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Die
Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzanlage zum direkten Einspritzen
von Brennstoff in zumindest einen Brennraum einer Brennkraftmaschine
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
der WO 00/29743 ist eine Brennstoffeinspritzanlage bekannt, welche
zum Einspritzen von Brennstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine dient.
Die Brennstoffeinspritzanlage weist zumindest ein Brennstoffeinspritzventil
für jeden
Brennraum der Brennkraftmaschine auf, das jeweils an einem Abspritzabschnitt
in eine zugeordnete, an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine
ausgebildete Aufnahmebohrung einsetzbar ist. Desweiteren ist eine dem
Brennstoffeinspritzventil zugeordnete Niederhalteeinrichtung vorgesehen,
welche zum Niederhalten des Brennstoffeinspritzventils in den zugeordneten
Aufnahmenbohrungen des Zylinderkopfes dient. Die Niederhalteeinrichtung
ist dabei mit einer zugeordneten Befestigungseinrichtung verbunden,
welche ein erstes Spannelement zum Befestigen einer Brennstoff-Verteilerleitung
an dem Zylinderkopf aufweist sowie ein zweites Spannelement zum
Beaufschlagen des zugeordneten Brennstoffeinspritzventils mit der
Niederhaltekraft.
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Aus
der
DE 199 62 968
A1 ist ein Ausgleichselement für ein in eine Aufnahmebohrung
eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine einsetzbares Brennstoffeinspritzventil
bekannt. Das Ausgleichselement weist eine Ausgleichshülse auf,
wobei ein Verbindungsabschnitt der Ausgleichshülse auf einen Gehäuseabschnitt
des Brennstoffeinspritzventils aufsteckbar ist. Das Ausgleichselement
stützt
sich über einen
Stützabschnitt
der Ausgleichshülse
in der Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes ab, wobei ein flexibler
Abschnitt zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem Stützabschnitt
vorgesehen ist. Durch dieses Ausgleichselement ist es möglich, geringe
Toleranzen auszugleichen.
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Aus
der
US 6,338,333 B1 ist
eine Brennstoffeinspritzanlage bekannt, bei dem eine Baugruppe mit
einem Brennstoffeinspritzventil vorgefertigt ist. Beim Einbau der
Baugruppe in die Brennkraftmaschine bewirken Federelemente, welche
zwischen einem Ansaugende des Einspritzventils und einem dortigen Widerlager
angeordnet sind, einen gewissen Ausgleich von Herstellungs- und
Bauteiltoleranzen. Eine Justierbarkeit des Brennstoffeinspritzventils
ist hierdurch jedoch nicht gegeben.
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Aus
der
EP 0 491 582 B1 ist
eine Einrichtung zur Winkelpositionierung und Höhenpositionierung mehrerer
Kraftstoffeinspritzdüsen
auf einem Verbrennungsmotor bekannt. Dabei ist einerseits eine allen
Einspritzdüsen
gemeinsame Schiene mit Mitteln für
ihre Befestigung am Motor versehen und weist Winkelorientierungsflächen auf,
von denen jede mit einer komplementären Fläche der Außenwand des Körpers einer
jeden der Einspritzdüsen
zu deren winkelmäßigen Ausrichtung
zusammenwirkt. Andererseits weist die Einrichtung Mittel zur Höhenpositionierung
der Einspritzdüsen
auf, die mit einer Höhenanschlagsfläche der
Außenwand
des Körpers einer
jeden der Einspritzdüsen
zusammenwirken und wobei jede Einspritzdüse mit einem ihrer Enden an eine
Treibstoffzufuhrleitung und mit ihrem anderen Ende mit einem Saugrohr
eines Zylinders des Motors verbunden ist. Hierbei sind die Höhenpositioniermittel
Höhenanschlagteile
der Schiene, von denen jeder mit der Höhenanschlagfläche der
Außenwand
des Körpers
einer Einspritzdüse
zusammenwirkt.
