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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Beispielsweise ist aus der
DE 101 33 263 A1 ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt. Es umfasst einen Düsenkörper und eine in einem Magnettopf angeordnete Magnetspule, welche von dem Düsenkörper durchgriffen ist, und eine Kunststoffummantelung, welche den Düsenkörper zumindest teilweise umgibt. Der Düsenkörper und der Magnettopf sind mittels einer Labyrinthdichtung gegenüber einer Umgebung des Brennstoffeinspritzventils abgedichtet.
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Nachteilig bei der in der
DE 101 33 263 A1 angegebenen Dichtungslösung ist dabei insbesondere die mangelhafte Abdichtung unter verschiedenen Temperaturbedingungen, beispielsweise beim Abkühlen des die Labyrinthdichtung bildenden Kunststoffs nach der Herstellung oder die erneute Ausdehnung bei Erwärmung beim Betrieb des Brennstoffeinspritzventils bzw. der Brennkraftmaschine, wobei die mangelhafte Dichtwirkung auf der Entstehung eines Spaltes zwischen den Bauteilen entsteht, welche aus verschiedenen Materialien bestehen und somit ein unterschiedliches Dehnungs- bzw. Schrumpfungsverhalten aufweisen.
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Aus der
US 5,820,099 A ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem Düsenkörper und einer in einem Magnettopf angeordneten Magnetspule bekannt. Außerdem weist das Ventil eine Kunststoffummantelung auf, welche den Düsenkörper und den Magnettopf zumindest teilweise umgibt. Der Magnettopf ist dabei mittels einer Labyrinthdichtung gegenüber einer Umgebung des Brennstoffeinspritzventils abgedichtet. Axiale Flanken von Furchen der Labyrinthdichtung sind unter einem von 0° verschiedenen Neigungswinkel gegenüber einer radialen Schnittebene geneigt, da die Labyrinthdichtung eine sägezahnartige Struktur aufweist.
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Aus der
DE 103 10 789 A1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil, insbesondere ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt. Das Ventil umfasst einen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor, der einen in einem Gehäuse angeordneten Ventilschließ-körper betätigt, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und einen Brennstoffzulauf. Der Brennstoffzulauf weist einen Anschlussstutzen und ein Rohr auf, welche an einem Aktorfuß des Aktors angesetzt und mit einer Kunststoffumspritzung ummantelt sind. Labyrinthdichtungen sorgen für die Abdichtung zwischen der Kunststoffumspritzung und dem Aktorfuß sowie mit dem Anschlussstutzen.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass axiale Flanken von umlaufenden Furchen der Labyrinthdichtung unter einem von 0° verschiedenen Neigungswinkel α gegenüber einer radialen Schnittebene durch das Brennstoffeinspritzventil geneigt sind.
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Dadurch kann auch beim Schrumpfen bzw. einer erneuten Ausdehnung der Labyrinthdichtung unter verschiedenen Temperaturbedingungen eine zuverlässige Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils gegenüber aggressiven Substanzen und Spritzwasser erzielt werden, ohne dass empfindliche Bauteile des Magnetkreises durch eindringende Flüssigkeiten beschädigt werden können.
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Gemäß den in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Vorteilhafterweise kann die Labyrinthdichtung zwei oder mehr Furchen aufweisen, so dass je nach den baulichen Gegebenheiten eine sichere Abdichtung möglich ist.
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Weiterhin ist von Vorteil, dass die Furchen einen trapez- oder parallelogrammförmigen Querschnitt mit beliebig wählbaren Neigungswinkeln aufweisen, so dass ebenfalls je nach Einbausituation eine optimale Dichtwirkung erzielt wird.
