DE102016225702A1

DE102016225702A1 - Ventil zum Zumessen eines Fluids, Anschlussstück für ein Ventil und Anordnung mit einem Ventil

Info

Publication number: DE102016225702A1
Application number: DE102016225702.1A
Authority: DE
Inventors: Ralf Kromer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2018-06-21
Also published as: JP2018112186A

Abstract

Ein Anschlussstück (7) für ein Ventil (2) zum Zumessen eines Fluids, insbesondere für ein Brennstoffeinspritzventil von Brennkraftmaschinen, umfasst eine in einem Grundkörper (8) ausgestaltete, sich entlang einer Längsachse (17) erstreckende Zulaufbohrung (18), durch die das Fluid über das Anschlussstück (7) in das Ventil (2) führbar ist, und ein ringförmiges Dichtelement (9). Der Grundkörper (8) weist eine ringförmige Aussparung (10) auf, die die Zulaufbohrung (18) bezüglich der Längsachse (17) radial erweitert. Das ringförmige Dichtelement (9) ist in die ringförmige Aussparring (10) eingesetzt. Ferner ist ein Ventil (2) zum Zumessen eines Fluids mit solch einem Anschlussstück (7) und eine Anordnung (1) mit einem Fluidanschluss (3) und einem Ventil (2) angegeben.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Zumessen eines Fluids, insbesondere ein Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, ein Anschlussstück für solch ein Ventil und eine Anordnung mit solch einem Ventil. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffeinspritzanlagen von Kraftfahrzeugen, bei denen mittels mehrerer Brennstoffeinspritzventile vorzugsweise eine direkte Einspritzung von Brennstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine erfolgt.
Aus der US 2011/0000464 A1 ist eine Injektormontageanordnung bekannt, bei der an einem Anschlussstutzen ein Dichtring angeordnet ist, der sich über einen Stützring an einem Absatz des Anschlussstutzens abstützt. Der Anschlussstutzen ist im Bereich seines Dichtrings in eine Tasse eingefügt, wodurch der Dichtring den Innenraum der Tasse gegenüber der Umgebung abdichtet, um Brennstoff in den Anschlussstutzen des Injektors zu führen.
Die aus der US 2011/0000464 A1 bekannte Injektormontageanordnung hat den Nachteil, dass auf den Injektor eine große Axialkraft einwirkt, mit der der Brennstoff axial auf den Injektor drückt. Dieser Nachteil ergibt sich besonders beim Einsatz als Hochdruckinjektor.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Anschlussstück mit den Merkmalen des Anspruchs 1, das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und die erfindungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 haben den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise ermöglicht sind. Insbesondere können auf den Aktor wirkende Kräfte, die durch den Fluiddruck verursacht sind, reduziert werden.
Bei einer herkömmlichen Ausgestaltung, bei der als Dichtelement ein O-Ring genutzt wird, um das Anschlussstück außen abzudichten, wobei der O-Ring zwischen der Außenseite des Anschlussstückes und der Innenseite der Tasse angeordnet ist, ergibt sich eine große auf den Injektor wirkende Axialkraft aufgrund des Fluiddrucks, da die hydraulische Wirkfläche proportional zum Quadrat des Tasseninnendurchmessers am O-Ring ist. Im Unterschied dazu reduziert sich die hydraulische Wirkfläche bei der vorgeschlagenen Ausgestaltung erheblich, da diese nun proportional zum Öffnungsquerschnitt des ringförmigen Dichtelements, das innen an dem Fluidanschluss anliegt, ist. Speziell kann sich die hydraulische Wirkfläche hierbei als Produkt von 0,25, der Ludolfschen Zahl π und dem Außendurchmesser an der Außenseite des Fluidanschlusses, an dem das Dichtelement anliegt, ergeben. Die auf den Injektor wirkende Axialkraft ergibt sich dann aus dieser hydraulischen Wirkfläche und dem Fluiddruck.
Die Weiterbildung nach Anspruch 2 hat den Vorteil, dass eine einfache und zuverlässige Befestigung des Dichtelements in dem Grundkörper des Anschlussstückes erfolgen kann.
