DE102015216812A1

DE102015216812A1 - Magnetventil-Fluidinjektor mit Korrosionsschutzvorrichtung

Info

Publication number: DE102015216812A1
Application number: DE102015216812.3A
Authority: DE
Inventors: Carl F. Hayden; Michael J. Hornby
Original assignee: Continental Automotive Systems Inc
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2035-09-03
Also published as: DE102015216812B4; US9399975B2; FR3026441A1; FR3026441B1; ITUB20153716A1; US20160090952A1

Abstract

Ein Fluidinjektor umfasst eine Ventilstruktur, die in dem Durchgang zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegt werden kann. Die Ventilstruktur umfasst ein hohles Rohr mit einer Längsachse und ein Ventilelement, das mit einer Schweißnaht mit einem Ende des Rohres verbunden ist, wobei im Inneren des Rohres, allgemein in der Nähe der Schweißnaht, ein Schweißverbindungsbereich definiert wird. Das Rohr verfügt über Flächen, die eine Durchgangsöffnung definieren, welche quer zu der Längsachse des Rohres angeordnet ist. Die Durchgangsöffnung erlaubt es dem Fluid, in das Innere des Rohres einzudringen. Eine Korrosionsschutzvorrichtung ist in dem Rohr zwischen der Durchgangsöffnung und dem Ventilelement angeordnet, um das Eintreten des Fluids in dem Rohr in den Schweißverbindungsbereich zu verhindern.

