DE102007011316A1

DE102007011316A1 - Abdichtelemente für Kraftstoffinjektoren

Info

Publication number: DE102007011316A1
Application number: DE200710011316
Authority: DE
Inventors: Peter Bentele; Adrian Hedrich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-03-08
Filing date: 2007-03-08
Publication date: 2008-09-11
Also published as: EP2134958A1; WO2008107225A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor(10) für Verbrennungskraftmaschinen, der im Zylinderkopf (16) montiert wird. Der Kraftstoffinjektor (10) ist im Zylinderkopf (16) mittels einer Spannpratze fixiert. An einer Mantelfläche (12) des Kraftstoffinjektors (10) ist ein vormontiertes, ringförmig ausgebildetes Dichtelement (28, 50) aufgenommen.

Description

Stand der Technik
Bei Kraftstoffeinspritzsystemen für Verbrennungskraftmaschinen kommen Kraftstoffinjektoren zum Einsatz, die im Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine in einer der Zylinderzahl der mit Kraftstoff zu versorgenden Zylinder der Verbrennungskraftmaschine entsprechenden Anzahl montiert werden. Die Kraftstoffinjektoren werden in der Regel mittels Spannpratzen am Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine befestigt. Die Abdichtung des Kraftstoffinjektors gegenüber dem Zylinderkopfdeckel erfolgt mittels handelsüblicher Axial-Wellen-Dichtringe wie zum Beispiel Wurmdichtringen, wie sie aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt sind. Die gebräuchlichsten Axial-Dichtringe sind in DIN 3760 genormt.
Die Montage der bisher eingesetzten, handelsüblichen Axial-Wellen-Dichtringe erfolgt derart, dass als Axial-Wellen-Dichtring ausgebildete Dichtelement im Zylinderkopfdeckel des Zylinderkopfes vormontiert wird und anschließend die Montage des Kraftstoffinjektors im Zylinderkopf erfolgt. Dies bedeutet, dass nach der Montage des als Axial-Wellen-Dichtring ausgebildeten Dichtelementes im Zylinderkopf der Kraftstoffinjektor anschließend durch dieses Bauteil hindurchgeschoben wird und danach mittels einer Spannpratze in seiner Einbaulage fixiert wird.
Im Zuge der Weiterentwicklung, insbesondere des Überganges der Abgasnorm EU4 auf die schärfere EU-Abgasnorm EU5 kommen weiterentwickelte Kraftstoffinjektoren zum Einsatz, die im Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine zu montieren sind. Diese neu entwickelten Kraftstoffinjektoren werden an der Verbrennungskraftmaschine innerhalb des Kraftstoffeinspritzsystemes montiert und tragen dazu bei, dass die Verbrennungskraftmaschine die verschärfte Abgasnorm EU5 erfüllt. Im Unterschied zu den bisher eingesetzten Kraftstoffinjektoren weisen die weiterentwickelten Kraftstoffinjektoren einen bezogen auf den Abdichtdurchmesser geringeren Durchmesser auf, so dass die Abdichtung der weiterentwickelten Kraftstoffinjektoren im Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine ange passt werden muss, da eine Durchmessermodifikation der weiterentwickelten Kraftstoffinjektoren einen zu hohen Aufwand darstellen würde.
Eine Anpassung der bisher als Abdichtelemente dienenden Axial-Wellen-Dichtringe, d. h. eine Verkleinerung von deren Innendurchmesser ist nicht möglich, da sich am Kraftstoffinjektor einige Störkanten, zum Beispiel zur Anlage der Spannpratze befinden, die den bisher als Abdichtelement eingesetzten Axial-Wellen-Dichtring bei der Montage bzw. beim Ein- und Ausbau des Kraftstoffinjektors zerstören würde.
Aus den oben dargelegten Gründen ist Abhilfe zu schaffen.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend wird ein Dichtelement vorgeschlagen, welches im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist und eine Durchgangsöffnung aufweist, in der mindestens ein erhaben ausgebildeter Vorsprung angeordnet ist. Die Durchgangsöffnung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abdichtelementes kann in einem einheitlichen Innendurchmesser D_i oder in einem gestuften Innendurchmesserverhältnis mit einem ersten Innendurchmesser D_i,1 und einem zweiten Innendurchmesser D_i,2 gefertigt werden.
