DE4421429A1 - Elektromagnetisch betätigbares Brennstoffeinspritzventil - Google Patents
Elektromagnetisch betätigbares BrennstoffeinspritzventilInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigbaren
Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Bekannt sind bereits zahlreiche Brennstoffeinspritzventile, so
auch aus der EP-PS 0 348 786, die einen elektrischen Anschluß
stecker aufweisen, über den die elektrische Kontaktierung einer
Magnetspule und damit deren Erregung erfolgt. Die Kontaktierung
an sich erfolgt über metallische Kontaktstifte, die von der Mag
netspule bis hin zum eigentlichen Anschlußstecker verlaufen und
weitgehend von Kunststoff umspritzt sind. Die Umspritzung um
schließt hierbei zumindest teilweise das Ventilgehäuse.
Die Verbindung zwischen Kunststoffumspritzung und den Kontakt
stiften bzw. dem Ventilgehäuse ist nicht druckdicht. Vielmehr
werden über das Schrumpfverhalten des Kunststoffs nach der Um
spritzung feinste Kapillarspalte gebildet, die eine Verbindung
des Spulenraums mit der äußeren Umgebung darstellen.
Bei Betrieb der Brennkraftmaschine bzw. des Brennstoffeinspritz
ventils wird der Spulenraum der Magnetspule erwärmt. Es erfolgt
ein Volumenausgleich der erwärmten, sich ausdehnenden Luft im
Inneren des Ventils mit der das Ventil umgebenden Atmosphäre.
Wird das Ventil aus betriebswarmen Zustand abgekühlt, so wird
Umgebungsluft in den Spulenraum über die Kapillarspalte zwischen
der Kunststoffumspritzung und den Kontaktstiften bzw. dem Ven
tilgehäuse angesaugt; das Ventilinnere "atmet". Erfolgt die Ab
kühlung des Einspritzventils durch Spritzwasser bzw. steht bei
der Abkühlung Spritzwasser an den Kapillaren an, so wird die
Flüssigkeit in das Innere des Ventils, besonders in den Spulen
raum gesaugt. Die Folge ist eine Korrosion an den Kontaktstiften
und dem Spulendraht, die bis zu einer Zerstörung des Spulendrah
tes führen kann.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kenn
zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber
den Vorteil, daß eine ungehinderte "Atmung" des Ventilinnen
raums erfolgen kann, ohne daß anstehendes Spritzwasser oder
andere Flüssigkeiten in das Ventilinnere, besonders in den
Spulenraum und an die Kontaktstifte, transportiert wird.
Vorteilhaft ist es zu diesem Zwecke, eine kostengünstige und
robuste Schutzhülse am äußeren Umfang des Ventils zu befe
stigen, ohne eventuell auftretende Kapillaren zwischen der
Kunststoffumspritzung und dem Ventilgehäuse zu verschließen.
Anstehende Flüssigkeit wird nämlich nun ohne nennenswerte
Widerstände beim "Atmen" des Ventils zwischen das Ventilge
häuse und die Schutzhülse gesaugt, wobei die Flüssigkeit das
Ventilinnere nicht erreicht. Dies wird sichergestellt, weil
das zwischen Schutzhülse und Ventilgehäuse gebildete Volumen
größer ist als das durch die Temperaturerhöhung der im Inne
ren des Ventils eingeschlossenen Luft gebildete "atmende"
Ausgleichsvolumen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im
Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils mög
lich.
Von besonderem Vorteil ist die Ausbildung von zahlreichen
kleinen Kanälen in der Schutzhülse, die durch schmale Rippen
gebildet werden, so daß ein großes inneres Volumen mit einer
großen Oberfläche entsteht. Somit wird gewährleistet, daß
auch bei Schwingbelastung oder Lageänderung die eingesaugte
Flüssigkeit von den Kapillarspalten ferngehalten wird. Die
aufgrund der kleinen Kanäle auftretenden kapillaren Halte
kräfte verhindern nämlich ein Verlagern der eingesaugten
Flüssigkeit. Über das immer wieder neu erwärmte Brennstoff
einspritzventil dampfen die geringen eingesaugten Flüssig
keitsmengen nach kurzer Zeit wieder ab, was jedoch keine
Voraussetzung für das Funktionieren der Schutzhülse ist.
