DE102008001489A1

DE102008001489A1 - Brennkraftmaschine mit Dichtungsschutz für ein Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102008001489A1
Application number: DE102008001489A
Authority: DE
Inventors: Klaus Jung; Martin Scheffel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-05-02
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2008-11-06
Also published as: BRPI0807545A2; CN101675241B; EP2153055B1; WO2008135489A1; CN101675241A; US20110303192A1; EP2153055A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, umfassend einen Brennraum (4) und ein Kraftstoffeinspritzventil (3), welches Kraftstoff (5) direkt in den Brennraum (4) einspritzt, wobei das Kraftstoffeinspritzventil (3) in einem Zylinderkopf (2) angeordnet ist und zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil (3) und dem Zylinderkopf (2) ein ringförmiges Dichtelement (6) angeordnet ist, um den Brennraum (4) abzudichten, und wobei in einer Axialrichtung (X-X) des Kraftstoffeinspritzventils (3) zwischen dem Dichtelement (6) und dem Brennraum (4) ein Abschirmring (7) angeordnet ist, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er einen runden Querschnitt bzw. einen radial außen abgerundeten Querschnitt aufweist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Dichtungsschutz für eine Dichtung eines Kraftstoffeinspritzventils.
Brennkraftmaschinen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Hierbei sind insbesondere Brennkraftmaschinen bekannt, welche einen Kraftstoff mittels eines Kraftstoffeinspritzventils direkt in einen Brennraum einspritzen. Hierzu ist das Kraftstoffeinspritzventil in einem Zylinderkopf angeordnet und spritzt den Kraftstoff direkt in den Brennraum ein. Zur Abdichtung zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil und dem Zylinderkopf wird hierbei eine ringförmige Dichtung, beispielsweise ein Teflonring, verwendet. Da im Brennraum während des Betriebes sehr hohe Temperaturen herrschen und der Dichtring zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil und dem Zylinderkopf relativ nahe am Brennraum angeordnet ist, können insbesondere negative thermische Einwirkungen auf den Dichtring wirken. Zwar wurde festgestellt, dass sich schon nach kurzer Betriebsdauer der Brennkraftmaschine in einem Spalt zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil und dem Zylinderkopf brennraumseitig Rußpartikel anordnen können, welche die Dichtung teilweise gegen den Brennraum thermisch isolieren. Hierbei ist es in der Praxis jedoch derart, dass die Anlagerung der Rußpartikel nicht gleichmäßig erfolgt, so dass dadurch kein zuverlässiger Schutz für die Dichtung durch die Rußpartikelanlagerung möglich ist.
Ferner ist aus der DE 10 2005 019 313 A1 ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei welchem ein geschlitzter Abschirmring am Kraftstoffeinspritzventil angeordnet ist. Der Abschirmring ist dabei zwischen der Dichtung und dem Brennraum angeordnet und weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Hierdurch kann jedoch keine vollständige Abschirmung des Dichtelements sichergestellt werden, da aufgrund des Schlitzes und des rechteckigen Querschnitts kein vollständiger Schutz des Dichtelements möglich ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sie eine exzellente Abschirmung für einen zwischen einem Kraftstoffeinspritzventil und einem Zylinderkopf angeordneten Dichtelement bereitstellt, so dass das Dichtelement eine sehr hohe Lebensdauer aufweist. Die Abschirmung ist dabei in Axialrichtung des Kraftstoffeinspritzventils zwischen dem Dichtelement und einem Brennraum der Brennkraftmaschine angeordnet. Dabei weist die Abschirmung eine Ringform auf, welche zusätzlich einen runden Querschnitt bzw. einen radial außen abgerundeten Querschnitt hat. Die Verwendung des runden bzw. abgerundeten Querschnitts des Abschirmrings ermöglicht es dabei, dass der Abschirmring fest zwischen der Zylinderkopfwand und einer äußeren Gehäusewand des Kraftstoffeinspritzventils sitzt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass während des Betriebes der Brennkraftmaschine im Brennraum auftretende Vorgänge keinen negativen Einfluss auf das Dichtelement haben, da das Dichtelement durch den Abschirmring geschützt ist. Die Ausbildung mit einem runden Querschnitt stellt dabei ferner sicher, dass ein linienförmiger Kontakt zwischen der Zylinderkopfwand und dem Kraftstoffeinspritzventil erreicht wird.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Abschirmring aus Draht hergestellt. Dadurch kann der Abschirmring besonders einfach und kostengünstig bereitgestellt werden. Ferner kann ein aus Draht hergestellter Abschirmring auch einfach montiert werden. Alternativ ist der Abschirmring aus einem hochtemperaturbeständigen Material, insbesondere einem haftungstemperaturbeständigen Kunststoff, hergestellt.