Bei einer Weiterbildung nach Anspruch 3 kann die Montage des Dichtelements auch über mehrere Teile realisiert werden. Hierbei hat die Weiterbildung nach Anspruch 4 ferner den Vorteil, dass eine vorteilhafte Abstützung für das Dichtelement realisiert werden kann. Gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 5 ist eine zuverlässige Sicherung der verschiedenen Teile, die zur Montage des Dichtelements dienen, möglich. Die Ausgestaltung nach Anspruch 6 hat den Vorteil, dass über die Lebensdauer eine Aufdehnung des Abstützrings vermieden ist. Dadurch ergibt sich insbesondere innen am Fluidanschluss eine zuverlässige Abstützung des Dichtelements an der Stützscheibe. Diese Abstützung kann durch die Weiterbildung nach Anspruch 7 weiter verbessert werden.
Die Weiterbildung nach Anspruch 10 hat ferner den Vorteil, dass eine zuverlässige Abdichtung an dem Außendurchmesser beziehungsweise Außenquerschnitt des Dichtelements realisiert ist. Unabhängig von eventuellen Einbautoleranzen ergibt sich somit stets eine zuverlässige Dichtwirkung.
Figurenliste
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Anordnung mit einem Ventil und einem Fluidanschluss eines Fluidverteilers in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
2 eine Anordnung mit einem Ventil und einem Fluidanschluss eines Fluidverteilers in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Anordnung 1 mit einem Ventil 2 und einem Fluidanschluss 3 eines Brennstoffverteilers 4 in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Anordnung 1 kann insbesondere als Brennstoffeinspritzanlage 1 ausgestaltet sein. Das Ventil 2 kann hierbei als Brennstoffeinspritzventil 2 ausgestaltet sein. Der Fluidverteiler 4 kann insbesondere als Rail 4 ausgestaltet sein, von dem mehrere Fluidanschlüsse 3 abzweigen. In einem Innenraum 5 des Fluidverteilers 4 kann dann unter hohem Druck stehender Brennstoff gespeichert und auf mehrere Ventile 2 aufgeteilt werden.
An dem Fluidverteiler 4 ist ein Halter 6 ausgestaltet, mit dem das Ventil 2 mechanisch verbunden wird. Das Ventil 2 weist ferner ein Anschlussstück 7 auf, das zur hydraulischen Verbindung des Ventils 2 mit dem Fluidverteiler 4 über den Fluidanschluss 3 dient.
Das Anschlussstück 7 umfasst einen Grundkörper 8 und ein ringförmiges Dichtelement 9, das in eine ringförmige Aussparung 10 des Grundkörpers 8 eingesetzt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Aussparung 10 durch eine innenliegende Ringnut 15 ausgestaltet. An dem Grundkörper 8 ist außerdem eine Einführschräge 16 ausgestaltet, die durch eine konische Fläche 16 realisiert sein kann, um das Einfügen des Fluidanschlusses 3 in das Anschlussstück 7 zu erleichtern.
Bei der Montage wird der Fluidanschluss 3 entlang einer Längsachse 17 des Grundkörpers 8 des Anschlussstücks 7 in eine sich entlang der Längsachse 17 erstreckende Zulaufbohrung 18 des Anschlussstückes 7 eingefügt. Beim Montieren wird eine Spitze 19 des Fluidanschlusses 3 durch das Dichtelement 9 geführt, wobei die Spitze 19 zur Vereinfachung der Montage hierfür eine Anschrägung und Abrundung 20 aufweist. Im montierten Zustand erstreckt sich ein rohrförmiger Teil 21 des Fluidanschlusses 3 dann vollständig durch das Dichtelement 9.
Bezüglich der Längsachse 17 wird die Zulaufbohrung 18 durch die ringförmige Aussparung 10 radial erweitert. Dies lässt dann im montierten Zustand den Platz für das Dichtelement 9.
Bei der Montage kann das Dichtelement 9 radial komprimiert werden, um eine gewisse Vorspannung zu erzielen. Das Dichtelement 9 liegt bezüglich der Längsachse 17 betrachtet radial innen an einer zylindermantelförmigen Außenseite 22 des Fluidanschlusses 3 und radial außen an einer zylindermantelförmigen Fläche 23 des Grundkörpers 8 an. Hierdurch ist eine Abdichtung realisiert.
Die innenliegende Ringnut 15 kann beispielsweise durch einen einfachen Einstich am Grundkörper 8 des Anschlussstückes 7 ausgestaltet werden. Das Dichtelement 9 kann insbesondere als O-Ring ausgestaltet werden.
