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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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In der
DE 101 12 143 A1 ist ein Kraftstoffinjektor beschrieben, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Ventilgehäuse und einem Dichtring, welcher in einer Nut in dem Ventilgehäuse angeordnet ist, beschrieben. Der Dichtring dichtet den Kraftstoffinjektor gegen das Brennraumgas im Brennraum ab. Dabei ist der Dichtring außen konisch profiliert.
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Der in der
DE 101 12 143 A1 beschriebene Dichtring dichtet den Kraftstoffinjektor gegen einen Brennraum der Brennkraftmaschine ab, so dass keine Verbrennungsgase im Bereich des Ventilgehäuses und der Aufnahmeöffnung des Zylinderkopfs eindringen kann. Dadurch können Korrosionsspuren an den beteiligten Komponenten minimiert werden. Die hier beschriebene Nut in dem Ventilgehäuse zusammen mit dem Dichtring gewährleisten je nach Stärke der Verpressung während der Montage die Dichtheit jedoch nur bis zu einem gewissen Druck. Danach erfolgt eine örtliche Unterwanderung an der Nut. Dadurch kann der Dichtring in der Nut verschoben werden oder sogar herausrutschen. Dies führt neben möglichen Beschädigungen am Dichtring zu einer Leckage zwischen dem Ventilgehäuse und dem Zylinderkopf, so dass Verbrennungsgase in die Aufnahmeöffnung des Zylinderkopfs eintreten kann. Dadurch können starke Korrosionsspuren auftreten, welche ein Ausfallrisiko des gesamten Kraftstoffinjektors erhöhen.
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Vorteile der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine Dichtheit unter verschiedenen relevanten Bedingungen, wie beispielsweise dem Druck, der Temperatur oder der Verbrennungsgase, gewährleistet ist.
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Dazu weist der Kraftstoffinjektor zum Einbau in eine Aufnahmeöffnung eines Zylinderkopfs ein Ventilgehäuse auf, in dem ein Innenraum ausgebildet ist. Der Innenraum ist mit flüssigem Kraftstoff befüllbar. An einer Außenseite des Ventilgehäuses ist eine Doppelnut ausgebildet, in der mindestens ein Dichtring zur Abdichtung der Aufnahmeöffnung des Zylinderkopfs angeordnet ist. Die Doppelnut umfasst dabei eine erste Nut und eine zweite Nut, wobei zwischen der ersten Nut und der zweiten Nut eine Erhebung angeordnet ist und die erste Nut einen ersten Nutgrund und die zweite Nut einen zweiten Nutgrund aufweisen, welcher erste Nutgrund und welcher zweite Nutgrund konisch ausgebildet sind.
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Die so gestaltete Dichtung kann eine gezielt gewünschte Verpressung darstellen, um eine Dichtheit zu gewährleisten. Weiterhin kann die Dichtheit an dem Dichtring für deutlich höhere Drücke als bei dem bekannten Kraftstoffinjektor erreicht werden. Durch die Geometrie der Doppelnut bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor sind höhere Toleranzen bei der Doppelnut, dem Dichtring und der Aufnahmeöffnung des Zylinderkopfs möglich. Dadurch wird das Eindringen von Verbrennungsgasen aus einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zwischen Ventilgehäuse und Zylinderkopf auch unter kritischen Montage- und Betriebsbedingungen minimiert. Dies führt zu einer Verringerung der Korrosionsschäden an den beteiligten Komponenten und trägt zu einer optimalen Funktionsweise der gesamten Brennkraftmaschine bei.
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In erster vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Doppelnut eine Breite e aufweist, wobei die erste Nut eine Breite c1 aufweist und eine erste Nutflanke mit einer Tiefe a1 und eine zweite Nutflanke mit einer Tiefe b1 umfasst, wobei die Tiefe a1 der ersten Nutflanke größer ist als die Tiefe b1 der zweiten Nutflanke, vorzugsweise ist die Tiefe a1 der ersten Nutflanke 1- bis 2-mal so groß wie die Tiefe b1 der zweiten Nutflanke. Vorteilhafterweise weist die zweite Nut eine Breite c2 auf und umfasst eine erste Nutflanke mit einer Tiefe b2 und eine zweite Nutflanke mit einer Tiefe a2 , wobei die Tiefe a2 der zweiten Nutflanke größer ist als die Tiefe b2 der ersten Nutflanke, vorzugsweise ist die Tiefe a2 der zweiten Nutflanke 1- bis 2-mal so groß wie die Tiefe b2 der ersten Nutflanke.