Der mindestens eine an der Begrenzungswand der Durchgangsöffnung des Abdichtelementes vorgesehene Vorsprung kann sowohl abgerundet als auch zackenförmig hervorspringend ausgebildet werden, so dass eine wirksame Abdichtung der Mantelfläche des Kraftstoffinjektors, an der das erfindungsgemäß vorgeschlagene Abdichtelement vormontiert wird, erreicht wird.
In einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist das Abdichtelement als flachbauender Ring ausgebildet, der eine Durchgangsöffnung aufweist, die in einem einheitlichen Innendurchmesser D_i ausgebildet ist. Innerhalb der Durchgangsöffnung des Abdichtelementes verläuft etwa mittig eine Umfangsnut, die gerundet ausgebildet ist und die zur axialen Fixierung des Dichtelementes am Kraftstoffinjektor in eine umlaufende Nut an der Mantelfläche des Kraftstoffinjektors eingreift. Das Dichtelement gemäß der ersten Ausführungsform umfasst darüber hinaus eine Kegelfläche, die in einen Aufstandsring ausläuft. Mit diesem liegt das Dichtelement auf einer Planfläche des Zylinderkopfes auf. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Dichtelement gemäß der ersten Ausführungsform wird an der Mantelfläche des Kraftstoffinjektors vormontiert und in axiale Richtung durch die Ringnut, die in eine Umlaufnut an der Mantelfläche des Kraftstoffin jektors eingreift, in axialer Richtung fixiert. Oberhalb der Ringnut wird eine erste Dichtstelle und unterhalb der Ringnut eine zweite Dichtstelle gebildet. Darüber hinaus bildet der Aufstandsring, der die Planfläche der Zylinderwand des Zylinderkopfes kontaktiert eine weitere, dritte Dichtstelle. Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann das Austreten von Motoröl aus dem Inneren des Zylinderkopfes an die Umgebung wirksam verhindert werden. Das Eintreten von Umwelteinflüssen in das Motorinnere soll ebenso verhindert werden. Innerhalb des Zylinderkopfes befinden sich neben den diesen durchsetzenden Kraftstoffinjektoren die Nockenwelle sowie die Ventilantriebe, die über die Motorölschmierung mit einem unter Druck stehenden Ölvorrat geschmiert werden. Im Inneren des Zylinderkopfes herrscht ein Überdruck in der Größenordnung von etwa 1 bar, der durch die erfindungsgemäß an der Mantelfläche der Kraftstoffinjektoren vormontierten Dichtelemente gegen die Umgebung abgedichtet wird.
In einer weiteren, zweiten vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dichtelementes, weist dieses neben einer Kegelfläche und einem Aufstandsring einen Hülsenansatz auf. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Dichtelement in der zweiten Ausführungsform umschließt die Mantelfläche des Kraftstoffinjektors in einer längeren axialen Ausdehnung und liegt zur axialen Fixierung an ringförmig ausgebildeten Anlagefläche, einem Bund der Mantelfläche des Kraftstoffinjektors an.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Dichtelement in seiner zweiten Ausführungsform weist einen gestuften Innendurchmesser auf, der einen ersten Innendurchmesser D_i,1 und D_i,2 umfasst. Im unteren Bereich des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dichtelementes befindet sich der Innenseite der Durchgangsöffnung mindestens ein zackenförmig ausgebildeter Vorsprung. Bevorzugt sind im Bereich des zweiten Innendurchmessers D_i,2, in axialer Länge voneinander beabstandet, zwei Dichtkanten jeweils in Zackenform ausgebildet, mit welchen die Mantelfläche des Kraftstoffinjektors gegen das Innere des Zylinderkopfes, der mit einem unter Druck stehenden Ölvorrat beaufschlagt ist, mit dem die Nockenwelle und die Ventilsteuerung geschmiert werden, gegen die Umgebung auf der Außenseite des Zylinderkopfes der Verbrennungskraftmaschine abgedichtet ist. Auch gemäß der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dichtelementes bildet die Aufstandsfläche des Dichtelementes eine ringförmig verlaufende Dichtfläche gegen die Umgebung. Durch die beiden bevorzugt innerhalb des zweiten Durchmesserbereiches D_i,2 ausgebildeten zackenförmigen Vorsprünge, werden ringförmig verlaufende Dichtstellen gebildet.