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Von Vorteil ist auch, dass die Labyrinthdichtung in einfacher Weise herstellbar ist, beispielsweise durch Tiefziehen oder andere verformende Verfahren bzw. durch ein geeignetes Furchungswerkzeug.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele erfindungsgemäß ausgestalteter Brennstoffeinspritzventil sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1A–B einen schematischen Teilschnitt und einen Ausschnitt aus einem Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik,
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2A–B eine stark schematisierte Darstellung der Dichtwirkung einer außen liegenden Labyrinthdichtung für ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik,
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3 eine stark schematisierte ausschnittsweise Schnittdarstellung der Dichtwirkung einer innen liegenden Labyrinthdichtung für ein Brennstoffeinspritzventil gemäß 1A,
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4 eine stark schematisierte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines mit einer erfindungsgemäßen Labyrinthdichtung versehenen Brennstoffeinspritzventils in gleicher Ansicht wie 3,
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5 eine stark schematisierte Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines mit einer erfindungsgemäßen Labyrinthdichtung versehenen Brennstoffeinspritzventils in gleicher Ansicht wie 3, und
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6 eine stark schematisierte Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines mit einer erfindungsgemäßen Labyrinthdichtung versehenen Brennstoffeinspritzventils in gleicher Ansicht wie 3.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Bevor anhand der 4 bis 6 Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden, wird zunächst anhand der 1 bis 3 der Stand der Technik zum besseren Verständnis der erfindungsgemäßen Maßnahmen kurz beschrieben.
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Ein in 1A und 1B ausschnittsweise dargestelltes Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
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Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfasst einen hülsenförmigen Düsenkörper 2, in welchem beispielsweise eine nicht weiter dargestellte Ventilnadel angeordnet sein kann. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein elektromagnetisch betätigtes Brennstoffeinspritzventil 1. Der Düsenkörper 2 durchgreift eine Magnetspule 3, welche auf einen Spulenträger 4 gewickelt ist. Die Magnetspule 3 ist in einem Magnettopf 6 gekapselt, welcher durch eine im Ausführungsbeispiel innen liegende Labyrinthdichtung 5 gegen eine Umgebung des Brennstoffeinspritzventils 1 abgedichtet ist.
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Die Magnetspule 3 wird über eine nicht weiter dargestellte Leitung von einem über einen elektrischen Steckkontakt 7 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt ist von einer Kunststoffummantelung 8 umgeben, die am Düsenkörper 2 angespritzt sein kann.
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1B zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung den in 1 mit IB bezeichneten Bereich des in 1A dargestellten Ausführungsbeispiels eines Brennstoffeinspritzventils 1 gemäß dem Stand der Technik.
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Die Magnetspule 3 und der Düsenkörper 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 sind, wie bereits erwähnt, mit einer innen liegenden Labyrinthdichtung 5 ausgestattet, welche den von der Kunststoffummantelung 8 umgebenen Bereich mit dem Düsenkörper 2 vor aggressiven Medien in der Umgebung des Brennstoffeinspritzventils 1 schützt.
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Die Labyrinthdichtung 5 ist beispielsweise durch Tiefziehen oder Fließpressen herstellbar, wobei zumindest zwei, besser drei Furchen 9 mittels eines Furchwerkzeugs angefertigt werden. Auch mittels Rundhämmerns oder Rundkneten kann unter Zuhilfenahme eines Innendorns eine Labyrinthdichtung 5 gestaltet werden.
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Anhand der 2A und 2B ist das grundlegende Dichtprinzip einer außen liegenden Labyrinthdichtung 5 ersichtlich. Wird bei außen liegenden Labyrinthdichtungen 5 der Kunststoff bei sinkenden Temperaturen stärker auf den aus Stahl bestehenden Magnettopf 6 gepresst, nimmt die Dichtwirkung zu, wie in 2A dargestellt. Bei steigenden Temperaturen hebt sich der Kunststoff der Labyrinthdichtung 5 radial vom Magnettopf 6 ab, wie in 2B gezeigt. Gleichzeitig werden dabei jedoch axiale Flanken 12 der Furchen 9 stärker an die entsprechenden Gegenflächen 13 des Magnettopfes 6 gedrückt, so dass auch bei höheren Temperaturen eine ausreichende Dichtwirkung gewährleistet ist.