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Durch die Geometrie der Nutflanken ist der Dichtring weitgehend vor der Temperatur und den Verbrennungsgasen geschützt, so dass eine hohe Lebensdauer und Dichtheit des Dichtrings erzielt wird.
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In vorteilhafter Weiterbildung umfassen die Tiefe a1 der ersten Nutflanke der ersten Nut und die Tiefe a2 der zweiten Nutflanke der zweiten Nut einen Wertebereich, welcher in einem Bereich von 2,5 % bis 40 % der Breite e der Doppelnut entspricht, vorzugsweise in einem Bereich von 5 % bis 15 % der Breite e der Doppelnut. Vorteilhafterweise weist die Erhebung der Doppelnut eine Breite d auf, welche in einem Bereich von 5 % bis 25 % der Breite e der Doppelnut liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 15 % bis 20 % der Breite e der Doppelnut. Dadurch kann in konstruktiv einfacher Weise eine optimale Anordnung des Dichtrings in der Doppelnut erzielt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass die Breite d der Erhebung der Doppelnut mindestens gleich groß ist wie die Tiefe a1 der ersten Nutflanke der ersten Nut und die Tiefe a2 der zweiten Nutflanke der zweiten Nut, vorzugsweise ist die Breite d der Erhebung der Doppelnut 1,5- bis 2-fach so groß wie die Tiefe a1 der ersten Nutflanke der ersten Nut oder wie die Tiefe a2 der zweiten Nutflanke der zweiten Nut.
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In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Tiefe a1 der ersten Nutflanke der ersten Nut größer oder gleich der Tiefe a2 der zweiten Nutflanke der zweiten Nut ist. Vorteilhafterweise ist die Breite c1 der ersten Nut größer oder gleich der Breite c2 der zweiten Nut.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der erste Nutgrund einen Öffnungswinkel α1 auf, wobei der Öffnungswinkel α1 größer als 0° und kleiner als 45° ist, vorzugsweise ist der Öffnungswinkel α1 größer als 5° und kleiner als 15°. Vorteilhafterweise weist der zweite Nutgrund einen Öffnungswinkel α2 aufweist, wobei der Öffnungswinkel α2 größer als 0° und kleiner als 45° ist, vorzugsweise ist der Öffnungswinkel α2 größer als 5° und kleiner als 15°. Weiterhin vorteilhaft ist der Öffnungswinkel α1 des ersten Nutgrunds kleiner als der Öffnungswinkel α2 des zweiten Nutgrunds. Dadurch entsteht eine unsymmetrische Belastung der Doppelnut.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Dichtring aus Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt ist. Dadurch kann die Dichtheit des Dichtrings in besonderem Maße gewährleistet werden, da PTFE chemisch inert ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Diese zeigen in:
- 1 ein Längsschnitt eines unteren Teils eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors mit einer Doppelnut und einem darin angeordneten Dichtring, bei der dieser in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeordnet ist,
- 2 ein vergrößerter Ausschnitt des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors im Bereich der Doppelnut im Längsschnitt, wobei nur die rechte Hälfte gezeigt ist.
- 3 ein vergrößerter Ausschnitt des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors im Bereich der Doppelnut mit zwei Dichtringen im Längsschnitt, wobei nur die rechte Hälfte gezeigt ist,
- 4 ein Längsschnitt einer Ausführungsform eines Dichtrings aus der 1 vor und nach seiner Montage in die Doppelnut.
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Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 10 ausschnittsweise in einem unteren Bereich im Längsschnitt. Der Kraftstoffinjektor 10 ist in einer Aufnahmeöffnung 106 in einem Zylinderkopf 100 einer Brennkraftmaschine 1 aufgenommen. Die Aufnahmeöffnung 106 ist stufenförmig ausgebildet und umfasst einen ersten Aufnahmeöffnungsabschnitt 107 und einen zweiten Aufnahmeöffnungsabschnitt 108. Der erste Aufnahmeöffnungsabschnitt 107 und der zweite Aufnahmeöffnungsabschnitt 108 sind zylindrisch ausgebildet und über eine radial umlaufende Stufe 109 bezüglich einer Längsachse 105 miteinander verbunden, wobei der erste Aufnahmeöffnungsabschnitt 107 einen geringeren Durchmesser aufweist als der zweite Aufnahmeöffnungsabschnitt 108. Auf der dem ersten Aufnahmeöffnungsabschnitt 107 zugewandten Seite begrenzt der Zylinderkopf 100 einen Brennraum 101, in welchem ein Kolben 102 in axialer Richtung der Längsachse 105 hubbewegbar ist.
