DE102005052674A1

DE102005052674A1 - Dichtscheibe, insbesondere zum Abdichten eines Kraftstoffinjektors gegenüber einem Motorblock, sowie Kraftstoffinjektor

Info

Publication number: DE102005052674A1
Application number: DE102005052674A
Authority: DE
Inventors: Juergen Hanneke; Andreas Gaudl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2005-11-04
Publication date: 2007-05-10
Also published as: BRPI0617957A2; WO2007051726A1; EP1945936A1; KR20080064140A; CN101300418A; JP2009515091A; RU2008122181A; US20080246228A1

Abstract

Eine Dichtscheibe (16) dient zum Abdichten eines Kraftstoffinjektors gegenüber einem Motorblock einer Brennkraftmaschine. Sie umfasst eine Innenöffnung (24) und eine Verliersicherung (28) zur unverlierbaren Halterung an dem Kraftstoffinjektor. Es wird vorgeschlagen, dass die Dichtscheibe (16) insgesamt mindestens eine Trägerschicht (30) und mindestens zwei zu beiden Seiten der Trägerschicht (30) angeordnete Dichtscheiben (32, 34) aufweist, wobei die Trägerschicht (30) aus einem steiferen Material ist als die Dichtschichten (32, 34), und dass die Verliersicherung an einem Rand der Innenöffnung mindestens einen sich radial einwärts erstreckenden nasenartigen Vorsprung (28) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtscheibe, insbesondere zum Abdichten eines Kraftstoffinjektors gegenüber einem Motorblock, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des nebengeordneten Patentanspruchs.

Die DE 199 41 930 A1 offenbart einen Kraftstoffinjektor für Brennkraftmaschinen, der in Einbaulage gegenüber einem Motorblock der Brennkraftmaschine durch eine ringförmige Dichtscheibe abgedichtet ist. Um die Montage zu vereinfachen und um sicherzustellen, dass der Kraftstoffinjektor tatsächlich mit einer solchen Dichtscheibe am Motorblock befestigt wird, wird die Dichtscheibe, nach der Herstellung des Kraftstoffinjektors, auf diesen aufgeschoben und an ihm unverlierbar gehaltert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dichtscheibe zu schaffen, die preiswert ist und mit geringem Aufwand an einem Kraftstoffinjektor unverlierbar gehaltert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Dichtscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere Lösungsmöglichkeit ist in dem nebengeordneten Patentanspruch angegeben, der einen Kraftstoffinjektor betrifft. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in Unteransprüchen.

Vorteile der Erfindung

Durch den nasenartigen Vorsprung wird eine Verliersicherung geschaffen, die durch Kraft- und/oder Formschluss die Dichtscheibe zuverlässig beispielsweise an einem Kraftstoffinjektor hält. Dieser zuverlässige Kraftbeziehungsweise Formschluss wird durch die Trägerschicht aus einem vergleichsweise steifen Material ermöglicht: Wird die Dichtscheibe beispielsweise auf einen Kraftstoffinjektor aufgeschoben, verformt sich der nasenartige Vorsprung elastisch, aufgrund der hohen Steifigkeit des Trägerschichtmaterials liegt er dabei jedoch mit hoher Kraft am Werkstück an.

Diese hohe Kraft und die Verformung des nasenartigen Vorsprungs entgegen der Abziehrichtung, was zu einer Art Widerhakeneffekt führt, sorgen jedoch dafür, dass ein Abstreifen der Dichtscheibe vom Werkstück fast unmöglich ist. Dabei ist die Montage der erfindungsgemäßen Dichtscheibe am Werkstück sehr einfach, da nur ein kleiner Bereich der Dichtscheibe während der Montage verformt werden muss. Spezielle Werkzeuge und hohe Kräfte zum Aufbringen der Dichtscheibe auf das Werkstück sind daher nicht erforderlich.

Durch den mehrschichtigen Aufbau der Dichtscheibe mit den vergleichsweise weichen Dichtschichten wird dennoch eine gute Dichtwirkung erreicht. Mit der erfindungsgemäßen Dichtscheibe werden also die für die Abdichtung günstigen Eigenschaften eines weichen Materials mit den für eine zuverlässige Verliersicherung günstigen Eigenschaften eines steifen Materials kombiniert. Die vergleichsweise hohe Elastizität von Stahl trägt darüber hinaus zu einer geringen Schlagempfindlichkeit der erfindungsgemäßen Dichtscheibe bei.