Vorzugsweise ist der Abschirmring in einer im Kraftstoffeinspritzventil gebildeten Nut angeordnet. Dadurch kann insbesondere die Zylinderkopfwand sehr einfach, z. B. als zylindrische Bohrung, ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt ist das Dichtelement in einer im Kraftstoffeinspritzventil gebildeten ersten Nut angeordnet und der Abschirmring in einer im Kraftstoffeinspritzventil gebildeten zweiten Nut angeordnet. Dadurch wird vermieden, dass der Abschirmring in direktem Kontakt mit dem Dichtelement steht. Allerdings müssen hierfür zwei separate Nuten in dem Kraftstoffeinspritzventil vorgesehen werden.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind der Abschirmring und das Dichtelement in einer gemeinsamen Nut im Kraftstoffeinspritzventil angeordnet und voneinander beabstandet. Dadurch ist es möglich, dass nur eine Nut zur Aufnahme des Abschirmring und des Dichtelements im Kraftstoffeinspritzventil notwendig ist.
Der Abschirmring weist besonders bevorzugt eine geschlossene Ringform auf. Dies kann beispielsweise durch einen Verbindungsvorgang der freien Enden des Abschirmrings, z. B. mittels Schweißen oder Kleben, erfolgen. Dadurch werden insbesondere Probleme an einem Spalt zwischen Kraftstoffeinspritzventil und Zylinderkopfwand vermieden. Alternativ weist der Abschirmring eine offene, d. h. radial geschlitzte, Ringform auf. Dadurch kann der Abschirmring bei der Montage aufgeweitet werden.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Abschirmring in einer Nut angeordnet, welche im Zylinderkopf gebildet ist. Dadurch kann der Abschirmring schon vor einer Montage des Kraftstoffeinspritzventils im Zylinderkopf montiert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Abschirmring teilweise in einer im Zylinderkopf gebildeten Nut und teilweise in einer im Kraftstoffeinspritzventil gebildeten Nut angeordnet. Mit anderen Worten sitzt der Abschirmring teilweise in der Wand des Zylinderkopfs und teilweise in dem Gehäuse des Kraftstoffeinspritzventils, wobei jeweils entsprechend tiefe Nuten gebildet sind. Die Nuten weisen vorzugsweise eine Tiefe auf, welche einem Radius des Abschirmrings mit rundem Querschnitt entspricht.
Vorzugsweise ist ein Durchmesser des Abschirmrings gleich einer Dicke des Dichtelements in Radialrichtung.
Besonders vorteilhaft ist es, den Abschirmring mit einem dünnwandigen C-förmigen Profil zu versehen, das eine konvexe Wölbung nach radial außen aufweist und damit nach innen hin einen offenen Hohlraum umschließt. Bei dieser Ausgestaltungsform des Abschirmrings handelt es sich um eine besonders materialsparende Variante, die dazu eine hohe Elastizität und Abschirmsicherheit bietet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in einer vom Brennraum abgewandten Seite des Dichtelements ein erweiterter Spalt vorgesehen, welcher überschüssiges Material oder Abrieb oder Ähnliches des Dichtelements aufnehmen kann.
Zeichnung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische Schnittansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
3 eine schematische Schnittansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
4 eine schematische Schnittansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
5 bis 9 fünf weitere alternative Ausführungsbeispiele von Abschirmringen, die einen radial außen abgerundeten Querschnitt besitzen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 eine Brennkraftmaschine gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
1 zeigt die Brennkraftmaschine 1 nur teilweise und sehr schematisch. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet dabei einen Zylinderkopf und mit dem Bezugszeichen 3 ist ein Kraftstoffeinspritzventil bezeichnet. Das Kraftstoffeinspritzventil 3 spritzt Kraftstoff 5 direkt in einen Brennraum 4 ein, was in 1 schematisch dargestellt ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 3 ist im Zylinderkopf 2 fixiert und weist ein Dichtelement 6 auf, welches beispielsweise ein Teflonring ist. Das Dichtelement 6 ist in einer ersten Nut 16 im Kraftstoffeinspritzventil 3 angeordnet. Das Dichtelement 6 dichtet somit den Brennraum im Bereich des Kraftstoffeinspritzventils 3 ab. Da das Dichtelement 6 relativ nahe am Brennraum angeordnet ist, ist es möglich, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine durch den Spalt 8 zwischen dem Zylinderkopf 2 und dem Kraftstoffeinspritzventil 3 negative Einflüsse auf das Dichtelement 6 wirken. Um dies zu verhindern, ist nun im Spalt 8 ein Abschirmring 7 angeordnet, welcher einen runden Querschnitt aufweist. Der Abschirmring 7 ist aus einem Drahtmaterial hergestellt und ist in einer zweiten ringförmigen Nut 17 angeordnet.