Description

GEBIET
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen Magnetventil-Fluidinjektor und insbesondere einen Magnetventil-Fluidinjektor, der eine Schutzvorrichtung umfasst, um die Anfälligkeit gegenüber korrosiven Beanspruchungen durch das Arbeitsfluid in der Nähe der Schweißnaht des Injektors zu reduzieren.
HINTERGRUND
Der Fluidinjektor Continental Deka VII wurde üblicherweise nur für Mehrpunkt-Kraftstoffzufuhrsysteme in Benzinmotoren mit niedrigem Druck eingesetzt. Das Fehlen von sauerstoffhaltigen Verbindungen im Benzin reduzierte das Potential korrosiver Beanspruchungen auf die Komponenten des Fluidpfads im Injektor. In den vergangenen Jahren wurde der Injektor Deka VII für den Einsatz in Abgasnachbehandlungssystemen modifiziert, in denen das Arbeitsfluid eine wässrige Harnstofflösung (AUS-32) mit einem erhöhten Korrosionspotential sein kann. Alternativ enthalten die für Benzinmotoren verwendeten Kraftstoffe nun einen zunehmenden Anteil von Ethanol (einem sauerstoffhaltigen Kraftstoff) und in einigen Märkten wie Brasilien kann der Kraftstoff häufig hautsächlich aus Ethanol bestehen. Es gibt außerdem modifizierte Konfigurationen des Injektors für die Anwendungen mit hohem Ethanolgehalt, die eine aktive Erwärmung des Kraftstoffes vorsehen, wodurch sich das Potential korrosiver Beanspruchungen weiter erhöht. Die derzeitige Konfiguration des Injektors Deka VII (und der nächsten Deka-Generation) umfasst eine Schweißverbindung zu zwei Unterkomponenten, die sich an einer Stelle befinden, an der leicht Korrosionsprozesse auftreten können, was eventuell zu Schäden und Versagen des Injektors beim Einsatz in diesen korrosiven Umgebungen führen kann. In Bezug auf die 1–3 ist der herkömmliche Fluidinjektor Continental Deka VII, allgemein mit 10 bezeichnet, ein Magnetventil-Fluidinjektor mit niedrigem Druck, der eine Standardkugel 12 in Verbindung mit einem konischen Ventilsitz 14 nutzt, sowie einen Stauscheiben-Nebelerzeuger oder eine Dosierscheibe 16, die verbreitet für die Saugrohr-Benzineinspritzung genutzt wird. Wenn die Injektorspule 18 bestromt wird, wird die Armatur 20 zu dem Stator 22 oder dem Polschuh gezogen. Die Armatur 20 ist durch ein Rohr 24 mit dem Dosierkugelhahn 12 verbunden. Daher wird die Kugel 12 aus dem Injektor-Ventilsitz 14 gehoben, um den Fluss des mit Druck beaufschlagten Fluids über eine Dosierscheibe 16 zu ermöglichen. Mit Bezug auf 3 besteht die Armatur-Rohr-Kugel-Baugruppe aus drei Komponenten, die miteinander verschweißt werden. Das Fluid fließt durch eine Bohrung 21, die durch die Längsachse der Armatur 20 gebohrt wurde, in das Rohr 24. Flächen in dem spitz zulaufenden Bereich des Rohres 39 definieren mindestens eine Durchgangsöffnung 26, die quer zu der Längsachse des Rohres 24 angeordnet ist. Aus Kostengründen nutzt die Konfiguration ein Kugellager als Kugel 12 und ein gezogenes Rohr 24, welche an der Schweißnaht 30 laserverschweißt sind (4). Durch die daraus resultierende Schweißverbindung entsteht ein Spaltvolumen V auf der „Rückseite” der Kugel 12. Dieses Spaltvolumen V befindet sich in einem Bereich Z (3), in dem das Fluid voraussichtlich größtenteils stillsteht. Die Korrosionsbeständigkeit des Materials in dem von der Schweißwärme betroffenen Bereich tendiert außerdem dazu, etwas verringert zu sein, trotz der Tatsache, dass es sich bei den Materialien der verschweißten Unterkomponenten um Edelstahl handelt. Der Schweißprozess kann zu einer Zerstörung oder Belegung der Chromplätze führen, welche die passive Oxidationsschicht bilden, die für die Korrosionsbeständigkeit des Edelstahls verantwortlich ist. Tests haben ergeben, dass die Kombination aus stillstehendem sauerstoffhaltigem Fluid in dem Spaltvolumen und Materialien mit geschwächter Widerstandsfähigkeit zur Korrosion dieser Verbindung führt. Das Nichtvorhandensein von Korrosion an der „äußeren” Oberfläche der Verbindung ergibt sich aus einer glatten, ebenen Oberfläche und einem ständigen Fließen des Fluids über diese Oberfläche. Daher muss außerdem die Einwirkung des Arbeitsfluids auf den Schweißverbindungsbereich in dem Injektorrohr auf kosteneffiziente Art und Weise verhindert werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Gegenstand der Erfindung ist die Erfüllung der oben erläuterten Anforderungen. Gemäß den Prinzipien einer Ausführungsform wird dieses Ziel erreicht, indem ein Fluidinjektor bereitgestellt wird, der über einen Eingang, einen Ausgang und einen Durchgang