2 zeigt eine Anordnung 1 mit einem Ventil 2 und einem Fluidanschluss 3 eines Fluidverteilers 4 in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Zulaufbohrung 18 an einem zulaufseitigen Ende des Grundkörpers durch eine Einsenkung 25 stufenbohrungsförmig erweitert. In die Einsenkung 25 ist ein Teilverschluss 26 eingefügt, der an dem zulaufseitigen Ende 24 angeordnet ist. Der Teilverschluss 26 setzt hierbei die ringförmige Aussparung 10 für das ringförmige Dichtelement 9 in der Einsenkung 25 frei. Der Teilverschluss 26 weist eine Stützscheibe 27, einen Abstützring 28 und einen Sicherungsring 29 auf. Über den Abstützring 28 ist die Stützscheibe 27 entgegen einer Zuflussrichtung 30 abgestützt. Der Abstützring 28 ist über den Sicherungsring 29 gegenüber einer Verschiebung entgegen der Zuflussrichtung 30 gesichert, wobei der Sicherungsring 29 in eine an dem Grundkörper 8 ausgestaltete, innenliegende Ringnut 31 eingefügt ist. Der Sicherungsring 29 kann beispielsweise als geschlitzter Sicherungsring 29 ausgeführt sein und unter einer Vorspannung in die Ringnut 31 eingefügt werden. Die Stützscheibe 27 weist eine dem Abstützring 28 zugewandte konische Seite 32 auf. Hierbei verjüngt sich der Stützring 29 entgegen der Zuflussrichtung 30 entlang der Längsachse 17 an der konischen Seite 32. Ferner ist an der Stützscheibe 27 eine ebene Anlageseite 33 ausgebildet, die dem Dichtelement 9 zugewandt ist. Die Anlageseite 33 ist so orientiert, dass die Längsachse 17 senkrecht zu der Anlageseite 33 verläuft. Die konisch ausgelegte Stützseite 27 verdeckt in vorteilhafter Weise einen möglichen Spalt zwischen dem rohrförmigen Teil 21 des Fluidanschlusses 3 und dem Abstützring 28. Dennoch kann aus Sicht des Dichtelements 9 eine ebene Anlageseite 33 realisiert werden. Dadurch ist eine vorteilhafte Abstützung des Dichtelements 9 gewährleistet.
Wenn der Systemdruck aufgebaut wird, dann versucht dieser das Dichtelement 9 aus dem Grundkörper 8 entgegen der Zuflussrichtung 30 zu drücken. Dabei wird das Dichtelement 9 gegen die Stützscheibe 27 gedrückt, die mit ihrer konischen Seite 32 entlang ihrer konischen Seite 32 auf dem Abstützring 28 gleitet und den Spalt zwischen dem Abstützring 28 und dem rohrförmigen Teil 21 des Fluidanschlusses 3 verschließt, so dass das Dichtelement 9 nicht in einen solchen Spalt extrudiert werden kann. Der Abstützring 28 stützt sich im Grundkörper 8 des Anschlussstückes 7 über den Sicherungsring 29 ab.
Aufgrund des Systemdrucks ergibt sich eine auf das Anschlussstück 7 und somit auf das Ventil 2 wirkende Axialkraft F_a entlang der Längsachse 17, die bei dieser Ausgestaltung entgegen der Zuflussrichtung 30 orientiert ist. Die Axialkraft F_a ergibt sich hierbei aus dem Produkt der hydraulischen Wirkfläche und dem Systemdruck Ps. Die hydraulische Wirkfläche ergibt sich in diesem Fall aus dem Produkt von 0,25 der Ludolfschen Zahl π und dem Quadrat des Durchmessers d des rohrförmigen Teils 21 des Fluidanschlusses 3 an seiner Außenseite 22. Die formelmäßige Beziehung ist auch in der 2 angegeben.
Wesentlich ist hierbei die hydraulische Wirkfläche, die quadratisch von dem Durchmesser d abhängt. Bei einer herkömmlichen Ausgestaltung, bei der das Anschlussstück 7 über eine Tasse angeschlossen wird, ist diesbezüglich der Innendurchmesser der Tasse relevant. Solch ein Innendurchmesser einer Tasse ist allerdings deutlich größer als der Außendurchmesser d des Fluidanschlusses 3.
Durch die Reduzierung der Fläche, auf die der Systemdruck Ps axial auf das Ventil 2 wirkt, ergibt sich somit eine erhebliche Reduzierung der Axialkraft. Die Reduzierung kann beispielsweise etwa 50 % bis etwa 80 % betragen. Diese Prozentzahl der Angabe ist jedoch nur als exemplarisch zu verstehen, da diese wesentlich von der zum Vergleich herangezogenen Konstruktion abhängt.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2011/0000464 A1 [0002, 0003]