Der Abschirmring 7 ist somit in Axialrichtung X-X des Kraftstoffeinspritzventils zwischen dem Dichtelement 6 und dem Brennraum 4 angeordnet. An einer brennraumabgewandten Seite des Dichtelements 6 ist ferner ein Aufnahmeraum 10 zur Aufnahme von Abrieb o. A. angeordnet. Der Aufnahmeraum 10 ist z. B. durch einen sich erweiterten Spalt zwischen dem Zylinderkopf 2 und dem Kraftstoffeinspritzventil 3 gebildet.
Der Abschirmring 7 mit rundem Querschnitt hat dabei den Vorteil, dass er eine linienförmige Abdichtung am Zylinderkopf und eine linienförmige Abdichtung am Kraftstoffeinspritzventil 3 ermöglicht. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass Einflüsse aus dem Brennraum 4 nicht direkt auf das Dichtelement 6 wirken. Dadurch kann das Dichtelement 6 eine sehr lange Lebensdauer aufweisen. Insbesondere kann dadurch das Dichtelement 6 vor einer direkten Wirkung der Brennraumgase geschützt werden.
Da zwischen dem Abschirmring 7 und dem Dichtelement 6 ein vorbestimmter Abstand vorhanden ist, sind das Dichtelement 6 und der Abschirmring 7 nicht miteinander in Kontakt. Dadurch kann insbesondere auch vermieden werden, dass aufgrund einer Wärmeleitung eine Beschädigung des Dichtelements auftritt.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 2 eine Brennkraftmaschine 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel sind beim zweiten Ausführungsbeispiel das Dichtelement 6 und der Abschirmring 7 in einer gemeinsamen Nut 9, welche im Kraftstoffeinspritzventil 3 vorgesehen ist, angeordnet. Dabei sind das Dichtelement 6 und der Abschirmring 7 unmittelbar benachbart zueinander in der Nut 9 angeordnet. Hierbei ist insbesondere eine einfachere und kostengünstigere Herstellung möglich, da nur eine gemeinsame Nut für das Dichtelement 6 und den Abschirmring 7 im Gehäusebereich des Kraftstoffeinspritzventils 3 hergestellt werden muss. Es sei angemerkt, dass hierbei auch ein vorbestimmter Abstand zwischen dem Dichtelement 6 und dem Abschirmring 7 in der gemeinsamen Nut 9 vorhanden sein kann. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 3 eine Brennkraftmaschine 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet sind. Das dritte Ausführungsbeispiel ist ähnlich zum ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied dazu der Abschirmring 7 sowohl teilweise im Zylinderkopf 2 als auch teilweise im Kraftstoffeinspritzventil 3 angeordnet ist. Hierzu ist im Zylinderkopf 2 eine Nut 2a ausgebildet und im Kraftstoffeinspritzventil 3 ist eine Nut 3a ausgebildet. In axialer Richtung X-X des Kraftstoffeinspritzventil 3 sind die beiden Nuten 2a, 3a auf gleicher Höhe angeordnet. Die Tiefe der beiden Nuten 2a und 3a ist dabei derart gewählt, dass jede Nut ungefähr die Hälfte des Abschirmrings 7 aufnimmt. Mit anderen Worten ist die Tiefe der Nuten 2a und 3a jeweils ungefähr gleich wie der Radius des Abschirmrings 7 mit rundem Querschnitt. Durch diese Maßnahme wird insbesondere eine verbesserte Fixierung des Abschirmrings 7 in der Brennkraftmaschine erreicht.