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Die
Erfindung beschäftigt
sich mit Problem, ein Brennstoffeinspritzventil einer Brennstoffeinspritzanlage
derart auszubilden, dass ein Ausgleich von Herstellungs- bzw. Bauteiltoleranzen
einfach möglich
ist.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, an einem Brennstoffeinspritzventil
einer Brennstoffeinspritzanlage einen bezüglich der Einsteckrichtung
in im wesentlichen radialer Richtung abstehenden Kragen anzuformen, über welchen
sich das Brennstoffeinspritzventil an einem eingangseitigen Umfangsrand
einer ihm zugeordneten und am Zylinderkopf ausgebildeten Aufnahme
abstützt.
Das Brennstoffeinspritzventil ist dabei von einer zugeordneten Befestigungs-/Halteeinrichtung
in der zugeordneten Aufnahme gehalten. Der am Brennstoffeinspritzventil
angeformte Kragen weist zwei seitliche, gegenüber liegende und im wesentlichen
parallele, Kragenflächen
auf, an welchen jeweils zumindest ein Ausgleichselement zum Ausgleich
von Toleranzen und/oder als Positionierhilfe für das Brennstoffeinspritzventil
in der Aufnahme angeordnet ist. Der angeformte Kragen mit den daran
angeordneten Ausgleichselementen erleichtert das Einstecken des Brennstoffeinspritzventils
in die zylinderkopfseitige Aufnahme und schafft zugleich die Möglichkeit,
das Brennstoffeinlassventil in der Aufnahme nahezu exakt vorzupositionieren.
Durch das Anbringen der Befestigungs-/Halteeinrichtung und ein unterschiedliches
Anziehen der Befestigungsmittel kann das Brennstoffeinspritzventil
nun exakt hinsichtlich möglicher
Toleranzen in Längsrichtung
ausgerichtet werden. Durch diese Möglichkeit des Ausgleichs derartiger
Toleranzen kann die Qualität
der Brennstoffeinspritzanlage erhöht werden. Dies ist insbesondere bei
einem Einsatz in Brennkraftmaschinen mit direkter Einspritzung des
Brennstoffs in den Brennraum von Vorteil.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lösung ist
zumindest ein Ausgleichselement aus Kunststoff, insbesondere aus
O-Ring-Material, hergestellt. Kunststoffe übernehmen heutzutage bereits
vieler Orts Aufgaben im Abdichtungsbereich, da sie zum einen kostengünstig und
in nahezu beliebiger Form herstellbar sind und zum anderen je nach
gewählter
Kunststoffmischung bzw. Zusammensetzung an spezielle Anforderungen,
beispielsweise hinsichtlich eines Temperaturverhaltens, anpassbar
sind. Als einsetzbarer Kunststoff kommt hierbei grundsätzlich auch
Gummi und/oder ein gummiartiger Kunststoff in Frage.
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Zweckmäßig weist
das wenigstens eine Ausgleichselement eine höhere Shorehärte auf als das wenigstens
eine andere Ausgleichselement. Alternativ kann auch vorgesehen sein,
dass die Ausgleichselemente in beiden Kragenflächen dieselbe Shorehärte aufweisen.
Das Vorsehen von Ausgleichselementen mit unterschiedlicher Shorehärte ermöglicht eine
Anpassung an unterschiedliche Toleranzen und damit eine jeweils
individuell bestmögliche
Anpassung.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Ausgleichselement
an die Kragenfläche
anvulkanisiert oder angespritzt ist. Sowohl ein Anvulkanisieren
als auch ein Anspritzen des Ausgleichselementes an die Kragenflächen lässt sich
in automatisierte Herstellungsprozesse integrieren, wodurch ein
nachträgliches,
insbesondere händisches, Anlegen
bzw. Anbringen des Ausgleichselements entfallen kann. Dies stellt
zum einen eine kostengünstige
Lösung
dar und zum anderen kann durch ein automatisiertes Anbringen der
Ausgleichselemente an die Kragenflächen eine gleichbleibend hohe
Qualität
erzielt werden.
