DE102017216150A1

DE102017216150A1 - Kraftstoffinjektor

Info

Publication number: DE102017216150A1
Application number: DE102017216150.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Leukart; Kristijan Vonic
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2019-03-14
Also published as: WO2019052719A1

Abstract

Kraftstoffinjektor (10) zum Einbau in eine Aufnahmeöffnung (106) eines Zylinderkopfs (100), insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem Ventilgehäuse (11), in dem ein Innenraum (20) ausgebildet ist. Der Innenraum ist mit flüssigem Kraftstoff befüllbar, wobei an einer Außenseite des Ventilgehäuses (11) eine Nut (16) ausgebildet ist, in der mindestens ein Dichtring (15) zur Abdichtung eines Ringspalts (24) zwischen dem Ventilgehäuse (11) und der Aufnahmeöffnung (106) des Zylinderkopfs (100) angeordnet ist. Weiterhin ist an einer Innenseite des Ventilgehäuses (11) auf derselben Höhe wie die Nut (16) bezüglich einer Längsachse (105) des Kraftstoffinjektors (10) ein festigkeitserhöhender Bereich (4) des Ventilgehäuses (11) ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
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. Der Dichtring dichtet den Kraftstoffinjektor gegen das Brennraumgas im Brennraum ab. Dabei ist der Dichtring außen konisch profiliert.
Der in der DE 101 12 143 A1 beschriebene in der Nut angeordnete 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. Durch die Nut ist die Festigkeit des Ventilgehäuses im Bereich der Nut jedoch vermindert, was je nach Belastung durch den Innendruck zu Verformungen oder sogar zum Bruch des Kraftstoffinjektors führen kann.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Festigkeit des Ventilgehäuses trotz Einbringung einer Nut beibehalten wird.
Dazu weist der Kraftstoffinjektor zum Einbau in eine Aufnahmeöffnung eines Zylinderkopfs ein Ventilgehäuse auf, in dem ein Innenraum ausgebildet ist, der mit flüssigem Kraftstoff befüllbar ist. An einer Außenseite des Ventilgehäuses ist eine Nut ausgebildet, in der mindestens ein Dichtring zur Abdichtung eines Ringspalts zwischen dem Ventilgehäuse und der Aufnahmeöffnung des Zylinderkopfs angeordnet ist. Weiterhin ist an einer Innenseite des Ventilgehäuses auf derselben Höhe wie die Nut bezüglich einer Längsachse des Kraftstoffinjektors ein festigkeitserhöhender Bereich des Ventilgehäuses ausgebildet.
Dadurch kann die geringe Festigkeit des Ventilgehäuses durch die Nut kompensiert werden, so dass Funktionsbeeinträchtigungen minimiert werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
In erster vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Ventilgehäuse einen zylinderförmigen Schaftbereich umfasst, der einen Außendurchmesser d₁ und einen Innendurchmesser d₂ aufweist, wobei das Ventilgehäuse an dem festigkeitserhöhenden Bereich einen Innendurchmesser d₃ aufweist, wobei der Außendurchmesser d₁ größer ist als der Innendurchmesser d₂ und der Innendurchmesser d₂ größer ist als der Innendurchmesser d₃ des festigkeitserhöhenden Bereichs des Ventilgehäuses. Dadurch kann in konstruktiv einfacher Weise die Festigkeit des Ventilgehäuses in dem Schaftbereich vergrößert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass der festigkeitserhöhende Bereich des Schaftbereichs eine Breite a aufweist, wobei die Breite a des festigkeitserhöhenden Bereichs mindestens halb so breit wie eine Breite x der Nut ist, vorzugsweise entspricht die Breite a der 1-facher bis 2-facher Breite x der Nut. Ist die Innenseite des Ventilgehäuses, welche auf derselben Höhe wie die Nut an der Außenseite des Ventilgehäuses angeordnet ist, mit einer Verdickung ausgebildet, so kann die geringe Festigkeit des Ventilgehäuses durch die Nut ausgeglichen werden.
In vorteilhafter Weiterbildung ist die Nut als Doppelnut ausgebildet, die eine erste Nut und eine zweite Nut umfasst, welche eine Erhebung mit einer Breite c begrenzen. Vorteilhafterweise sind die erste Nut und die zweite Nut konisch ausgebildet. So kann eine optimierte Verpressung des Dichtrings in der Doppelnut erfolgen und eine hohe Dichtheit zwischen dem Ventilgehäuse und der Aufnahmeöffnung des Zylinderkopfs gewährleistet werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass zwischen der Mitte der Erhebung der Doppelnut und einer Stirnfläche des Schaftbereichs eine Breite z definiert ist, wobei z mindestens halb so groß wie der Außendurchmesser d₁ des Ventilgehäuses oder gleich groß ist, vorzugsweise entspricht die Breite z dem 0,75-fachen bis 1,5-fachen des Außendurchmessers d₁ des Schaftbereichs. Durch diese Anordnung der Doppelnut kann die Festigkeit des Ventilgehäuses im Schaftbereich optimiert werden.
In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass der festigkeitserhöhende Bereich der Innenseite des Ventilgehäuses durch Schleifen, Hohnen, Kugelstrahlen oder Autofrettage bearbeitet ist. Dadurch kann die Innenseite des Ventilgehäuses so bearbeitet werden, dass diese vorzugsweise eine glatte Oberfläche ausbildet. Weiterhin können durch die genannten Bearbeitungsmethoden Druckeigenspannungen in das Ventilgehäuse eingebracht werden, wodurch eine optimierte Festigkeit des Ventilgehäuses trotz Nut erzielt wird.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Dichtring aus Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt. Vorteilhafterweise umfasst der Dichtring mehrere Dichtringelemente. Dadurch kann die Dichtheit des Dichtrings optimiert werden und durch die Mehrteilung des Dichtrings in einfacher Weise an die konstruktiven Gegebenheiten der Nut angepasst werden.
Diese zeigen in:

1 ein Längsschnitt eines unteren Teils eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors mit einer Nut, bei der dieser in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeordnet ist,
2 ein vergrößerter Ausschnitt des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors im Bereich der Nut im Längsschnitt,
3 ein vergrößerter Ausschnitt des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors im Bereich der Nut im Längsschnitt.

Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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.
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.
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.
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.
Zwischen dem ersten Aufnahmeöffnungsabschnitt 107 und dem ersten Ventilgehäuseabschnitt 12 ist ein Radialspalt 24 ausgebildet, in den Verbrennungsgase aus dem Brennraum 101 eintreten können und so in dem Brennraum 101 zu Korrosion führen kann. Um Beschädigungen beteiligter Komponenten vorzubeugen, ist an einer Außenseite des ersten Ventilgehäuseabschnitts 12 des Kraftstoffinjektors 10 eine Nut 16 mit einem Dichtring 15 angeordnet.
2 zeigt die 1 im Bereich der Nut 16 im Längsschnitt, wobei nur die rechte Hälfte gezeigt ist. Neben dem ersten Ventilgehäuseabschnitt 12 weist der Kraftstoffinjektor 10 einen Innenraum 20 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.
Die Nut 16 ist hier als Doppelnut 16' ausgebildet und weist eine Breite x auf. Sie umfasst eine erste Nut 29 und eine zweite Nut 30, die eine Erhebung 28 mit einer Breite c begrenzen. Die erste Nut 29 oder die zweite Nut 30 oder beide Nuten 29, 30 können konisch ausgebildet sein, wie in einem vergrößertem Ausschnitt im Bereich der Doppelnut 16' in der 3 gezeigt.
Der Dichtring 15 erstreckt sich in der Doppelnut 16' über die volle Breite x, so dass die Erhebung 28 umschlossen ist. Außerdem ist der Dichtring 15 vorzugsweise aus Polyetrafluorethylen (PTFE) hergestellt, was sich besonders vorteilhaft auf die Dichtwirkung des Dichtrings 15 auswirkt. Der Dichtring 15 kann vorteilhafterweise auch mehrteilig ausgebildet sein und mehrere Dichtringelemente umfassen, so dass diese beispielsweise in der ersten Nut 29 und der zweiten Nut 30 angeordnet sind, ohne die Erhebung 28 der Doppelnut 16' zu umgeben. 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.
Das Ventilgehäuse 11 umfasst weiterhin einen zylinderförmigen Schaftbereich 26, der einen Außendurchmesser d₁ und einen Innendurchmesser d₂ aufweist. An der Innenseite des Ventilgehäuses 11 ist auf derselben Höhe wie die Doppelnut 16' bezüglich der Längsachse 105 ein festigkeitserhöhender Bereich 4 des Ventilgehäuses 11 ausgebildet, an dem der Schaftbereich 26 einen Innendurchmesser d₃ aufweist. Vorteilhafterweise ist der Außendurchmesser d₁ größer als der Innendurchmesser d₂ und der Innendurchmesser d₂ größer als der Innendurchmesser d₃ des festigkeitserhöhenden Bereichs 4 des Schaftbereichs 26.
Weiterhin weist der festigkeitserhöhende Bereich 4 des Schaftbereichs 26 eine Breite a auf, die mindestens halb so breit wie die Breite x der Doppelnut 16' ist. Vorteilhafterweise entspricht die Breite a des festigkeitserhöhenden Bereichs 4 der 1-facher bis 2-facher Breite x der Doppelnut 16'.
Zwischen der Mitte der Erhebung 28 der Doppelnut 16' und einer Stirnfläche 5 des Schaftbereichs 26 ist eine Breite z definiert, die mindestens halb so groß wie der Außendurchmesser d₁ des Ventilgehäuses 11 oder gleich groß ist. Vorteilhafterweise entspricht die Breite z dem 0,75-fachen bis 1,5-fachen des Außendurchmessers d₁ des Schaftbereichs 26.
Der festigkeitserhöhende Bereich 4 des Ventilgehäuses 11 weist eine glatte Oberfläche auf. Die Oberflächenbearbeitung zur Erreichung der glatten Oberfläche oder zur Erreichung von Druckeigenspannungen innerhalb des Ventilgehäuses 11 können beispielsweise Verfahren wie Schleifen, Hohnen, Kugelstrahlen oder Autofrettage verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10112143 A1 [0002, 0003]