verfügt, welcher den Fluidfluss von dem Eingang zu dem Ausgang leitet. Der Fluidinjektor umfasst eine Ventilstruktur, die in dem Durchgang zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegt werden kann. Die Ventilstruktur umfasst ein hohles Rohr mit einer Längsachse und ein Ventilelement, das mit einer Schweißnaht mit einem Ende des Rohres verbunden ist, wobei im Inneren des Rohres, allgemein in der Nähe der Schweißnaht, ein Schweißverbindungsbereich definiert wird. Flächen in dem Rohr definieren eine Durchgangsöffnung, die quer zu der Längsachse des Rohres angeordnet ist. Die Durchgangsöffnung ist so konstruiert und angeordnet, dass sie den Eintritt des Fluids in das Innere des Rohres ermöglicht. An dem Ausgang wird ein Sitz bereitgestellt und er verfügt über mindestens einen Sitz-Durchlass, der mit dem Durchgang verbunden ist. Der Sitz hält angrenzend einen Teil des Ventilelements in der ersten Position und schließt damit mindestens einen Sitz-Durchlass und verhindert den Austritt des Fluids aus dem mindestens einen Sitz-Durchlass. In der zweiten Position der Ventilstruktur befindet sich das Ventilelement in einem Abstand zu mindestens einem Sitz-Durchlass, sodass das Fluid durch den Durchgang fließen und durch mindestens einen Sitz-Durchlass austreten kann. Die Korrosionsschutzvorrichtung ist in dem Rohr zwischen der Durchgangsöffnung und dem Ventilelement angebracht und ist so konstruiert und angeordnet, dass sie das Eintreten des Fluids in dem Rohr in den Schweißverbindungsbereich verhindert. Einem anderen Aspekt einer offenbarten Ausführungsform nach verhindert ein Verfahren die Korrosion in einem Fluidinjektor. Der Fluidinjektor verfügt über einen Eingang, einen Ausgang, einen Durchgang, welcher den Fluidfluss von dem Eingang zu dem Ausgang leitet, und eine Ventilstruktur, die in dem Durchgang in Bezug auf einen Sitz zwischen einer ersten, an dem Sitz eingerasteten Position, um das Austreten des Fluids aus dem Ausgang zu verhindern, und einer zweiten, von dem Sitz entfernten Position, um das Austreten des Fluids aus dem Ausgang zu ermöglichen, bewegt werden kann. Die Ventilstruktur umfasst ein hohles Rohr mit einer Längsachse und ein Ventilelement, das mit einer Schweißnaht mit einem Ende des Rohres verbunden ist, wobei im Inneren des Rohres, allgemein in der Nähe der Schweißnaht, ein Schweißverbindungsbereich definiert wird. Das Verfahren stellt eine Durchgangsöffnung in dem Rohr bereit, die quer zu der Längsachse des Rohres angeordnet ist. Die Durchgangsöffnung ist so konstruiert und angeordnet, dass sie den Eintritt des Fluids in das Innere des Rohres ermöglicht. Das Verfahren verhindert, dass das Fluid im Inneren des Rohres in den Schweißverbindungsbereich eindringt. Andere Ziele, Funktionen und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sowie die Betriebsmethoden und die Funktionen der entsprechenden Elemente der Struktur, die Kombination der Teile und ökonomischen Aspekte der Herstellung werden anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung und der beigefügten Patentansprüche mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen deutlicher, welche jeweils einen Bestandteil dieser Spezifikation darstellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung ist anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser zu verstehen, wobei gleiche Referenznummern sich auf gleiche Teile beziehen; dabei:
Ist 1 eine Abbildung einer herkömmlichen Querschnittsansicht eines Magnetventil-Fluidinjektors.
Ist 2 eine vergrößerte Ansicht des eingekreisten Bereiches 2 in 1.
Ist 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Rohres und der Kugel des Injektors aus 1, welche eine Durchgangsöffnung in dem Rohr zeigt.
Ist 4 eine vergrößerte Ansicht, die eine Schweißnaht zeigt, welche das Rohr mit der Kugel des Injektors aus 1 verbindet.