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Zweckmäßig weist
der Zylinderkopf beabstandet vom Umfangsrand in der Aufnahme ein
ringförmiges
Lagerelement zum Ausgleich axialer Toleranzen des Brennstoffeinspritzventils
auf. Dieses ringförmige
Lagerelement kann beispielsweise mit einem Teil seiner Außenkontur
an eine Innenkontur der Aufnahme angepasst sein, und mit einem anderen Teil
seiner Außenkontur
komplementär
zu einer bei eingebautem Brennstoffeinspritzventil daran anliegender
Fläche
des Brennstoffeinspritzventils. Hierbei ist insbesondere denkbar,
dass das Brennstoffeinspritzventil im Bereich seiner Anlagefläche an das Lagerelement
eine kugelsegmentartige Oberfläche bzw.
Außenkontur
aufweist, zu der die Außenkontur des
ringförmigen
Lagerelements komplementär
ausgebildet ist und dadurch eine besonders exakte Positionierung
sowie den Ausgleich axialer Toleranzen ermöglicht.
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Desweiteren
kann vorgesehen, dass die Befestigungs-/Halteeinrichtung gleichzeitig
ein Rail an der Brennkraftmaschine befestigt. Hierdurch erfüllt die
Befestigungs/Halteeinrichtung neben dem Niederhalten des Brennstoffeinspritzventils
in der Aufnahme zusätzlich
die Aufgabe, den Common-Rail an der Brennkraftmaschine zu fixieren,
was einen separaten Halter bzw. ein separates Befestigungselement für den Common-Rail
entbehrlich macht.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
teilweise geschnittene Darstellung einer Brennkraftmaschine mit
einer erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzanlage,
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2 ein
erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil,
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3 eine
Darstellung wie in 2, jedoch mit zugeordneter Befestigungs/Halteeinrichtung,
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4 eine
Schnittdarstellung durch eine Brennkraftmaschine im Bereich des
Brennstoffeinspritzventils,
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5 eine
Detailskizze des Brennstoffeinspritzventils im Bereich eines erfindungsgemäßen Kragens.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzanlage 1 in
einer auszugsweisen Schnittdarstellung. Die Brennstoffeinspritzanlage 1 dient
dabei zum direkten Einspritzen von Brennstoff in zumindest einen
Brennraum einer Brennkraftmaschine. Der Brennraum der Brennkraftmaschine
ist durch einen Zylinderkopf 2 verschlossen, wobei jedem
Brennraum zumindest ein Brennstoffeinspritzventil 3 zugeordnet
ist. Das Brennstoffeinspritzventil 3 ist über eine
Brennstoffverteilerleitung 4, beispielsweise ein Rail,
mit einer nicht dargestellten Brennstoffpumpe verbunden. Die in 1 und 3 dargestellte
Brennstoffverteilerleitung 4 ist vorzugsweise rohrförmig ausgebildet
und weist im Inneren einen Brennstoffkanal 5 auf. In dem Brennstoffkanal 5 fließt der Brennstoff
und wird über eine
Brennstoff-Auslassöffnung 6 dem
zumindest einen Brennstoffeinspritzventil 3 zugeführt (vgl. 3).
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In
montiertem Zustand ist das Brennstoffeinspritzventil 3 in
eine zugeordnete und am Zylinderkopf 2 ausgebildete Aufnahme 7 eingesetzt
(vgl. 4) und von einer zugeordneten Befestigungs-/Halteeinrichtung 8 in
der zugeordneten Aufnahme 7 gehalten. Wie in 1 weiter
gezeigt befestigt die Befestigungs-/Halteeinrichtung 8 gleichzeitig die
Brennstoffverteilerleitung 4, hier das Rail, an der Brennkraftmaschine.
Die Aufnahme 7 kann dabei beispielsweise wie in den 4 und 5 dargestellt
als Stufenbohrung ausgebildet sein. Die Befestigungs-/Halteeinrichtung 8,
welche mit einem Befestigungsmittel 9 am Zylinderkopf 2 befestigt,
vorzugsweise verschraubt ist, hält
das Brennstoffeinspritzventil 3 gegen den im Brennraum
der Brennkraftmaschine herrschenden Verbrennungsdruck mit einer ausreichenden
Niederhaltekraft nieder. Die Befestigungs-/Halteeinrichtung 8 besteht
dabei aus einem an dem zugeordneten Brennstoffeinspritzventil 3 angreifenden
und dieses im Ausführungsbeispiel
zumindest teilweise umschließenden
Angriffsabschnitt 10.