Claims

Kraftstoffinjektor (10) zum Einbau in eine Aufnahmeöffnung (106) eines Zylinderkopfs (100), insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem Ventilgehäuse (11), in dem ein Innenraum (20) ausgebildet ist, welcher mit flüssigem Kraftstoff befüllbar ist, wobei an einer Außenseite des Ventilgehäuses (11) eine Nut (16) ausgebildet ist, in der mindestens ein Dichtring (15) zur Abdichtung eines Ringspalts (24) zwischen dem Ventilgehäuse (11) und der Aufnahmeöffnung (106) des Zylinderkopfs (100) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Innenseite des Ventilgehäuses (11) auf derselben Höhe wie die Nut (16) bezüglich einer Längsachse (105) des Kraftstoffinjektors (10) ein festigkeitserhöhender Bereich (4) des Ventilgehäuses (11) ausgebildet ist.
Kraftstoffinjektor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (11) einen zylinderförmigen Schaftbereich (26) umfasst, der einen Außendurchmesser d₁ und einen Innendurchmesser d₂ aufweist, wobei der Schaftbereich (26) an dem festigkeitserhöhenden Bereich (4) einen Innendurchmesser d₃ aufweist, wobei der Außendurchmesser d₁ größer ist als der Innendurchmesser d₂ und der Innendurchmesser d₂ größer ist als der Innendurchmesser d₃ des festigkeitserhöhenden Bereichs (4) des Schaftbereichs (26).
Kraftstoffinjektor (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der festigkeitserhöhende Bereich (4) des Schaftbereichs (26) eine Breite a aufweist, wobei die Breite a mindestens halb so breit wie eine Breite x der Nut (16) ist, vorzugsweise entspricht die Breite a des festigkeitserhöhenden Bereichs (4) der 1-facher bis 2-facher Breite x der Nut (16).
Krafstoffinjektor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (16) als Doppelnut (16') ausgebildet ist und eine erste Nut (29) und eine zweite Nut (30) umfasst, welche eine Erhebung (28) mit einer Breite c begrenzen.
Kraftstoffinjektor (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Nut (29) und die zweite Nut (30) konisch ausgebildet sind.
Kraftstoffinjektor (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Mitte der Erhebung (28) der Doppelnut (16) und einer Stirnfläche (5) des Schaftbereichs (26) eine Breite z definiert ist, wobei z mindestens halb so groß wie der Außendurchmesser d₁ des Ventilgehäuses (11) oder gleich groß ist, vorzugsweise entspricht die Breite z dem 0,75-fachen bis 1,5-fachen des Außendurchmessers d₁ des Schaftbereichs (26).
Kraftstoffinjektor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der festigkeitserhöhende Bereich (4) der Innenseite des Ventilgehäuses (11) durch Schleifen, Hohnen, Kugelstrahlen oder Autofrettage bearbeitet ist.
Kraftstoffinjektor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (15) aus Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt ist.
Kraftstoffinjektor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (15) mehrere Dichtringelemente umfasst.