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Die
Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil zur Anordnung an
einem Brennraum einer Brennkraftmaschine umfassend einen Düsenhalter, an
dem ein über eine Düsenspannmutter festgespannter,
zum Hineinragen in den Brennraum ausgebildeter Düsenkörper
zur Aufnahme einer Düsennadel angeordnet ist, und mindestens
ein ringscheibenförmiges Dichtelement mit einer der Düsenspannmutter
zugewandten oberen Auflagefläche und einer dem Brennraum
zugewandten unteren Auflagefläche, welches den Düsenkörper
umgibt und zur Abdichtung des Düsenhalters gegenüber
dem Brennraum dient.
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Eine
Düsenspannmutter hält die beiden Hauptkomponenten
des Kraftstoffinjektors – eine Einspritzdüse und
einen Ventilkörper – fest zusammen. Die Einspritzdüse
ragt im montierten Zustand des Kraftstoffinjektors im Zylinderkopf
in einen Brennraum eines Kraftfahrzeugmotors hineinen, wobei der darüber
angeordnete Ventilkörper die Einspritzdüse betätigt.
Hierbei ist es notwendig, den Kraftstoffinjektor gegenüber
dem Brennraum am Zylinderkopf abzudichten. Dies geschieht durch
eine entsprechende Gestaltung der Düsenspannmutter, die
mit einer entsprechenden Einrichtung, einem Dichtsitz, im Zylinderkopf
zusammenwirkt.
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An
eine solche Dichtanordnung sind hohe Anforderungen gestellt. Einerseits
ist die Dichtanordnung hohen thermischen Belastungen ausgesetzt (–40°C
bei Kaltstart im Winter, bis über +150°C) bei Betriebsbedingungen
und andererseits ist die Dichteinrichtung hohen mechanischen, insbesondere
Vibrationsbelastungen, ausgesetzt. Darüber hinaus muss
die Dichtanordnung einen lang anhaltenden Belastungen, dauerhaften
Dichtzustand zwischen Kraftstoffinjektor und Zylinderkopf gewährleisten.
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Hierfür
wird im Stand der Technik z. B. an der Düsenspannmutter
ein horizontaler Rand ausgebildet, welcher an einem in der Injektorbohrung
vorgesehenen, ebenfalls horizontalen Rand ansitzt, und die Düsenspannmutter
bzw. der Kraftstoffinjektor wird mit einer großen statischen
Kraft gegen den Zylinderkopf gepresst. Durch das Vorsehen einer
großen flächenmäßigen Überdeckung
der beiden Ränder soll eine dauerhafte fluiddichte Verbindung
geschaffen werden.
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Im
Allgemeinen wird der Injektor mit einer Metalldichtscheibe zum Verbrennungsraum
hin abgedichtet. Diese Abdichtung ist wegen der heißen Abgase
und dem Druckverlust im Zylinder notwendig. Durch die hohen Verbrennungstemperaturen und
hohen Zylinderdrücke ist eine Abdichtung nur mit einer
Metalldichtscheibe möglich, so dass keine Verbrennungsgase
direkt am Injektor vorbei, in die Umgebung strömen können.
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In
der
DE 101 02192 A1 weißt
eine Düsenspannmutter an einem freien Ende einen kegelstumpfförmigen
Bereich auf, welcher in einen entsprechenden kegelstumpfförmigen
Injektorbohrungsabschnitt einsetzbar ist. Im vormontierten Zustand, also
wenn der Kraftstoffinjektor mit Düsenspannmutter in die
kegelstumpfförmige Injektorbohrung eingesetzt ist, besteht
zwischen Kegelstumpf an der Düsenspannmutter und der Kegelstumpfbohrung
im Zylinderkopf eine umlaufende Winkeldifferenz von 2° bis
maximal 5°. Hierdurch ist eine Zentrierung des Kraftstoffinjektors
in der Injektorbohrung sichergestellt, wobei anschließend
der Kraftstoffinjektor mit einer großen statischen Kraft
in die Bohrung gedrückt wird und sich zwischen dem Kegelstumpf
eine Düsenspannmutter und der Kegelbogen im Zylinderkopf eine
gemeinsame Dichtfläche ausbildet.
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Gemisch
und die heißen Verbrennungsgasen strömen bis an
die Dichtstellen von Düsenspannmutter und Düsenkörper,
wie auch der Abdichtung zwischen Injektor und Zylinderkopf. In diesem
Spalt lagert sich nun das unverbrannte Gemisch und die Abgase, z.
B. H2O und S ab. Nach dem Abstellen des Motors
kann es nun in der Auskühlphase zur Kondensation von Elektrolyten (Wasser)
führen. Der Elektrolyt vergünstigt den Ionenaustausch
und damit die Korrosion.