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Dichtelement in seiner ersten und seiner zweiten Ausführungsform wird in vorteilhafter Weise direkt am Kraftstoffinjektor vormontiert. Alternativ kann im Rahmen einer Vormontage an der Mantelfläche des Kraftstoffinjektors eine Hülse vorgesehen werden, die mittels eines Sprengrings fixiert ist. Die Abdichtung zum Kraftstoffinjektor kann mittels eines O-Ringes erfolgen, eine Abdichtung zum Zylinderkopfdeckel mit bereits vorhandenem Axial-Wellen-Dichtring realisiert werden. Diese alternativ einsetzbare Ausführungsform benötigt drei zusätzliche Bauteile, nämlich die Hülse, den Sprengring sowie den O-Ring.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abdichtelementes an der Mantelfläche des Kraftstoffinjektors montiert,
2 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dichtelementes gemäß der ersten Ausführungsform,
3 eine weitere, zweite Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abdichtelementes an der Mantelfläche des Kraftstoffinjektors montiert und
4 einen Schnitt durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Dichtelement in seiner zweiten Ausführungsform.
Ausführungsformen
Der Darstellung gemäß 1 ist das erfindungsgemäß vorgeschlagene Dichtelement in einer ersten Ausführungsform an der Mantelfläche eines Kraftstoffinjektors montiert, zu entnehmen.
1 zeigt, dass ein Kraftstoffinjektor 10 an seiner Mantelfläche 12 eine Umlaufnut 26 aufweist. Der Kraftstoffinjektor 10 weist einen Außendurchmesser D_A auf, der in der Größenordnung von etwa 20 mm liegt. Der Kraftstoffinjektor 10 wird in eine Öffnung eines Zylinderkopfes 16 eingesteckt und am Zylinderkopf 16 in der Regel mittels einer Spannpratze montiert, so dass die dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuweisende Einspritzöffnung des Kraftstoffinjektors in die Decke des Brennraumes des betreffenden Zylinders hineinragt.
Im Zylinderkopf 16 der Verbrennungskraftmaschine sind der Ventiltrieb, die Nockenwelle und andere Bauteile untergebracht. Zur Schmierung des Ventiltriebes und der Nockenwelle enthält das Innere des Zylinderkopfes 16 einen Ölvorrat 18, der in der Regel unter einem Druckniveau von etwa 1 bar steht. Der Ölvorrat 18 befindet sich auf der Innenseite 22 einer Zylinderkopfwand 20, die den Zylinderkopf 16 begrenzt. Ein Austritt von Öl an die Außenseite 24 des Zylinderkopfes 16 ist unbedingt zu vermeiden. Dazu dient ein erstes Dichtelement 28, welches in die in der Mantelfläche 12 des Kraftstoffinjektors 10 ausgebildete Umlaufnut 26 eingelassen ist. Das erste Dichtelement 28 gemäß der Darstellung in 1 umfasst eine Innenöffnung 30, die in einem Innendurchmesser 32 ausgebildet ist.
Wie der Darstellung gemäß 2 entnehmbar ist, umfasst das erste Dichtelement 28 im innerhalb der Innenöffnung 30 eine Ringnut 34. Die Ringnut 34 ist hinsichtlich ihrer Geometrie komplementär zur Form der Umlaufnut 26 einer Mantelfläche 12 des Kraftstoffinjektors 10 ausgebildet, so dass das erste Dichtelement 28 in axialer Richtung formschlüssig gesichert an der Mantelfläche 12 des Kraftstoffinjektors 10 aufgenommen werden kann. Darüber hinaus umfasst das erste Dichtelement 28 eine Kegelfläche 36, die in einen Aufstandsring 38 ausläuft. Mittels des Aufstandsringes 38 wird eine Planseite 46 der Zylinderkopfwand 16 auf deren Außenseite 24 kontaktiert, vgl. Darstellung gemäß 1.