Durch die reduzierte Verlierwahrscheinlichkeit werden Folgeschäden durch einen Einbau beispielsweise eines Kraftstoffinjektors an einem Motorblock ohne Dichtscheibe verhindert. Solche Folgeschäden, die durch eine verringerte Abdichtung zwischen Kraftstoffinjektor und Brennraum verursacht werden, bestehen beispielsweise in einem Kompressionsverlust, einem "Festfressen" des Injektors aufgrund von Verkokung des Zwischenraums zwischen Kraftstoffinjektor und Motorblock, im schlimmsten Fall sogar in einer Zerstörung des Kolbens der Brennkraftmaschine und einem Motorausfall.

Im Allgemeinen dürfte eine Ausgestaltung mit zwei separaten und mit der Trägerschicht fest bzw. einstückig verbundenen Dichtschichten die meisten Vorteile haben. Denkbar ist aber auch, dass auf einer Seite Dicht- und Trägerschicht aus dem gleichen Material sind.

Eine vorteilhaft ausgestaltete Dichtscheibe umfasst als Material für die Trägerschicht Stahl und als Material für die Dichtschichten Kupfer. Im Vergleich zu einer Dichtscheibe aus reinem Kupfer kann durch den höheren elastischen Verformungsanteil der Trägerschicht aus Stahl eine um ungefähr 100 % höhere Kraft bewirkt werden, die zum Abstreifen der Dichtscheibe vom Werkstück erforderlich ist, ohne dass die Dichtwirkung, die durch die Kupfer- Dichtschichten bereitgestellt wird, gegenüber einer Dichtscheibe aus reinem Kupfer reduziert wäre. Die Verbindung von Stahl und Kupfer zu einem Schichtenverbund ist in der Fertigung sehr einfach möglich, und die Verarbeitbarkeit bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Dichtscheibe ist ebenfalls gut.

Die Verwendung von mindestens drei nasenartigen Vorsprüngen, die über den Umfang der Innenöffnung der Dichtscheibe verteilt angeordnet sind, sorgt dafür, dass bei oder nach dem Aufschieben auf das Werkstück der Rand der Innenöffnung am Werkstück nicht anliegt und somit nicht beschädigt werden kann. Dies ist für die Dichtwirkung günstig und erleichtert die Handhabung der aus Dichtscheibe und Kraftstoffinjektor gebildeten Einheit, da diese Einheit vergleichsweise robust ist.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Dichtscheibe wird nochmals vereinfacht, wenn die Trägerschicht und die Dichtscheibe wenigstens in etwa gleich dick sind. Bei einer Dichtschicht aus Kupfer kann es im Hinblick auf die Funktion aber auch vorteilhaft sein, wenn diese dicker ist als die Trägerschicht. Grundsätzlich gilt, dass durch eine Variation der einzelnen Schichtdicken sich die gleichen Gesamtdicken von Dichtscheiben aus dem Stand der Technik erzeugen lassen, so dass die erfindungsgemäße Dichtscheibe auch ohne Änderung am entsprechenden Werkstück verwendet werden kann. Durch die genaue Formgebung der Geometrie der nasenförmigen Vorsprünge (Dicke und Breite) erhält man auch bei einer großen Dicke der Dichtscheibe solche zum Aufbringen der Dichtscheibe auf das Werkstück und zum Abstreifen der Dichtscheibe vom Werkstück erforderliche Kräfte, die sich von einer Dichtscheibe zur anderen kaum unterscheiden.

Bei einem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor ist es besonders vorteilhaft, wenn der Düsenabschnitt in einem an dem Absatz angrenzenden ersten Bereich einen geringeren Durchmesser aufweist als in einem vom Absatz entfernten zweiten Bereich, und wenn der nasenartige Vorsprung so ausgelegt ist, dass er sich nach dem Aufschieben der Dichtscheibe auf den Düsenabschnitt elastisch wenigstens etwas entspannt. Auf diese Weise wird die Dichtscheibe nicht nur kraft-, sondern auch formschlüssig am Kraftstoffinjektor gehalten, was die Kraft, die zum Abstreifen der Dichtscheibe vom Kraftstoffinjektor erforderlich ist, nochmals deutlich, gegebenenfalls sogar um bis zu 500 %, erhöht. Eine mögliche konkrete Ausgestaltung jenes Bereichs am Kraftstoffinjektor, mit dem die Dichtscheibe im aufgeschobenen Zustand formschlüssig zusammenarbeitet, kann darin bestehen, dass der erste Bereich des Düsenabschnitts als konischer Hinterschnitt ausgebildet ist.