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Im
Stand der Technik ist es weiter bekannt, die Düse mit der
Düsenspannmutter ohne weiter zusätzliche Abdichtungen
festzuschrauben. Des Weiteren ist der Schutz des Düsenkörpers
vor Wärme durch Beschichten und der Einbau von Hülsen
als Wärmeableitungen bekannt. Neue Verbrennungsverfahren
scheinen aber genau in diesem Bereich für Korrosion zu
sorgen, so dass eine direkte Abdichtung in diesem Bereich vor korrosiv
wirkenden Substanzen aus Verbrennungsgasen zwingend erforderlich ist.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzventil
zur Anordnung an einem Brennraum einer Brennkraftmaschine bereitzustellen,
welcher eine verbesserte Abdichtung des Düsenschaftes im
Bereich der Düsenspannmutter zum Brennraum vorsieht.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einem Kraftstoffeinspritzventil gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden
Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen
Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
wieder.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher
erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1:
einen über eine Düsenspannmutter festgespannten
Düsenkörper wie im Stand der Technik bekannt;
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2:
die Anordnung nach 1 mit einer erfindungsgemäßen
ersten zusätzlichen, separaten Abdichtung;
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2a:
einen Teilausschnitt A der 2;
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3:
einen Ausschnitt entsprechend 2A mit
einer erfindungsgemäßen zweiten Variante der zusätzlichen
separaten Abdichtung;
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4:
einen Ausschnitt entsprechend 2a mit
einer erfindungsgemäßen dritten Variante der zusätzlichen,
separaten Abdichtung;
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5:
einen Ausschnitt entsprechend 2a mit
einer erfindungsgemäßen vierten Variante der zusätzlichen
separaten Abdichtung;
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6–8:
jeweils einen Ausschnitt entsprechend 2A mit
jeweils unterschiedlichen geometrischen Abänderungen der
Brennraumabdichtung, und
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9:
einen Ausschnitt entsprechend 2A mit
einer geometrischen Abänderung der Düsenspannmutter.
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1 zeigt
teilweise im Längsschnitt einen Ausschnitt eines Kraftstoffeinspritzventils 10 mit
einer Düsenspannmutter 20, welche einen Düsenkörper 30 festspannt.
Schematisch angedeutet ist bei 40 ein Brennraum, in welchen
der Düsenkörper 30 teilweise hineinragt.
An der Schnittstelle Düsenspannmutter 20, Düsenkörper 30 und
Brennraum 40 ist ein Brennraumdichtelement 50 angeordnet.
Das Brennraumdichtelement 50 umfasst den über
die Düsenspannmutter 20 hinausragenden Teil des
Düsenkörpers 30. Der Düsenkörper 30 weist
einen Kreis bzw. kreisringförmigen Querschnitt in Längsrichtung
das heißt in Einspritzrichtung auf. Ebenfalls weist das
Brennraumdichtelement 50 einen hiermit korrespondierenden
ringförmigen Querschnitt in Längsrichtung auf. Der
Außendurchmesser des Düsenkörperquerschnitts
entspricht in etwa dem Innendurchmesser der Ausnehmung des Brennraumdichtelements 50 (ringförmige
Ausnehmung). Das Brennraumdichtelement 50 weißt
zwei Stirnseiten oder Auflageflächen auf, eine obere Auflagefläche 60,
welche der Düsenspannmutter 20 zugewandt ist,
und eine untere Auflagefläche 70, welche dem Brennraum 40 zugewandt ist.
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2 zeigt
im Längsschnitt einen entsprechenden Ausschnitt gemäß 1,
wobei ein weiteres Dichtungselement 80 vorgesehen ist.
Dieses Dichtungselement umgreift den Düsenkörper 30 im Bereich
eines Absatzes 90 des Düsenkörpers 30 im Kontaktbereich
der Düsenspannmutter 20 und des Brennraumdichtelements 50.
Das Dichtungselement 80 kann dabei als separates Ringelement
ausgebildet sein, das aus sehr weichen Metallen, hitzebeständigen
Polymeren oder anderen kraftstoffbeständigen Materialien
besteht. Der Innendurchmesser dieses ringförmigen Dichtungselements 50 entspricht in
etwa dem Außendurchmesser des Düsenkörpers 30,
sodass es vom brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers
auf diesen aufgebracht werden kann. 2A zeigt
den vergrößerten Bereich A aus 2. Es
ist zu erkennen, dass das Dichtungselement 80 im zusammengebauten
Zustand des Kraftstoffeinspritzventils in Anlage kommt mit dem Düsenkörper 30 der Düsenspannmutter 20 und
dem Brennraumdichtelement 50.