Von Vorteil kann es sein, eine Ausgleichsbohrung im Ventil
gehäuse vorzusehen, wenn die Kapillarspalte nicht für einen
drucklosen Volumenausgleich zwischen dem Spulenraum und dem
zwischen Ventilgehäuse und Schutzhülse gebildeten Raum aus
reichen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei
bung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Brennstoffein
spritzventil, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II
durch das Brennstoffeinspritzventil in Fig. 1 und Fig. 3
ein weiteres Beispiel der Kanalbildung in der Schutzhülse.
Das in der Fig. 1 beispielsweise dargestellte elektromagnetisch
betätigbare Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzan
lagen von Brennkraftmaschinen hat ein rohrförmiges Ventilgehäuse
1 aus einem ferromagnetischen Material, in dem auf einem Spulen
träger 2 eine Magnetspule 3 angeordnet ist. Der Spulenträger 2
umgibt teilweise einen stufenförmig ausgestalteten, konzentrisch
zu einer Ventillängsachse 7 verlaufenden Kern 4, der rohrförmig
ausgebildet ist und über den die Brennstoffzufuhr erfolgt. An
seinem der Magnetspule 3 abgewandten Ende umschließt das Ventil
gehäuse 1 in axialer Richtung teilweise einen Düsenkörper 6. Zur
flüssigkeitsdichten Abdichtung zwischen dem Ventilgehäuse 1 und
dem Düsenkörper 6 ist am Umfang des Düsenkörpers 6 eine Ringnut
10 ausgebildet, in der ein Dichtring 11 angeordnet ist.
Zwischen einer der Magnetspule 3 zugewandten Stirnfläche 13 des
Düsenkörpers 6 und einer der Stirnfläche 13 in axialer Richtung
gegenüberliegenden Innenschulter 15 des Ventilgehäuses 1 ist ei
ne Anschlagplatte 16 eingeklemmt, die zur Begrenzung der Bewe
gung einer in einer abgestuften, einen Führungsbereich aufwei
senden Längsbohrung 17 des Düsenkörpers 6 angeordneten und in
eine abgestufte Längsöffnung 18 des Ventilgehäuses 1 ragenden
Ventilnadel 21 dient. Zwei beispielsweise als Vierkante ausge
bildete Führungsabschnitte 22 der Ventilnadel 21 werden durch
den Führungsbereich der Längsbohrung 17 geführt; sie lassen aber
auch einen axialen Durchgang für den Brennstoff frei. Die Ven
tilnadel 21 durchdringt mit Radialspiel eine Durchgangsöffnung
23 der Anschlagplatte 16 und ragt an ihrem stromabwärtigen Ende
mit einem Nadelzapfen 25 aus einer Einspritzöffnung 26 des Dü
senkörpers 6 heraus. Am stromabwärtigen, der Anschlagplatte 16
abgewandten Ende ist am Düsenkörper 6 eine kegelstumpfförmige
Sitzfläche 28 gebildet, die mit einem als Ventilschließteil die
nenden Ende der Ventilnadel 21 zusammenwirkt und das Öffnen bzw.
Schließen des Brennstoffeinspritzventils bewirkt.
An ihrem anderen Ende ist die Ventilnadel 21 mit einem rohrför
migen Anker 30 fest verbunden, indem der Anker 30 mit einem der
Sitzfläche 28 zugewandten Bereich 32 ein Halteteil 33 der Ven
tilnadel 21 umgreift. An einem der Magnetspule 3 zugewandten Ab
satz 34 des Ankers 30 liegt eine Rückstellfeder 37 mit ihrem ei
nen Ende an. Mit ihrem anderen Ende stützt sich die Rückstellfe
der 37 an einer rohrförmigen Einstellhülse 40 ab, die in eine
abgestufte Durchgangsbohrung 41 des Kerns 4 eingepreßt ist.
Zumindest teilweise sind in axialer Richtung der Kern 4 und das
Ventilgehäuse 1 durch eine Kunststoffummantelung 43 umschlossen.
Ein elektrischer Anschlußstecker 45, über den die elektrische
Kontaktierung der Magnetspule 3 und damit deren Erregung er
folgt, ist beispielsweise zusammen mit der Kunststoffummantelung
43 ausgeformt. Zu dem aus Kunststoff gefertigten Anschlußstecker
45 gehören beispielsweise zwei metallische Kontaktstifte 46, die
unmittelbar mit der Wicklung der Magnetspule 3 in Verbindung
stehen. Die Kontaktstifte 46 ragen stromaufwärts aus dem die
Magnetspule 3 umgebenden Spulenträger 2 heraus und sind weitge
hend von Kunststoff umspritzt. Erst an ihrem Stiftende 47 liegen
die Kontaktstifte 46 frei; sie sind also nicht unmittelbar von
Kunststoff umschlossen, so daß eine Steckverbindung mit einem
nicht gezeigten korrespondierenden Steckerteil möglich ist.