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Nachteilig an außen liegenden Labyrinthdichtungen 5 gemäß 2A und 2B ist dabei jedoch, dass sie ungeschützt sind und aufgrund ihres elastischen Materials daher anfällig für Beschädigungen sind. Nachfolgend kann Flüssigkeit in den Magnettopf 6 eintreten und die Magnetspule 3 beschädigen, was zu Fehlfunktionen oder vollständiger Unbrauchbarkeit des Brennstoffeinspritzventils 1 führen kann.
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Wird jedoch eine innen liegende Labyrinthdichtung 5 gemäß 1A und 1B so ausgeformt wie die außen liegende Labyrinthdichtung 5 gemäß 2A und 2B, würde nur bei hohen Temperaturen eine ausreichende Dichtwirkung erzielt werden. Dies ist aus 3 ersichtlich, wo eine innen liegende Labyrinthdichtung 5 detaillierter dargestellt ist. Bei sinkenden Temperaturen bildet sich aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Stahl und Kunststoff zwischen dem Magnettopf 6 und der Labyrinthdichtung 5 ein durchgehender Spalt 14 aus. Dieser Spalt 14 kann eine Spaltweite von bis zu 0,15 mm erreichen, wodurch auch größere Mengen aggressiver Flüssigkeiten wie Öl oder Salzwasser eindringen können.
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Aufgrund der Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 und der Labyrinthdichtung 5 weist der Kunststoff der Labyrinthdichtung 5 ein bestimmtes Abkühlverhalten bzw. eine Schrumpfungsrichtung auf, welche in 3 durch die Pfeile gekennzeichnet ist. Mit Z ist dabei eine imaginäre Kreislinie um den Düsenkörper 2 gekennzeichnet, auf welchen der Kunststoff der Labyrinthdichtung 5 hinschrumpft.
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Der Düsenkörper 2 bleibt dabei steif, der Kunststoff kann ihn nicht verformen. Der Magnettopf 6 ist ebenfalls steif, weshalb sich der Kunststoff der Labyrinthdichtung 5 beim Abkühlen vom Magnettopf 6 löst. Dieser Ablösungsprozeß findet bereits bei der Herstellung der Labyrinthdichtung 5 statt, so dass die Dichtigkeit nicht gewährleistet ist.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine innen liegende Labyrinthdichtung 5 gemäß 1A und 1B so weiterzubilden, dass eine zuverlässige Dichtwirkung nach der Einbringung der Labyrinthdichtung 5 gewährleistet ist und die Labyrinthdichtung trotzdem innen liegend ausgebildet sein kann.
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Erfindungsgemäße Weiterbildungen, die diese Kriterien erfüllen, sind in den 4 bis 6 beispielhaft beschrieben. Gleiche Bauteile sind dabei in allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
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4 zeigt in gleicher Darstellung wie 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Labyrinthdichtung 5.
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Dabei sind die axialen Flanken 12 der Furchen 9 der Labyrinthdichtung 5 sowie die korrespondierenden Gegenflächen 13 des Magnettopfes 6 relativ zu einer radialen Ebene geneigt ausgebildet.
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Die Neigungswinkel α der Furchen 9 können dabei alle gleich groß oder auch in Form von unterschiedlich großen Neigungswinkeln α1, α2, ... ausgebildet sein, sind jedoch im Ausführungsbeispiel für jede Furche 9 gegensinnig ausgebildet. In 4 sind beispielhaft zwei verschiedene Neigungswinkel α1 und α2 dargestellt, wobei die zueinander orientierten axialen Flanken 12 der Furchen 9 unter dem Neigungswinkel α1 geneigt sind, während die jeweils andere axiale Flanke 12 jeder Furche 9 unter einem von α1 verschiedenen Neigungswinkel α2 geneigt ist. Die Querschnittsform der Furchen 9 ist dabei ungefähr trapezförmig.