Wie der Darstellung gemäß 1, welche die erste Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dichtelementes im vormontierten Zustand am Kraftstoffinjektor 10 wiedergibt, entnommen werden kann, wird durch den Aufstandsring 38 eine dritte Dichtfläche 44 zwischen der Zylinderkopfwand 20 des Zylinderkopfes 16 und der Mantelfläche 12 des Kraftstoffinjektors 10 gebildet, so dass der Austritt des Ölvorrates 18 an die Außenseite 24 des Zylinderkopfes 16 verhindert ist.
Der Darstellung gemäß der 3 ist eine weitere, zweite Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dichtelementes im vormontierten Zustand zu entnehmen.
Aus der Darstellung gemäß 3 ist entnehmbar, dass an der Mantelfläche 12 des Kraftstoffinjektors 10 ein zweites Dichtelement 50 aufgenommen ist, welches einen hülsenförmig sich in axialer Richtung erstreckenden Ansatz 52 aufweist. Die obere Ringfläche des hülsenförmigen Ansatzes 52 des zweiten Dichtelementes 50 liegt an einer Anschlagfläche 58, die an der Mantelfläche 12 des Kraftstoffinjektors 10 ausgebildet ist, an und fixiert das zweite Dichtelement 50 in axialer Richtung in seinem vormontierten Zustand an der Mantelfläche 12 des Kraftstoffinjektors 10.
Darüber hinaus weist das zweite Dichtelement 50 gemäß der Darstellung in 3 analog zum ersten Dichtelement 28 gemäß 2 den Aufstandsring 38 auf. Der Aufstandsring 38 kontaktiert die Planseite 46 der Zylinderkopfwand 20 auf deren Außenseite 24 und bildet dort analog zum vormontierten Zustand des ersten Dichtelementes 28 gemäß der Darstellung in 1 die dritte Dichtfläche 44.
Der Darstellung gemäß 4 ist die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dichtelementes in Schnittdarstellung zu entnehmen.
4 zeigt, dass das zweite Dichtelement 50 unterhalb des Hülsenansatzes 52 analog zur ersten Ausführungsform des Dichtelementes als erstes Dichtelement 28 gemäß 1 und 2 die Kegelfläche 36 umfasst. Die Kegelfläche 36 ist in der 4 durch Bezugszeichen 66 bezeichnet und liegt in der Größenordnung zwischen 45° und 90°, bevorzugt bei 70°. Aus der Schnittdarstellung gemäß 4 geht des Weiteren hervor, dass das zweite Dichtelement 50 einen ersten Innendurchmesser 54 d_i,1 sowie einen zweiten Innendurchmesser 56 d_1,2 aufweist. Innerhalb des Bereiches, in dem die Innenöffnung 30 des zweiten Dichtelementes 50 im zweiten Innendurchmesser 56 ausgeführt ist, befinden sich mindestens eine erste Dichtkante, bevorzugt eine erste Dichtkante 60 sowie eine weitere, zweite Dichtkante 62.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das zweite Dichtelement 50 rotationssymmetrisch zur Mittellinie 64 ausgebildet ist.
Im in 3 dargestellten am Kraftstoffinjektor 10 montierten Zustand des zweiten Dichtelementes 50 bilden die bevorzugt im Bereich der Innenöffnung 30 des zweiten Dichtelementes 50 ausgebildeten ersten und zweiten Dichtkanten 60, 62 die durch Bezugszeichen 40 bezeichnete erste Dichtfläche bzw. die durch Bezugszeichen 42 bezeichnete zweite Dichtfläche zwischen der Innenseite der Innenöffnung 30 des zweiten Dichtelementes 50 und der Mantelfläche 12 des Kraftstoffinjektors 10.
Wie bereits erwähnt, bildet die Unterseite des Aufstandsringes 38, dessen Außenfläche durch die Kegelfläche 36 im Kegelwinkel 66 begrenzt ist, die dritte ringförmig verlaufende Dichtfläche 44 zwischen Aufstandsring 38 und der Planseite 46 der Außenseite 24 der Zylinderkopfwand 20 des Zylinderkopfes 16.
Die beiden in Schnittdarstellungen gemäß 2 und 4 dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dichtelementes gestatten in vorteilhafter Weise eine Vormontage derselben, sei es als erstes Dichtelement 28 fixiert in der Umlaufnut 26 der Mantelfläche 12, sei es als zweites Dichtelement 50 dessen Hülsenansatz 52 an der Anschlagfläche 58 des Krafstoffinjektors 10 anliegt, vor der Montage des Kraftstoffinjektors 10 im Zylinderkopf 16.