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3 zeigt
den gleichen Ausschnitt wie 2a, wobei
das Dichtungselement 180 hier durch Anvulkanisieren eines
Dichtungsbereichs an die Düsenspannmutter 20 gebildet
ist. Das Anvulkanisieren des Dichtungselements 180 erfolgt
dabei vor dem Montieren des Brennraumdichtelements 50.
Das Dichtungselement 180 steht somit wie aus 3 zu ersehen
lediglich in Kontakt mit dem Düsenkörper 30 und
der Düsenspannmutter 20. Ein Kontakt im fertig montierten
Zustand auch mit dem Brennraumdichtelement 50 ist dabei
allerdings nicht ausgeschlossen.
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4 zeigt
ebenfalls den Ausschnitt entsprechend dem der 2A.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Dichtungselement 280 über das
Anvulkanisieren gebildet. Im Gegensatz zu 3 erfolgt
das Anvulkanisieren des Dichtungselements 280 jedoch an
das Brennraumdichtungselement 50, nämlich im Bereich
zwischen dem Außenumfang des Düsenkörpers
und den im Innenumfang des Brennraumdichtungselements 50.
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Auch 5 zeigt
den der 2A entsprechenden Ausschnitt
des Kraftstoffeinspritzventils. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist der Spalt, der von dem Absatz des Düsenkörpers 30,
der Düsenspannmutter 20 und dem Brennraumdichtungselement 50 gebildet
ist, mit einer hitzebeständigen Vergussmasse als Dichtungselement 380 gefüllt.
Diese Vergussmasse ist nach der Verschraubung der Düsenspannmutter 20 mit
dem Düsenkörper 30 eingebracht. Folglich
grenzt das Dichtungselement 380 an den Düsenkörper 30 und
die Düsenspannmutter 20 an.
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Die 6 bis 8 zeigen
Beispiele, bei denen durch eine geometrische Abänderung
des Brennraumdichtelements 150, 250, 350 eine
weitere zusätzliche Abdichtung gebildet ist, um gegegenüber Ablagerungen
durch unverbranntes Gemisch und Abgase im Spalt zwischen Düsenspannmutter 20 und
Düsenkörper 30 zu dichten. In 6 ist
ein ringscheibenförmiges Brennraumdichtelement 150 gezeigt,
welches im Bereich seines Innendurchmessers, radial innen, eine
im Längsschnitt in Achsrichtung zum Brennraum hin ausgebildete
Zunge 100 aufweißt. Diese Zunge 100 ist
im Querschnitt des Brennraumdichtelements 150 spitz zulaufend
nach radial innen unten (in Richtung Brennraum 40) soweit ausgebildet,
dass ein Dichtkontakt mit der Außenumfangsfläche
des Düsenkörpers 30 hergestellt ist.
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7 zeigt
ebenfalls ein ringscheibenförmiges Brennraumdichtelement 250 mit
einer Zunge 200, die in Achsrichtung des Kraftstoffeinspritzventils vom
Brennraum 40 weg ausgebildet ist. Wie die Zunge 100 der 6 verläuft
auch die Zunge 200 im Querschnitt des Brennraumdichtelements 250 spitz zulaufend
und bildet im Bereich des Absatzes 90 des Düsenkörpers 30 einen
Dichtkontakt mit dem Düsenkörper 30.
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Auch
in 8 ist ein ringscheibenförmiges Brennraumdichtelement 350 gezeigt.
Im Bereich seines radial inneren Durchmessers verjüngt
sich dieses Brennraumdichtelement 350 gleichförmig
radial nach innen und verläuft im Querschnitt spitz zulaufend
zum Außendurchmesser des Düsenkörpers
und bildet mit diesem einen Dichtkontakt. Die Abdichtung erfolgt bei
diesem Beispiel also über eine im Querschnitt rechteckförmige
Zunge 300 des Brennraumdichtelements 350.
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9 zeigt
ein Dichtungselement 400 welches durch eine radial nach
innen ragende Zunge an der Düsenspannmutter 120 gebildet
ist. Hierzu weist die Düsenspannmutter 120 an
ihrem dem Brennraumdichtelement 50 benachbarten Bereich
einen Fortsatz 400 auf, der radial einwärts soweit
vorsteht, dass er in Dichtkontakt mit dem Düsenkörper 30 im Bereich
des Absatzes 90 gelangt. Die Zunge 400 ist im
vorliegenden Fall spitz zulaufend gezeigt, kann jedoch auch eine
im Querschnitt abweichende Form davon aufweisen.
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Die
Erfindung ist nicht Beschränkt auf die vorstehend beschriebenen
bevorzugten Ausführungsformen. Es sind vielmehr auch Abweichungen hiervon
denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche
umfasst sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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