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Der in 1 vereinfacht dargestellte Kraftstoffinjektor 10 weist ein Ventilgehäuse 11 mit einem ersten Ventilgehäuseabschnitt 12 und einem zweiten Ventilgehäuseabschnitt 13 auf. Diese sind einstückig miteinander verbunden.
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Weiterhin sind die beiden Ventilgehäuseabschnitte 12, 13 vorzugsweise zylindrisch ausgebildet, wobei der erste Ventilgehäuseabschnitt 12 im Wesentlichen in dem ersten Aufnahmeöffnungsabschnitt 107 und der zweite Ventilgehäuseabschnitt 13 in dem zweiten Aufnahmeöffnungsabschnitt 108 aufgenommen sind. Der erste Ventilgehäuseabschnitt 12 weist an seinem dem Brennraum 101 zugewandten Ende einen kuppelartigen Bereich 14 auf, welcher in den Brennraum 101 hineinragt. In dem kuppelartigen Bereich 14 sind Düsenöffnungen 18 ausgebildet, über welche flüssiger Kraftstoff in den Brennraum 101 der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt werden kann.
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Für eine dichte Montage des Kraftstoffinjektors 10 in der Aufnahmeöffnung 106 des Zylinderkopfs 100 liegt der Kraftstoffinjektor 10 auf einer auf der radial umlaufenden Stufe 109 der Aufnahmeöffnung 106 angeordneten Düsendichtscheibe 17 auf. Üblicherweise ist der Kraftstoffinjektor 10 in Richtung des Brennraums 101 kraftbeaufschlagt, um so eine optimale Abdichtung zu gewährleisten.
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Zwischen dem ersten Aufnahmeöffnungsabschnitt 107 und dem ersten Ventilgehäuseabschnitt 12 ist ein Radialspalt 24 ausgebildet, in den Verbrennungsgase aus dem Brennraum 101 eintreten und so in dem Brennraum 101 zu Korrosion führen können. Um Beschädigungen beteiligter Komponenten vorzubeugen, ist an einer Außenseite des ersten Ventilgehäuseabschnitts 12 des Kraftstoffinjektors 10 eine Doppelnut 16 mit einem Dichtring 15 angeordnet.
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2 zeigt die 1 im Bereich der Doppelnut 16 im Längsschnitt, wobei nur die rechte Hälfte gezeigt ist. Neben dem ersten Ventilgehäuseabschnitt 12 weist der Kraftstoffinjektor 10 einen Innenraum 6 auf, welcher mit flüssigem Kraftstoff befüllbar ist. Dieser flüssige Kraftstoff kann über die Düsenöffnungen 18 in den Brennraum 101 der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt werden. Das Öffnen und Schließen der Düsenöffnungen 18 erfolgt über eine in dem Kraftstoffinjektor 10 angeordnete Düsennadel 8, welche mittels eines Aktuators hubbewegbar ist.
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Die Doppelnut 16 weist eine Breite e auf und umfasst eine erste Nut 29 und eine zweite Nut 30. Zwischen der ersten Nut 29 und der zweiten Nut 30 ist eine Erhebung 28 angeordnet. Die erste Nut 29 weist einen ersten Nutgrund 35 und die zweite Nut 30 einen zweiten Nutgrund 36 auf, wobei der erste Nutgrund 35 und der zweite Nutgrund 36 konisch ausgebildet sind.
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Die erste Nut 29 weist eine Breite c1 auf und umfasst eine erste Nutflanke 31 mit einer Tiefe a1 und eine zweite Nutflanke 32 mit einer Tiefe b1 , wobei die Tiefe a1 der ersten Nutflanke 31 größer ist als die Tiefe b1 der zweiten Nutflanke 32, vorzugsweise ist die Tiefe a1 der ersten Nutflanke 31 1- bis 2-mal so groß wie die Tiefe b1 der zweiten Nutflanke 32.