Claims

Anschlussstück (7) für ein Ventil (2) zum Zumessen eines Fluids, insbesondere für ein Brennstoffeinspritzventil von Brennkraftmaschinen, mit einer in einem Grundkörper (8) ausgestalteten, sich entlang einer Längsachse (17) erstreckenden Zulaufbohrung (18), durch die das Fluid über das Anschlussstück (7) in das Ventil (2) führbar ist, und einem ringförmigen Dichtelement (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (8) eine ringförmige Aussparung (10) aufweist, die die Zulaufbohrung (18) bezüglich der Längsachse (17) radial erweitert, und dass das ringförmige Dichtelement (9) in die ringförmige Aussparung (10) eingesetzt ist.
Anschlussstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Aussparung (10) durch eine innenliegende Ringnut (15) ausgestaltet ist.
Anschlussstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufbohrung (18) an einem zulaufseitigen Ende (24) des Grundkörpers (8) durch eine in den Grundkörper (8) ausgestaltete Einsenkung (25) stufenbohrungsförmig erweitert ist und dass in die Einsenkung (25) ein Teilverschluss (26) eingefügt ist, der an dem zulaufseitigen Ende (24) angeordnet ist und die ringförmige Aussparung (10) für das ringförmige Dichtelement (9) in der Einsenkung (25) freilässt.
Anschlussstück nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilverschluss (26) eine Stützscheibe (27) aufweist, die an dem Dichtelement (9) angeordnet ist, und dass der Teilverschluss (26) einen Abstützring (28) aufweist, der zumindest mittelbar gegenüber einer Verschiebung zu dem zulaufseitigen Ende (24) gesichert ist.
Anschlussstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstützring (28) mittels eines Sicherungsrings (29) gegenüber einer Verschiebung zu dem zulaufseitigen Ende (24) gesichert ist, wobei der Sicherungsring (29) in eine an dem Grundkörper (8) ausgestaltete, innenliegende Ringnut (31) eingefügt ist.
Anschlussstück nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützscheibe (27) eine konische Seite (32) aufweist, die dem Abstützring (28) zugewandt ist, wobei sich die Stützscheibe (27) an der konischen Seite (32) entlang der Längsachse (17) zu dem zulaufseitigen Ende (24) des Grundkörpers (8) hin verjüngt.
Anschlussstück nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützscheibe (27) eine Anlageseite (33) aufweist, die dem Dichtelement (9) zugewandt ist, und dass die Anlageseite (33) zumindest im Wesentlichen eben ausgestaltet ist und/oder dass die Stützscheibe (27) zumindest näherungsweise so angeordnet ist, dass die Längsachse (17) senkrecht zu der Anlageseite (33) orientiert ist.
Ventil (2) zum Zumessen eines Fluids, insbesondere Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einem Anschlussstück (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Anordnung (1) mit einem Fluidanschluss (3) und einem Ventil (2) nach Anspruch 8, wobei der Fluidanschluss (3) im montierten Zustand in die Zulaufbohrung (18) des Grundkörpers (8) des Anschlussstücks (7) eingefügt ist und wobei das Dichtelement (9) im montierten Zustand bezüglich der Längsachse (17) radial innen an einer Außenseite (22) des Fluidanschlusses (3) anliegt.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (9) im montierten Zustand bezüglich der Längsachse (17) im Bereich der ringförmigen Aussparung (10) radial außen an dem Grundkörper (8) des Anschlussstückes (7) anliegt.