Da die Dichtelemente 28, 50 bereits an der Mantelfläche 12 des Kraftstoffinjektors 12 vormontiert sind, ist eine Entfernung derselben bei Ein- und Ausbau des Kraftstoffinjektors 10 aus dem Zylinderkopf 16 nicht mehr erforderlich, so dass auch keine Gefahr besteht, dass diese beim Montieren von Spannpratzen zur Fixierung der Kraftstoffinjektoren 10 am Zylinerkopf 16 beschädigt oder gar zerstört würden.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung können in einfacher Weise, insbesondere im Durchmesser reduzierte Kraftstoffinjektoren 10 im Zylinderkopf 16 an Verbrennungskraftmaschinen montiert werden, wobei insbesondere im Zylinderkopfbereich, an dem ohnehin wenig Bauraum zur Verfügung steht, keine weiteren Modifikationen außer des Einsatzes des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dichtelementes, sei es in seiner ersten Ausführungsform als erstes Dichtelement 28, sei es in seiner zweiten Ausführungsform als zweites Dichtelement 50, mehr erforderlich sind. Die Dichtelemente 28, 50 werden bevorzugt aus einem Elastomermaterial mit Verstärkungsmaterial, so z. B. Glasfaser, Stahl oder dergleichen gefertigt.

Claims

Kraftstoffinjektor (10) für Verbrennungskraftmaschinen zur Montage im Zylinderkopf (16), wobei der Kraftstoffinjektor (10) in Zylinderkopf (16) mittels einer Spannpratze fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Mantelfläche (12) des Kraftstoffinjektors (10) ein vormontiertes, ringförmig ausgebildetes Dichtelement (28, 50) aufgenommen ist.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmig ausgebildete Dichtelement (28, 50) einen Aufstandsring (38) aufweist, der mit einer Planseite (46) des Zylinderkopfes (16) eine Dichtfläche bildet.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelfläche (36) des Dichtelementes (28, 50) in einen Kegelwinkel (66) verläuft, der zwischen 45° und 90°, bevorzugt zwischen 50° und 80° und besonders bevorzugt 70° beträgt.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (28, 50) eine Innenöffnung (30) aufweist, in die mindestens ein hervorstehender Vorsprung (34, 60, 62) hineinragt.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das die Innenöffnung (30) des Dichtelementes (28) eine umlaufende Ringnut (34) aufweist.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenwand der Innenöffnung (30) des zweiten Dichtelementes (50) zumindest eine Dichtkante (60), bevorzugt zwei Dichtkanten (60, 62) in Zackenform ausgebildet sind.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenöffnung (30) des Dichtelementes (28, 50) in einem einheitlichen Innendurchmesser (32, D_i) ausgeführt ist oder in einem gestuften Durchmesserverhältnis in einem ersten Innendurchmesser (D_i,1, 54) und einem zweiten Innendurchmesser (56, D_i,2),
Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (28, 50) einen Hülsenansatz (52) aufweist, der an einer Anschlagfläche (58) der Mantelfläche (12) des Kraftstoffinjektors (10) anliegt.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (28) oberhalb der Ringnut (34) der In nenöffnung (30) eine erste Dichtfläche (40) und eine zweite Dichtfläche (42) zwischen der Mantelfläche (12) des Kraftstoffinjektors (10) und dem ersten Dichtelement (28) gebildet werden sowie eine dritte Dichtfläche (44) zwischen dem Aufstandsring (38) und der Planseite (46) des ersten Dichtelementes (28) gebildet ist.
Kraftstoffinjektor (10) gemäß der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Dichtelement (50) mit einer ersten Dichtkante (60) eine erste Dichtfläche (40), mit seiner zweiten Dichtkante (62) eine zweite Dichtfläche (42) zwischen dem zweiten Dichtelement (50) und der Mantelfläche (12) des Kraftstoffinjektors (10) und mit dem Aufstandsring (38) und der Planseite (46) der Zylinderkopfwand (20) eine dritte Dichtfläche (44) bildet.