Verbindungen zwischen Kunststoff- und Metallteilen sind nicht
vollständig dicht. So ist es auch an Brennstoffeinspritzventilen
nicht möglich, eine vollständige Dichtheit im Bereich der mit
Kunststoff umspritzten Kontaktstifte 46 und im Bereich des der
Einspritzöffnung 26 zugewandten Endes der Kunststoffummantelung
43 auf dem Ventilgehäuse 1 zu gewährleisten. Vielmehr bilden
sich feinste Kapillarspalte zwischen den Metallteilen, wie den
Kontaktstiften 46 und der Kunststoffummantelung 43. Besonders
bei Wärmeeinwirkung wird dieser Effekt noch verstärkt, da die
unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kunststoff
und Metall zu Materialverschiebungen führen. Beim Betrieb der
Brennkraftmaschine bzw. des Brennstoffeinspritzventils wird
gerade durch die Brennkraftmaschine und auch die Aufheizung der
Magnetspule 3 eine Temperaturerhöhung im Bereich von Magnetspule
3 und Anschlußstecker 45 verursacht, die wiederum die Bildung
von Kapillarspalten erhöht. Die feinsten Kapillarspalten sorgen
dafür, daß direkte Verbindungen zwischen der zwischen Spulenträ
ger 2 und Ventilgehäuse 1 eingeschlossenen Luft und der außer
halb des Brennstoffeinspritzventils existierenden Atmosphäre be
stehen, so daß das Brennstoffeinspritzventil "atmen" kann.
Bei Temperaturerhöhung im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils
wird durch die Volumenausdehnung der Magnetspule 3 und der ein
geschlossenen Luft der Innendruck über die Kapillarspalte nach
außen abgebaut, so daß ein Druckgleichgewicht aufrechterhalten
bleibt. Bei Abkühlung erfolgt der Druckausgleich in umgekehrter
Richtung. Die Gefahr des Eintritts von Flüssigkeit in das Innere
des Brennstoffeinspritzventils ist besonders dann sehr groß,
wenn die Brennkraftmaschine stark spritzwassergefährdet ist. Da
nicht nur reines Wasser in den Kapillarspalten eingesaugt werden
kann, sondern auch andere Partikel (z. B. Salze) mitgenommen wer
den, kann die Korrosion im Spulenraum 49 sogar noch beschleunigt
werden, so daß eine Zerstörung des Spulendrahtes nicht ausge
schlossen ist.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch eine als Spritzwasser
sperre dienende Schutzhülse 50 gelöst, die das Brennstoffein
spritzventil am äußeren Umfang zumindest teilweise axial und
vollständig radial umgibt. Die rohrförmige, beispielsweise aus
einem Kunststoff gefertigte Schutzhülse 50 ist stoffschlüssig,
z. B. mittels Ultraschallschweißen, an der Kunststoffummantelung
43 mit dem dem Anschlußstecker 45 zugewandten oberen Ende dicht
befestigt, während die Schutzhülse 50 das Ventilgehäuse 1 mit
ihrem der Einspritzöffnung 26 zugewandten unteren Ende mit einer
Spielpassung umgibt. Damit strömt die atmende Luft des Ein
spritzventils jeweils über die Kapillare zwischen dem metallenen
Ventilgehäuse 1 und der Kunststoffummantelung 43 in einen zwi
schen dem Ventilgehäuse 1 und der Schutzhülse 50 gebildeten
Ringspalt. Außer Kunststoff können auch andere Werkstoffe, wie
Metalle, für die Schutzhülse 50 zum Einsatz kommen. Am der Ein
spritzöffnung 26 zugewandten Ende 52 ist die Schutzhülse 50 ge
stuft ausgeführt, ähnlich der äußeren Kontur des Ventilgehäuses
1. Mit einem äußeren unteren Absatz 53 umgibt die Schutzhülse 50
das Ventilgehäuse 1 jedoch mit einem Abstand. Der zwischen der
Schutzhülse 50 und dem Ventilgehäuse 1 gebildete Raum 54 dient
dazu, durch "Atmen" zwischen der Schutzhülse 50 und dem Ventil
gehäuse 1 eingesaugte Flüssigkeit aufzunehmen und zu halten.
