umfangabschnitt des Ventilsitzes 16', an welchem der Ventilkörper 12 geschweißt ist.
  • Mit Bezug auf 3 wirkt die Außenwand 26 als ein „Scharnier“ (die Wand 26 nahe dem distalen Ende 28 kann sich verformen und bezüglich des festen Bodens 33 bewegen), welches die Auflagefläche 22 und eine Führungsfläche 36 von den Auswirkungen der Schweißnaht 35 (2) in dem Schweißbereich, allgemein mit 38 bezeichnet, isoliert. Die Führungsfläche 36 führt die Ventilkugel 20 und infolgedessen die Ankerrohr- Kugelanordnung 18. Simulationsmodelle haben gezeigt, dass diese Ausführungsform in einer Verbesserung der Verschiebung von kritischen Bereichen (Auflagefläche und Führungsfläche) resultiert, im Vergleich mit den Bereichen in dem Sitz 16 gemäß 1. In den kritischen Bereichen, wie in 3 gezeigt ist, ist die Verformung um eine Größenordnung geringer als in dem herkömmlichen Sitz 16.
  • 4 zeigt einen vorliegend nicht beanspruchten Ventilsitz 16", vorgesehen in einem Kraftstoff- Injektor 10". In diesem ist keine Rille oder Nut vorgesehen und die Wand 26' erstreckt sich von dem Hauptkörper 27 des Sitzes 16" in einer frei tragenden Weise an dem distalen Ende 28 davon. Die Wand 26' weist eine geringerer Dicke als die Dicke sowohl der Auflagefläche 22 und der Führungsfläche 36 auf (wie in 3), so dass die Wand 26' sich statt dieser Flächen 22 und 34 während des Schweißens verformt. Wie in 4 gezeigt ist, befestigt die Schweißnaht 35 den Ventilkörper 12 an der ringförmigen Wand 26'.
  • Die vorgenannten bevorzugten Ausführungsformen wurden gezeigt und beschrieben zum Zwecke der Darstellung der strukturellen und funktionellen Prinzipien der vorliegenden Erfindung, sowie zur Darstellung der Verfahren zum Ausbilden der bevorzugten Ausführungsformen und können geändert werden, ohne von diesen Prinzipien abzuweichen. Daher umfasst diese Erfindung alle Modifikationen, die vom Gegenstand der nachfolgenden Ansprüche umfasst sind.

Claims (10)

  1. Ein Ventilsitz (14) für einen Kraftstoff- Injektor (10) aufweisend: einen Hauptkörper (27), welcher ein proximales und ein distales Ende aufweist, mindestens eine Öffnung (24), die sich durch den Hauptkörper (27) erstreckt, eine Auflagefläche (22), die an dem Hauptkörper (27) ausgebildet und angeordnet ist, um ein Verschlusselement (20) eines Kraftstoff- Injektors (10) derart aufzunehmen, dass, wenn das Verschlusselement (20) mit der Auflagefläche (22) in Eingriff ist, die wenigstens eine Öffnung (24) geschlossen ist, eine Führungsfläche (36), die an dem Hauptkörper (27) ausgebildet und angeordnet ist, um die Bewegung des Verschlusselements (20) zu führen, und eine ringförmige Wand (26), die sich in einer frei tragenden Weise von einem distalen Ende (28) des Hauptkörpers (27) erstreckt und einen äußeren Umfangsabschnitt des Ventilsitzes (14) bildet, wobei die Wand (26) ausgebildet und angeordnet ist, um sich während eines Schweißen an der Wand (26) zu verformen, um Auswirkungen des Schweißens von der Auflagefläche (22) und der Führungsfläche (36) zu isolieren, wobei die ringförmige Wand (26), durch eine ringförmige Rille (30) in dem distalen Ende (28) des Hauptkörpers (27) gebildet ist, wobei die Rille (30) an dem distalen Ende (28) des Hauptkörpers (27) offen ist.
  2. Der Ventilsitz (14) nach Anspruch 1, wobei der Ventilsitz (14) ein maschinell bearbeitetes und geschliffenes Teil ist.
  3. Der Ventilsitz (14) nach Anspruch 1, wobei die ringförmige Wand (26) eine geringere Dicke als eine Dicke der Führungsfläche (36) und der Auflagefläche (22) aufweist.
  4. Der Ventilsitz (14) nach Anspruch 1, wobei die Auflagefläche (22) im Wesentlichen konkav ist.
  5. Der Ventilsitz (14) nach Anspruch 1, in Kombination mit dem Kraftstoff- Injektor (10), wobei der Kraftstoff- Injektor (10) einen Ventilkörper (12) aufweist, der an der ringförmigen Wand (26) des Ventilsitzes (14) angeschweißt ist.
  6. Die Kombination nach Anspruch 5, wobei der Kraftstoff- Injektor (10) ein magnetisch betätigter Benzinkraftstoff- Injektor ist.
  7. Die Kombination nach Anspruch 4, wobei das Verschlusselement (20) ein kugelförmiges Kugelventil ist und die Auflagefläche (22) konkav ausgebildet ist.
  8. Ein Verfahren zur Isolierung einer Auflagefläche (22) und einer Führungsfläche (36) eines Ventilsitzes (14) eines Kraftstoff- Injektors (10) während eines Schweißprozesses, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Ventilsitzes (14) aufweisend: einen Hauptkörper (27), welcher ein proximales und ein distales Ende aufweist, wenigstens eine Öffnung (24), die sich durch den Hauptkörper (27) erstreckt, eine Sitzfläche an dem Hauptkörper (27), welche ausgebildet und angeordnet ist, um ein Verschlusselement (20) eines Kraftstoff- Injektors (10) derart aufzunehmen, dass wenn das Verschlusselement (20) mit der Auflagefläche (22) in Eingriff ist, die wenigstens eine Öffnung (24) geschlossen ist, eine Führungsfläche (36) an dem Hauptkörper (27), die ausgebildet und angeordnet ist eine Bewegung des Verschlusselements (20) zu führen, und ein ringförmige Wand (26), die sich in einer frei tragenden Weise von dem Hauptkörper (27) an dessen distalen Ende (28) erstreckt und einen äußeren Umfangsabschnitt des Ventilsitzes (14) bildet, und Schweißen des Ventilsitzes (14) an einen Ventilkörper (12) eines Kraftstoff-Injektors (10) derart, dass die ringförmige Wand (26) sich während des Schweißens verformt und dabei Auswirkungen des Schweißens auf die Auflagefläche (22) und die Führungsfläche (36) isoliert, wobei der Schritt des Bereitstellens des Ventilsitzes (14) ein Bilden der ringförmigen Wand (26) durch eine ringförmige Rille (30) in dem distalen Ende (28) des Hauptkörpers (27) aufweist, wobei die Rille (30) an dem distalen Ende (28) des Hauptkörpers (27) offen ist.
  9. Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Bereitstellens des Ventilsitzes (14) ein Bilden der ringförmigen Wand (26) mit einer Dicke aufweist, die kleiner ist als die Führungsfläche (36) und die Auflagefläche (22).
  10. Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Schweißens ein Schweißen des Ventilkörpers (12) an die ringförmige Wand (26) aufweist.
DE112011100333.1T 2010-01-25 2011-01-24 Hochdruck-Kraftstoff-Injektorsitz, welcher Formänderungen oder Verformungen während des Schweißens widersteht Active DE112011100333B4 (de)

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