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Der Schrumpfungsprozeß der Labyrinthdichtung 5 ist wiederum durch Pfeile gekennzeichnet, welche auf den zentralen Punkt Z orientiert sind. Es ist deutlich erkennbar, dass zwischen den Flanken 12 der Furchen 9 und den korrespondierenden Gegenflächen 13 des Magnettopfes 6 stets eine Anlagefläche erhalten bleibt, die groß genug ist, die Dichtigkeit in jedem Temperaturbereich zu gewährleisten.
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Die Schrumpfungsrichtung der Labyrinthdichtung 5 kann dabei durch konstruktive Merkmale wie z. B. bestimmte Formgebungen sowie durch Füllstoffe im Kunststoff der Labyrinthdichtung 5, Einlegeteile etc. gezielt beeinflusst werden. Derartige Lösungen sind kostengünstig und schützen das Brennstoffeinspritzventil 1 zuverlässig vor dem Eindringen von Spritzwasser und aggressiven Substanzen.
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5 zeigt in gleicher Darstellung wie 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Labyrinthdichtung 5.
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Hierbei sind nicht zwei, sondern drei konzentrische Furchen 9 vorgesehen, wobei eine Symmetrieachse 16 durch den zentralen Schrumpfungspunkt Z vorgesehen ist. Somit sind die Flanken 12 der zwei äußeren Furchen 9 sowie der korrespondierenden Gegenflächen 13 jeweils unter gleichen Neigungswinkeln α geneigt, wobei die mittlere Furche 9 mit gegensinnigen Neigungswinkeln α wie in dem in 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, während die äußeren Furchen 9 in beiden axialen Flanken 12 gleichsinnig geneigt sind. Die Neigungswinkel α der äußeren und der inneren Furche 9 können dabei wiederum jeweils gleich groß oder unterschiedlich groß sein. Die Querschnittsform der äußeren Furchen 9 ist dabei ungefähr parallelogrammförmig, während die innere Furche 9 trapezförmig im Querschnitt ist. In jedem der genannten Fälle kann eine ausreichende Dichtigkeit in jedem Temperaturbereich gewährleistet werden.
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In 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer Labyrinthdichtung 5 für ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Brennstoffeinspritzventil 1 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel sind wie im ersten, in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel nur zwei Furchen 9 vorgesehen, welche jedoch jeweils gleichsinnig geneigte axiale Flanken 12 aufweisen, wodurch wiederum parallelogrammförmige Querschnittsformen entstehen. Dadurch werden unterschiedlich geformte Anlageflächen zwischen den Flanken 12 und den Gegenflächen 13 gebildet, beispielsweise durch linienförmiges Anlegen der Labyrinthdichtung 5 an den Magnettopf 6. Die Neigungswinkel α sind dabei für jede Flanke 12 der beiden Furchen 9 unterschiedlich groß, jedoch so ausgebildet, dass die Schrumpfung wiederum optimal auf den zentralen Punkt Z ausgerichtet ist.
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Aus 6 ist auch ein weiteres vorteilhaftes Merkmal ersichtlich, nämlich die Ausbildung von Kanten 15 der Labyrinthdichtung 5. Diese können, wie in den vorigen Ausführungsbeispielen dargestellt, ohne Rundung, oder, wie in 6 gezeigt, abgerundet ausgebildet sein.
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Die Labyrinthdichtung 5 ist dabei nicht auf symmetrische Formen beschränkt. Beispielsweise ist die Labyrinthdichtung 5 auch zur Abdichtung im Bereich des Steckkontaktes 7 unter Annahme einer asymmetrischen Form anwendbar. Eine Versteifung durch Einlegeformteile ist dabei zweckmäßig.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1 beschränkt und für beliebige Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1 geeignet. Alle Merkmale der Erfindung sind dabei beliebig miteinander kombinierbar.