Der Raum 54 ist in zahlreiche kleine Kanäle bzw. Kapillaren ge
gliedert, die durch von der inneren Wandung der Schutzhülse 50
radial nach innen ragende Rippen 57 entstehen. Jeweils zwei Rip
pen 57 begrenzen dabei einen dazwischenliegenden Kanal. Die
Fig. 2 zeigt als ein Schnitt durch das Brennstoffeinspritzven
til mit der Schutzhülse 50 anschaulich die Ausbildung der Rippen
57. Das Volumen der zwischen den Rippen 57 gebildeten Kanäle ist
wesentlich größer als das über den Betriebstemperaturbereich der
Brennkraftmaschine bzw. des Brennstoffeinspritzventils auftre
tende atmende Volumen. Damit ist gewährleistet, daß eingesaugte
Flüssigkeit nicht in das Innere des Brennstoffeinspritzventils
gelangt. Das mit den Rippen 57 ausgebildete Labyrinth vieler
kleiner Kanäle verhindert sogar bei Schwingbelastung oder Lage
änderung durch die kapillaren Haltekräfte, daß eingesaugte Flüs
sigkeit bis zum von den brennstofführenden Teilen abgedichteten
Spulenraum 49 vordringt.
Von Vorteil kann es sein, eine Ausgleichsbohrung 59 vom Spu
lenraum 49 zum Umfang des Ventilgehäuses 1 im Bereich der
Überdeckung durch die Schutzhülse 50 vorzusehen, wenn die
Kapillarspalte nicht für einen drucklosen Volumenausgleich
zwischen dem Spulenraum und dem zwischen Ventilgehäuse 1 und
Schutzhülse 50 gebildeten Raum 54 ausreichen.
Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Aus
bildung des viele Kanäle umfassenden Labyrinths in der Schutz
hülse 50. Hierbei sind nun die Rippen 57 nicht radial verlaufend
angeordnet, sondern in Kreisform. Weitere, nicht dargestellte
Ausführungsformen mit unterschiedlicher Anordnung der Kanäle er
füllen genauso die beschriebene Funktion.
Claims (7)
1. Elektromagnetisch betätigbares Brennstoffeinspritzventil für
Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem
Ventilgehäuse aus einem ferromagnetischen Werkstoff, einer Mag
netspule, einem zumindest teilweise die Magnetspule umgebenden
Spulenträger, einem Kern, einem mit dem Kern zusammenwirkenden
Anker, einer das Ventilgehäuse zumindest teilweise umgebenden
Kunststoffummantelung und einem ebenfalls aus Kunststoff ausge
bildeten elektrischen Anschlußstecker, zu dem wenigstens zwei
Kontaktstifte gehören, über die die Erregung der Magnetspule er
folgt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzhülse (50) das
Ventilgehäuse (1) zumindest radial vollständig umgibt, wobei
wenigstens ein Bereich der Schutzhülse (50) so geschaffen ist,
daß aufgrund eines räumlichen Abstandes der Schutzhülse (50) vom
Ventilgehäuse (1) ein Raum (54) entsteht, sowie ein Ende der
Schutzhülse (50) dicht mit der Kunststoffummantelung (43) ver
bunden ist und das andere Ende der Schutzhülse (50) zum Ventil
gehäuse (1) Spiel aufweist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Raum (54) zwischen dem Ventilgehäuse (1) und
der Schutzhülse (50) durch zahlreiche von der inneren Wandung
der Schutzhülse (50) radial nach innen ragende Rippen (57) ge
gliedert ist und deswegen viele kleine Kanäle aufweist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Raum (54) zwischen dem Ventilgehäuse (1) und
der Schutzhülse (50) durch zahlreiche in Kreisform angeordnete,
ineinander geschachtelte Rippen (57) gegliedert ist und deswegen
viele kleine Kanäle aufweist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schutzhülse (50) aus einem Kunststoff gefer
tigt und mittels Ultraschallschweißen dicht an der Kunststoffum
mantelung (43) befestigt ist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Raum (54) an dem der Kunststoffumman
telung (43) abgewandten Ende (52) liegt.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Volumen des Raumes (54) größer ist als
das atmende Volumen des Brennstoffeinspritzventils während
des normalen Betriebstemperaturbereichs.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgleichsboh
rung (59) vom Spulenraum (49) zum Umfang des Ventilgehäuses
(1) vorgesehen ist.
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