Zeichnungen
Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Kraftstoffinjektors mit einer Dichtscheibe;
2 eine Draufsicht auf die Dichtscheibe von 1;
3 einen Schnitt längs der Linie III-III von 2;
4 eine Seitenansicht auf einen Bereich einer alternativen Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung; und
5 ein Detail V von 4.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 trägt ein Kraftstoffinjektor insgesamt das Bezugszeichen 10. Er dient zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum 12, der in einem nur strichpunktiert gezeichneten Motorblock 14 einer Brennkraftmaschine (ohne Bezugszeichen) vorhanden ist. Die Befestigung des Kraftstoffinjektors 10 am Motorblock 14 erfolgt durch in 1 nicht dargestellte Schrauben.
Abgedichtet wird der Kraftstoffinjektor 10 gegenüber dem Motorblock 14 mittels einer Dichtscheibe 16, die in der in 1 gezeigten Einbaulage zwischen dem Motorblock 14 und einem Absatz 18 am Kraftstoffinjektor 10 verklemmt ist. Der Absatz 18 wiederum ist zwischen einem Düsenabschnitt 20 und einem Befestigungsabschnitt 22 des Kraftstoffinjektors 10 gebildet. Der Düsenabschnitt 20 hat einen kleineren Durchmesser als der Befestigungsabschnitt 22.
Die Dichtscheibe 16 ist folgendermaßen ausgestaltet (vergleiche 2 und 3): In der in 2 gezeigten Draufsicht weist sie ringförmige Gestalt auf mit einer Innenöffnung 24, die im Wesentlichen durch einen Rand 26 begrenzt wird. Über den Umfang der Innenöffnung 24 verteilt sind an deren Rand 26 insgesamt vier sich nach radial innen erstreckende nasenartige Vorsprünge 28 vorhanden. Durch diese wird die lichte Innenweite der Innenöffnung 24 im Vergleich zum Rand 26 um ungefähr 10 % verringet. Die nasenartige Vorsprünge 28 sind in der Draufsicht von 2 trapezförmig mit einem Winkel A zwischen den seitlichen Rändern von ungefähr 60°.
Aus der Schnittansicht von 3 erkennt man, dass die Dichtscheibe 16 in ihrer axialen Richtung aus drei Schichten aufgebaut ist, nämlich einer mittleren Trägerschicht 30 aus Stahl und zwei zu beiden Seiten der Trägerschicht 30 angeordneten Dichtschichten 32 und 34 aus Kupfer. Letztere sind mit der Trägerschicht 30 fest und flächig verbunden. Alle drei Schichten 30, 32 und 34 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel gleich dick (in anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen können sie auch unterschiedlich dick sein).
Die Dichtscheibe 16 wirkt mit dem Kraftstoffinjektor 10 auf folgende Art und Weise zusammen: Die lichte Weite B zwischen gegenüberliegenden nasenartigen Vorsprüngen 28 ist etwas kleiner als der Außendurchmesser des Düsenabschnitts 20. Die Durchmesserdifferenz beträgt in einem typischen Anwendungsfall 1/10 mm. Die lichte Weite der Innenöffnung 24 außerhalb der nasenartigen Vorsprünge 28 ist deutlich größer als der Durchmesser des Düsenabschnitts 20. Wird nun, nach der Herstellung des Kraftstoffinjektors 10 und noch vor dessen Befestigung am Motorblock 14, die Dichtscheibe 16 auf den Düsenabschnitt 20 des Kraftstoffinjektors 10 aufgeschoben, werden die nasenartigen Vorsprünge 28 elastisch und in Aufbringrichtung gesehen nach hinten verformt.
Aufgrund der hohen Steifigkeit der Trägerschicht 30 aus Stahl und aufgrund von deren hoher Elastizität üben die nasenartigen Vorsprünge 28 hierbei eine erhebliche Anpresskraft auf die Wand des Düsenabschnitts 20 aus. Wenn die Dichtscheibe 16 am Absatz 18 in Anlage kommt, ist sie in dieser Position aufgrund des Kraftschlusses zwischen den nasenartigen Vorsprüngen 28 und dem Düsenabschnitt 20 am Kraftstoffinjektor 10 nahezu unverlierbar gehalten. Hierzu trägt auch bei, dass die nasenartigen Vorsprünge 28 mit hoher Kraft entgegen der einzig möglichen Abstreifrichtung elastisch gebogen sind und hierdurch ein Abstreifen der Dichtscheibe 18 vom Kraftstoffinjektor 10 im Sinne eines Widerhakens verhindern oder zumindest erschweren. Dabei ist festzuhalten, das in diesem Zustand, trotz der festen und kraftschlüssigen Verbindung zwischen Dichtscheibe 16 und Kraftstoffinjektor 10, der Rand 26 der Innenöffnung 24 außerhalb der nasenartigen Vorsprünge 28 den Düsenabschnitt 20 des Kraftstoffinjektors 10 nicht berührt.
Wird nun der Kraftstoffinjektor 10 in den Motorblock 14 eingebaut, wird die Dichtschicht 32 gegen den Absatz 18 des Kraftstoffinjektors 10 gepresst, und die Dichtscheibe 34 wird gegen den Motorblock 14 gepresst. Das vergleichsweise weiche Kupfermaterial der beiden Dichtschichten 32 und 34 sorgt so für eine gute Abdichtung zwischen Kraftstoffinjektor 10 und Motorblock 14. Dabei sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Dichtschichten 32 und 34 auch aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden könnten, um so eine optimale Abdichtung an gegebenenfalls unterschiedliche Materialien einerseits des Kraftstoffinjektors 10 und andererseits des Motorblocks 14 schaffen zu können.
Eine alternative Ausführungsform eines Kraftstoffinjektors 10, der zur Zusammenarbeit mit der in den 2 und 3 gezeigten Dichtscheibe besonders gut geeignet ist, zeigen die 4 und 5. Dabei sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass solche Elemente und Bereiche, die äquivalente Funktionen zu Elementen und Bereichen bereits beschriebener Figuren aufweisen, die gleichen Bezugszeichen tragen und nicht nochmals im Detail erläutert sind.
Der Düsenabschnitt 20 weist einen ersten Abschnitt 36 auf, der an den Absatz 18 unmittelbar angrenzt. Ein zweiter Abschnitt 38 des Düsenabschnitts 20 grenzt wiederum an den ersten Abschnitt 36 an und ist insoweit vom Absatz 18 beabstandet. Während der zweite Abschnitt 38 parallel zur Längsachse des Kraftstoffinjektors 10 gearbeitet ist, ist der erste Abschnitt 36 leicht konisch geformt. Ein Winkel C zwischen den beiden Abschnitten 36 und 38 liegt typischerweise im Bereich von 1°. Der erste Abschnitt 36 bildet insoweit also einen "Hinterschnitt" 40.
Dies führt dazu, dass dann, wenn die Dichtscheibe 16 auf den Düsenabschnitt 20 aufgeschoben wird, die nasenartigen Vorsprünge 28 im Bereich des ersten Abschnittes 36 elastisch wieder etwas in Richtung ihrer unverformten Ausgangsstellung zurückfedern. Damit wird zwischen Dichtscheibe 16 und Kraftstoffinjektor 10 nicht nur eine kraft-, sondern auch eine formschlüssig Verbindung geschaffen, die die Kraft, die für ein Abstreifen der Dichtscheibe 16 vom Kraftstoffinjektor 10 erforderlich wäre, nochmals deutlich erhöht.