Ist 5 eine Querschnittsansicht eines Magnetventil-Fluidinjektors, der über eine Korrosionsschutzvorrichtung nach einer Ausführungsform verfügt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf 5 ist ein allgemein mit 10' bezeichneter Fluidinjektor nach einer Ausführungsform abgebildet. Der Fluidinjektor 10' verfügt über einen Fluideingang 32 an einem vorgelagerten Ende 33 des Injektors, einen Fluidausgang 34 an einem nachgelagerten Ende 35 des Injektors und einen Fluiddurchgang 36 zwischen dem Fluideingang 32 und dem Fluidausgang 34. Der Injektor 10' ist ein herkömmlicher, mit Magnetventil betriebener Typ mit einer Armatur 20, die durch eine Spule 18 betätigt wird. Die elektromagnetische Energie wird durch einen Stromfluss von der elektronischen Steuereinheit (nicht abgebildet) durch die Spule 18 erzeugt. Die Bewegung der Armatur 20 bewegt auch ein operativ daran befestigtes hohles Rohr 24 und ein Ventilelement 12 in Positionen, die entweder von einem Sitz 14 getrennt oder zusammenhängend daran eingerastet sind. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Ventilelement 12 um eine Kugel und der Sitz 14 ist kegelförmig. Ein Ende des Rohres 24 ist durch eine Schweißnaht 30 mit dem Ventilelement 12 verbunden und das Rohr 24 und das Ventilelement 12 definieren die Ventilstruktur des Injektors 10'. Das Rohr 24 und das Ventilelement 12 bestehen vorzugsweise aus Edelstahl. Im Inneren des Rohres 24, allgemein angrenzend an die Schweißnaht 30, ist ein Schweißverbindungsbereich Z definiert. Wenn die Spule 18 bestromt wird, bewegt sich die Armatur 20 auf einen festen Polschuh 22 zu und das Ventilelement 12 wird aus dem Injektor-Ventilsitz 14, damit das unter Druck stehende Fluid auf die übliche Art und Weise über eine Dosierscheibe 16 fließen kann. Flächen in dem Rohr 24 definieren mindestens eine Durchgangsöffnung 26', die quer zu einer Längsachse A des Rohres 24 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform umfasst das Rohr 24 einen Teil 37 mit einem konstanten Durchmesser und einen angrenzenden spitz zulaufenden Teil 39, der angrenzend an das Ventilelement 12 angeordnet ist. Die Durchgangsöffnung 26' befindet sich in dem Teil 37 des Rohres 24 mit dem konstanten Durchmesser. Daher wird die Durchgangsöffnung 26' aus 6 im Vergleich zu der Öffnung 26 des herkömmlichen Injektors 10 aus 1 verlegt, sodass sie zum oberen Ende 40 des Rohres 24, weg von dem spitz zulaufenden Teil 39 des Rohres 24, angeordnet ist. Die Verlegung der Öffnung 26' schafft Raum für die Korrosionsschutzvorrichtung, die allgemein mit 38 bezeichnet wird. Die Korrosionsschutzvorrichtung 38 wird bereitgestellt, um die Einwirkung des Arbeitsfluids auf den Stagnations- oder Schweißverbindungsbereich Z in dem Rohr 24 zu verhindern. In der Ausführungsform umfasst die Schutzvorrichtung 38 einen Elastomerstopfen 42, der in dem Rohr 24 zwischen der Durchgangsöffnung 26' und dem Ventilelement 12 angeordnet ist, um das Eindringen des Fluids in dem Rohr 24 in den kritischen Schweißverbindungsbereich Z zu verhindern. In der Ausführungsform besteht der Elastomerstopfen 42 aus einer sphärisch geformten Kugel, die in dem Teil 37 des Rohres 24 mit konstantem Durchmesser angeordnet ist. Der Stopfen 42 besteht vorzugsweise aus einem nachgiebigen Elastomermaterial, das widerstandsfähig gegenüber der Einwirkung des Arbeitsfluids, wie zum Beispiel Harnstofflösung und Kohlenwasserstoff-Brennstoffen, ist. Zum Beispiel kann der Stopfen 42 aus Ethylen-Propylen-Dien-(Monomer)-Kautschuk (EPDM) oder Fluorkautschuk (FKM) bestehen. Obwohl in diesem Fall die Geometrie des Spaltvolumens V und das Volumen des Stagnations- oder Schweißverbindungsbereiches Z noch vorhanden sind, sind die unverfälschten Materialien des Rohres 24 und des Elastomerstopfens 42 ausreichend widerstandsfähig gegen korrosive Beanspruchungen und verhindern die Korrosion in dem Schweißverbindungsbereich Z, da der Kontakt des Fluids in dem Rohr 24 und den Oberflächen des Ventilelements 12 und des Rohres 24 an der Schweißnaht 30 verhindert wird. Es ist darauf hinzuweisen, dass der Stopfen 42 unterschiedliche Formen haben kann. Zum Beispiel kann ein Zylinder oder spitz zulaufender Zylinder zusätzliche Widerstandsfähigkeit bieten, indem er das fluidseitige Spaltvolumen V reduziert, das noch wie bei dem herkömmlichen Injektor 10 vorhanden ist. Ebenso kann das Material variieren, aus welchem der Stopfen hergestellt wird. Zum Beispiel können Metallstopfen und/oder an Ort und Stelle ausgehärtete Dichtungsmittel (Cured-in-Place) genutzt werden, um die Widerstandsfähigkeit gegen bestimmte Fluids und/oder eine verbesserte Wirkung des Stopfens zu erzielen. Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen wurden mit dem Zweck gezeigt und beschrieben, die strukturellen und funktionalen Grundsätze der vorliegenden Erfindung und die Methoden des Einsatzes der bevorzugten Ausführungsformen zu illustrieren und können geändert werden, ohne von diesen Grundsätzen abzuweichen. Daher umfasst diese Erfindung alle Veränderungen, die unter die Aussagen der nachstehenden Ansprüche fallen.