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Da
bei der Fertigung der Brennkraftmaschine fertigungstechnisch unvermeidbare
Abweichungen der Aufnahme 7 im Zylinderkopf 2 auftreten, muss
eine Möglichkeit
geschalten werden, diese fertigungstechnisch bedingten Toleranzen
ausgleichen zu können.
Hierzu sieht die Erfindung vor, am Brennstoffeinspritzventil 3 einen
bezüglich
der Einsteckrichtung in im wesentlichen radialer Richtung abstehenden
Kragen 11 (vgl. 2 bis 5) anzuordnen, über welchen
sich das Brennstoffeinspritzventil 3 an einem eingangsseitigen
Umfangsrand 12 (vgl. 4 und 5)
der Aufnahme 7 abstützt.
Der Kragen 11 weist dabei zwei seitliche, gegenüber liegende
und im wesentliche parallele Kragenflächen 13 und 13a auf,
an welchen jeweils zumindest ein Ausgleichselement 14, 14a zum
Ausgleichen der fertigungsbedingten Toleranzen und/oder als Positionierhilfe
für das
Brennstoffeinspritzventil 3 in der Aufnahme 7 angeordnet
ist.
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Das
zumindest eine Ausgleichselement 14 ist dabei vorzugsweise
aus Kunststoff, insbesondere aus O-Ring-Material, hergestellt, wobei
auch eine Verwendung von Gummi bzw. gummiartigen Kunststoffen in
Betracht kommt. Das wenigstens eine Ausgleichselement 14 ist
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
an die Kragenflächen 13, 13a anvulkanisiert
oder angespritzt und wird dadurch in einen Fertigungsprozess des
Brennstoffeinspritzventils 3 integriert. Dies bietet zum
einen eine gleichbleibende hohe Qualität und zum anderen eine Reduzierung des
Montageaufwandes, da ein zusätzliches
Einsetzen bzw. Einlegungen von Dichtungselementen entfällt. Das
Ausgleichselement 14 kann dabei ringförmig und in Umfangsrichtung
geschlossen am Kragen 11 bzw. an den Kragenflächen 13, 13a angeordnet sein
oder wie in 2 dargestellt lediglich Bereiche der
Kragenflächen 13, 13a abdecken.
Der Kragen 11 ist gemäß 2 ebenfalls
ringförmig
ausgebildet, weist jedoch zwei zueinander parallele Umfangsaußenkanten
auf, welche die Kreisform des Kragens 11 ähnlich einer
Sekante beschneiden. Die in den 2 bis 5 dargestellten
Ausführungsformen
des Brennstoffeinspritzventils 3 bzw. des zugehörigen Kragens 11 stellen
dabei lediglich exemplarische Möglichkeiten
dar, so dass auch andere Ausführungsformen
von der Erfindung mit umfasst sein sollen. So kann der Kragen auch
vieleck- oder rautenförmig
gebildet sein.
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Das
wenigstens eine Ausgleichselement 14 ist in der Lage, fertigungsbedingte
Toleranzen, beispielsweise in der Aufnahme 7, auszugleichen
und dadurch eine verbesserte Positionierung des Brennstoffeinspritzventils 3 in
der Aufnahme 7 zu erreichen. Je nach gewünschten
Eigenschaften des Ausgleichselements 14 kann dabei ein
Ausgleichselement 14 eine höhere Shorehärte aufweisen als das wenigstens
eine andere Ausgleichselement 14a oder beide Ausgleichselemente 14, 14a können alternativ an
beiden Kragenflächen 13, 13a dieselbe
Shorehärte
aufweisen.