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen bezeichnet sind. Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht dabei im Wesentlichen dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei beim vierten Ausführungsbeispiel eine Vertiefung 9a in der gemeinsamen Nut 9 vorgesehen ist. In der Vertiefung 9a ist der Abschirmring 7 angeordnet. Die Vertiefung 9a ist rillenförmig ausgebildet und läuft um den gesamten Umfang herum. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
In den 5 bis 9 sind fünf weitere alternative Ausführungsbeispiele von Abschirmringen 7 gezeigt, die einen radial außen abgerundeten Querschnitt besitzen, dabei aber nicht vollständig rund sind. Die in den 5, 6 und 7 dargestellten Abschirmringe 7 besitzen an ihrer zur Mittelachse X-X hin gerichteten Innenseite z. B. jeweils eine parallel zur Mittelachse X-X verlaufende radial innere Begrenzungswand. Die radial äußere Begrenzungswand des Abschirmrings 7 verläuft entweder mit einem konstanten Radius über seine gesamte Dicke (5) oder nur mit abgerundeten Eckbereichen, deren Rundungen mit entsprechenden Radien fließend von der radial äußeren Begrenzungswand zur oberen und unteren Stirnseite übergehen (6) oder deren Rundungen mit entsprechenden Radien einerseits zur radial äußeren Begrenzungswand tangential übergehen und andererseits zu der oberen und unteren Stirnseite nicht tangential übergehen (7).
Die in den 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispiele von Abschirmringen 7 zeichnen sich dadurch aus, dass sie ein C-förmiges Profil mit einer konvexen Wölbung nach radial außen aufweisen und damit zur Mittelachse X-X hin einen offenen Hohlraum umschließen. Bei diesen Beispielen sind die Abschirmringe 7 insofern ähnlich einem gebogenen dünnwandigen Blech ausgeführt und besitzen damit kein Vollprofil. In 8 ist ein Abschirmring 7 gezeigt, der mit einer veränderlichen Wanddicke ausgebildet ist, während der in 9 dargestellte Abschirmring 7 mit konstanter Wanddicke ausgeformt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005019313 A1 [0003]

Claims

Brennkraftmaschine, umfassend einen Brennraum (4) und ein Kraftstoffeinspritzventil (3), welches Kraftstoff (5) direkt in den Brennraum (4) einspritzt, wobei das Kraftstoffeinspritzventil (3) in einem Zylinderkopf (2) angeordnet ist und zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil (3) und dem Zylinderkopf (2) ein ringförmiges Dichtelement (6) angeordnet ist, um den Brennraum (4) abzudichten, und wobei in einer Axialrichtung (X-X) des Kraftstoffeinspritzventils (3) zwischen dem Dichtelement (6) und dem Brennraum (4) ein Abschirmring (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmring (7) einen runden Querschnitt bzw. einen radial außen abgerundeten Querschnitt aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmring (7) aus Draht oder hochtemperaturbeständigem Kunststoff hergestellt ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmring (7) in einer im Kraftstoffeinspritzventil (3) gebildeten Nut (17, 9, 9a) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (6) in einer im Kraftstoffeinspritzventil (3) gebildeten ersten Nut (16) angeordnet ist und der Abschirmring (7) in einer im Kraftstoffeinspritzventil (3) gebildeten zweiten Nut (17) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmring (7) und das Dichtelement (6) in einer gemeinsamen Nut (9) angeordnet sind und der Abschirmring (7) vom Dichtelement (6) beabstandet ist oder der Abschirmring (7) das Dichtelement (6) kontaktiert.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmring (7) eine geschlossene Ringform oder eine offene Ringform aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmring (7) teilweise in einer im Zylinderkopf (2) gebildeten Nut (2a) und teilweise in einer im Kraftstoffeinspritzventil (3) gebildeten Nut (3a) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die im Zylinderkopf (2) gebildete Nut (2a) und die im Kraftstoffeinspritzventil (3) gebildete Nut (3a) jeweils die gleiche Tiefe, insbesondere eine Tiefe entsprechend einem Radius des Abschirmrings (7) mit rundem Querschnitt, aufweisen.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser des Abschirmrings (7) gleich einer Dicke des Dichtelements (6) in Radialrichtung ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußere Begrenzungswand des Abschirmrings (7) zumindest in einem Teilbereich abgerundet verläuft, wobei ein konstanter Radius über seine gesamte Dicke vorgesehen ist oder abgerundete Eckbereiche ausgeformt sind.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmring (7) ein dünnwandiges C-förmiges Profil mit einer konvexen Wölbung nach radial außen aufweist und damit nach innen hin einen offenen Hohlraum umschließt.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer brennraumabgewandten Seite des Dichtelements (6) ein Aufnahmeraum (10) angeordnet ist, um Abrieb des Dichtelements (6) aufzunehmen.