Claims

Fluidinjektor über einen Eingang, einen Ausgang und einen Durchgang, der einen Fluidfluss von dem Eingang zu dem Ausgang bereitstellt, verfügt, wobei der Fluidinjektor Folgendes umfasst: eine Ventilstruktur, die in dem Durchgang zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegt werden kann, wobei die Ventilstruktur ein hohles Rohr mit einer Längsachse umfasst Längsachse und ein Ventilelement, das mit einer Schweißnaht mit einem Ende des Rohres verbunden ist, wobei im Inneren des Rohres, allgemein in der Nähe der Schweißnaht, ein Schweißverbindungsbereich definiert wird, wobei das Rohr Flächen hat, die eine Durchgangsöffnung definieren, die quer zur Längsachse des Rohres angeordnet ist und die Durchgangsöffnung so konstruiert und angeordnet ist, dass sie den Eintritt des Fluids in das Innere des Rohres ermöglicht, einen Sitz am Ausgang, der über mindestens einen Sitz-Durchlass verfügt, der mit dem Durchgang verbunden ist, wobei der Sitz in der ersten Position angrenzend in einen Teil des Ventilelements einrastet und so den mindestens einen Sitz-Durchlass verschließt und das Austreten des Fluids aus dem mindestens einen Sitz-Durchlass verhindert, wobei das Ventilelement in der zweiten Position der Ventilstruktur von dem mindestens einen Sitz-Durchlass entfernt ist, sodass das Fluid sich durch den Durchgang bewegen kann und durch den mindestens einen Sitz-Durchlass austreten kann, und eine Korrosionsschutzvorrichtung, die in dem Rohr zwischen der Durchgangsöffnung und dem Ventilelement angebracht und so konstruiert und angeordnet ist, dass sie das Eintreten des Fluids in dem Rohr in den Schweißverbindungsbereich verhindert.
Injektor nach Anspruch 1, wobei das Ventilelement die Form einer Kugel hat.
Injektor nach Anspruch 1, wobei das Rohr und das Ventilelement jeweils aus Edelstahl bestehen.
Injektor nach Anspruch 1, wobei die Korrosionsschutzvorrichtung ein Stopfen ist, der aus einem Elastomermaterial besteht.
Injektor nach Anspruch 4, wobei der Stopfen eine Kugelform hat.
Injektor nach Anspruch 1, wobei die Korrosionsschutzvorrichtung so konstruiert und angeordnet ist, dass sie widerstandsfähig gegen Harnstofflösung als Fluid ist.
Injektor nach Anspruch 1, wobei die Korrosionsschutzvorrichtung so konstruiert und angeordnet ist, dass sie widerstandsfähig gegen Kohlenwasserstoff-Brennstoffe als Fluid ist.
Injektor nach Anspruch 6, wobei die Korrosionsschutzvorrichtung aus Ethylen-Propylen-Dien-(Monomer)-Kautschuk (EPDM) oder Fluorkautschuk (FKM) besteht.
Injektor nach Anspruch 1, wobei das Rohr einen Teil mit einem konstanten Durchmesser und einen spitz zulaufenden Teil umfasst, welcher angrenzend an das Ventilelement angeordnet ist, wobei die Durchgangsöffnung in dem Teil mit konstantem Durchmesser bereitgestellt wird.
Injektor nach Anspruch 9, wobei die Korrosionsschutzvorrichtung ein kugelförmiger Stopfen ist, der in dem Teil des Rohres mit konstantem Durchmesser angeordnet ist.
Verfahren zum Verhindern der Korrosion in einem Fluidinjektor, wobei der Fluidinjektor über einen Eingang, einen Ausgang und einen Durchgang, der einen Fluidfluss von dem Eingang zu dem Ausgang bereitstellt, verfügt, und eine Ventilstruktur, die in dem Durchgang zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegt werden kann, wobei die Ventilstruktur ein hohles Rohr mit einer Längsachse umfasst Längsachse und ein Ventilelement, das mit einer Schweißnaht mit einem Ende des Rohres verbunden ist, wobei im Inneren des Rohres, allgemein in der Nähe der Schweißnaht, ein Schweißverbindungsbereich definiert wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellung einer Durchgangsöffnung in dem Rohr, die quer zu der Längsachse des Rohres angeordnet ist, wobei die Durchgangsöffnung so konstruiert und angeordnet ist, dass sie den Eintritt des Fluids in das Innere des Rohres ermöglicht und verhindert, dass das Fluid im Inneren des Rohres in den Schweißverbindungsbereich eindringt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der verhindernde Schritt die Bereitstellung eines Stopfens zwischen der Durchgangsöffnung und dem Ventilelement umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ventilelement die Form einer Kugel hat.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Rohr und das Ventilelement jeweils aus Edelstahl bestehen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Stopfen aus einem Elastomermaterial besteht.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Stopfen als kugelförmiges Element bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der bereitgestellte Stopfen widerstandsfähig gegen Harnstofflösung als Fluid oder Kohlenwasserstoff-Brennstoffe als Fluid ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Stopfen aus Ethylen-Propylen-Dien-(Monomer)-Kautschuk (EPDM) oder Fluorkautschuk (FKM) besteht.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Rohr einen Teil mit einem konstanten Durchmesser und einen spitz zulaufenden Teil umfasst, welcher angrenzend an das Ventilelement angeordnet ist, und wobei die Durchgangsöffnung in dem Teil mit konstantem Durchmesser bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Stopfen kugelförmig ist und in dem Teil des Rohres mit konstantem Durchmesser angeordnet ist.