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Wie
in den 4 und 5 gezeigt, liegt das wenigstens
eine Ausgleichselement 14a am Umfangsrand 12 der
Aufnahme 7 an, wogegen das wenigstens eine andere Ausgleichselement 14 an
der Befestigungs-/Halteeinrichtung 8 anliegt. Das Brennstoffeinspritzventil 3 stützt sich
somit mit dem Ausgleichselement 14a am Zylinderkopf 2 und
mit Ausgleichselement 14 an der Befestigungs-/Halteeinrichtung 8 ab.
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Zusätzlich sieht
die erfindungsgemäße Lösung vor,
dass der Zylinderkopf 2 beabstandet vom Umfangsrand 12 in
der Aufnahme 7 ein ringförmiges Lagerelement 15 zum
Ausgleich axialer und winkliger Toleranzen des Brennstoffeinspritzventils 3 aufweist (vgl. 5).
Das Lagerelement 15 ist dabei vorzugsweise mit einer Außenkontur
an eine Innenkontur der Aufnahme 7 sowie an eine Außenkontur
des Brennstoffeinspritzventils 3 angepasst. Das ringförmige Lagerelement 15 liegt
somit einerseits mit einer Anlagefläche 16 an der Innenkontur
der Aufnahme 7, vorzugsweise an einer Stufe 17 der
Aufnahme 7 an und andererseits mit einer Anlagefläche 16a an
einer Außenkontur
des Brennstoffeinspritzventils 3, hier ebenfalls bevorzugt
im Bereich einer Stufe 17a. Die Anlagefläche 16a kann
dabei beispielsweise ähnlich eines
Segmentes einer Kugelfläche
ausgebildet sein, wobei die Außenkontur
des Lagerelements 15 komplementär zu einer entsprechenden Außenkontur des
Brennstoffeinlassventils 3 bzw. einer Innenkontur der Aufnahme 7 ausgestaltet
ist. Das Lagerelement 15 ermöglicht einen axialen und winkligen
Toleranzausgleich des Brennstoffeinspritzventils 3 in der
Aufnahme 7 und ermöglicht
es hierdurch, das Brennstoffeinspritzventil 3 axial besser
in der Aufnahme 7 zu positionieren. Dabei kann das Lagerelement 15 entweder
als separates Einlegeteil oder als integraler Bestandteil des Zylinderkopfes 2 ausgebildet
sein. Denkbar ist auch, dass das Lagerelement 15 ähnlich dem
wenigsten einen Ausgleichselement 14 an das Brennstoffeinlassventil 3 angespritzt
bzw. anvulkanisiert wird und dadurch einen integralen Bestandteil desselben
bildet bzw. einstückig
mit dem Brennstoffeinlassventil 3 ausgebildetes Bauteil
ist. Für
das Lagerelement 15 können
prinzipiell die gleichen Werkstoffe wie für das wenigstens eine Ausgleichelement 14 verwendet
werden.
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Zusammenfassend
lassen sich die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Lösung wie folgt
charakterisieren:
Um ein Brennstoffeinspritzventil 3 in
einer an einem Zylinderkopf 2 ausgebildeten Aufnahme 7 besser
positionieren zu können
bzw. fertigungsbedingte Toleranzen ausgleichen zu können, ist
an dem Brennstoffeinspritzventil 3 ein bezüglich der
Einsteckrichtung in im wesentlichen radialer Richtung abstehender Kragen 11 vorgesehen,
der zwei seitliche, sich gegenüber
liegende und im wesentlichen parallele Kragenflächen 13, 13a aufweist.
An diesen Kragenflächen 13, 13a ist
jeweils zumindest ein Ausgleichselement 14 vorgesehen,
das zum Ausgleich der Toleranzen bzw. als Positionierhilfe dient.
Mit dem Kragen 11 bzw. den seitlich daran angebrachten
Ausgleichselementen 14 bzw. 14a stützt sich
das Brennstoffeinspritzventil 3 einerseits an dem eingangsseitigen Umfangsrand 12 der
Aufnahme 7 ab und andererseits am Angriffsabschnitt 10 einer
zugeordneten Befestigungs-/Halteeinrichtung 8, von welcher
das Brennstoffeinspritzventil 3 in der zugeordneten Aufnahme 7 gehalten
wird.