Claims

Dichtscheibe (16), insbesondere zum Abdichten eines Kraftstoffinjektors (10) gegenüber einem Motorblock (14) einer Brennkraftmaschine, mit einer Verliersicherung (28) zur unverlierbaren Halterung an einem Werkstück, insbesondere einem Kraftstoffinjektor (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (16) insgesamt mindestens eine Trägerschicht (30) und mindestens zwei zu beiden Seiten der Trägerschicht (30) angeordnete Dichtschichten (32, 34) aufweist, wobei die Trägerschicht (30) aus einem steiferen Material ist als die Dichtschichten (32, 34), und dass die Verliersicherung an einem Rand (26) einer Innenöffnung (24) mindestens einen sich radial einwärts erstreckenden nasenartigen Vorsprung (28) umfasst.
Dichtscheibe (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (30) Stahl umfasst.
Dichtscheibe (16) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtschichten (32, 34) Kupfer umfassen.
Dichtscheibe (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens drei nasenartige Vorsprünge (28) umfasst, die über den Umfang der Innenöffnung (24) verteilt angeordnet sind.
Dichtscheibe (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (30) und die Dichtschichten (32, 34) wenigstens in etwa gleich dick sind.
Kraftstoffinjektor (10), mit einem Absatz (18), der zwischen einem Düsenabschnitt (20) mit kleinerem Durchmesser und einem Befestigungsabschnitt (22) mit größerem Durchmesser gebildet ist, und mit einer auch im nicht-eingebauten Zustand im Bereich des Absatzes (18) gehaltenen Dichtscheibe (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist und mindestens auch durch die Wirkung des nasenartigen Vorsprungs (28) am Düsenabschnitt (20) gehalten ist.
Kraftstoffinjektor (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenabschnitt (20) in einem an den Absatz (18) angrenzenden ersten Bereich (38) einen geringeren Durchmesser aufweist als in einem vom Absatz (18) entfernten zweiten Bereich (38), und dass der nasenartige Vorsprung (28) so ausgelegt ist, dass er sich nach dem Aufschieben der Dichtscheibe (16) auf den Düsenabschnitt (20) elastisch wenigstens etwas entspannt.
Kraftstoffinjektor (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (36) einen konischen Hinterschnitt (40) umfasst.