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Die zweite Nut 30 weist eine Breite c2 auf und umfasst eine erste Nutflanke 33 mit einer Tiefe b2 und eine zweite Nutflanke 34 mit einer Tiefe a2 , wobei die Tiefe a2 der zweiten Nutflanke 34 größer ist als die Tiefe b2 der ersten Nutflanke 33, vorzugsweise ist die Tiefe a2 der zweiten Nutflanke 34 1- bis 2-mal so groß wie die Tiefe b2 der ersten Nutflanke 33.
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Die Tiefe a1 der ersten Nutflanke 31 der ersten Nut 29 und die Tiefe a2 der zweiten Nutflanke 34 der zweiten Nut 30 umfassen einen Wertebereich, welcher in einem Bereich von 2,5 % bis 40 % der Breite e der Doppelnut 16 entspricht, vorzugsweise in einem Bereich von 5 % bis 15 % der Breite e der Doppelnut 16.
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Weiterhin weist die Erhebung 28 der Doppelnut 16 eine Breite d auf, welche in einem Bereich von 5 % bis 25 % der Breite e der Doppelnut 16 liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 15 % bis 20 % der Breite e der Doppelnut 16.
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Die Breite d der Erhebung 28 der Doppelnut 16 ist mindestens gleich groß wie die Tiefe a1 der ersten Nutflanke 31 der ersten Nut 29 oder die Tiefe a2 der zweiten Nutflanke 34 der zweiten Nut 30, vorzugsweise ist die Breite d der Erhebung 28 der Doppelnut 16 1,5- bis 2-fach so groß wie die Tiefe a1 der ersten Nutflanke 31 der ersten Nut 29 oder wie die Tiefe a2 der zweiten Nutflanke 34 der zweiten Nut 30. Die Tiefe a1 der ersten Nutflanke 31 der ersten Nut 29 ist dabei größer oder gleich der Tiefe a2 der zweiten Nutflanke 34 der zweiten Nut 30. Darüber hinaus ist die Breite c1 der ersten Nut 29 größer oder gleich der Breite c2 der zweiten Nut 30.
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Weiterhin weist der erste Nutgrund 35 einen Öffnungswinkel α1 auf, wobei der Öffnungswinkel α1 größer als 0° und kleiner als 45° ist, vorzugsweise ist der Öffnungswinkel α1 größer als 5° und kleiner als 15°. Der zweite Nutgrund 36 weist ebenfalls einen Öffnungswinkel α2 auf, wobei 0°< α2<45° ist, wobei der Öffnungswinkel α2 größer als 0° und kleiner als 45° ist, vorzugsweise ist der Öffnungswinkel α2 größer als 5° und kleiner als 15°. Dabei ist der Öffnungswinkel α1 des ersten Nutgrunds 35 kleiner als der Öffnungswinkel α2 des zweiten Nutgrunds 36.
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Der Dichtring 15 erstreckt sich in der Doppelnut 16 über die volle Breite e, so dass die Erhebung 28 umschlossen ist. Außerdem ist der Dichtring 15 aus Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt, was sich besonders vorteilhaft auf die Dichtwirkung des Dichtrings 15 auswirkt, da PTFE ein chemisch inertes Material ist. Zusätzlich kann der Dichtring 15 mit einem Füllmaterial ausgestattet sein. Dadurch kann eine gezielte Temperaturableitung in den Zylinderkopf 100 durch beispielsweise leitfähiges Füllmaterial erzielt werden.
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Der Dichtring 15 kann auch mehrteilig ausgebildet sein, so wie es in 3 gezeigt ist. Dabei sind ein erstes Dichtringelement 150 in der ersten Nut 29 und ein zweites Dichtringelement 151 in der zweiten Nut 30 angeordnet. Die Erhebung 28 der Doppelnut 16 ist hier nicht von einem Dichtelement umgeben. Das erste Dichtringelement 150 und das zweite Dichtringelement 151 sind vorteilhafterweise ebenfalls wie in 2 aus PTFE oder einem anderen Kunststoff hergestellt.
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4 zeigt den Dichtring 15 aus der 2. Dieser weist vor der Montage in die Doppelnut 16 des Kraftstoffinjektors 10 einen rechteckigen Querschnitt auf. Nach Einbau in die Doppelnut 16 weist der Dichtring 15 eine Prägung auf und ist an die Geometrie der Doppelnut 16 angepasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10112143 A1 [0002, 0003]
