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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffeinspritzvorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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In der 1 ist beispielhaft eine aus dem Stand der Technik bekannte Brennstoffeinspritzvorrichtung gezeigt, bei der an einem in einer Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine eingebauten Brennstoffeinspritzventil ein Dichtring an dessen stromabwärtigen Ende zur Abdichtung gegenüber dem Zylinderkopf vorgesehen ist. Diese Dichtringe bestehen in bekannter Weise aus einem Kunststoff, üblicherweise aus PTFE oder PTFE mit einem oder mehreren Füllstoffen. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung eignet sich besonders für den Einsatz in Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen.
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Aus der
DE 10 2005 019 313 A1 ist bereits ebenfalls eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem in einer Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine eingebauten Brennstoffeinspritzventil bekannt. Bei dieser bekannten Lösung ist vorgesehen, den Dichtring durch einen zwischen Brennraum und Dichtring zusätzlich am Düsenkörper des Brennstoffeinspritzventils angeordneten Abschirmring zu schützen.
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Der Abschirmring ist dabei abströmseitig des Dichtrings zwischen diesem und dem Brennraum angeordnet. Der Abschirmring kann direkt an dem Dichtring in dessen eigener Nut eingelegt sein. Er kann jedoch auch räumlich von dem Dichtring getrennt in einer eigenen Nut angeordnet sein, wodurch ein Wärmeübergang zwischen Abschirmring und Dichtring vermieden werden kann. Der Abschirmring kann dabei kostengünstig aus einem hitzebeständigen Kunststoff oder aus Metall gefertigt sein. Eine weichmetallische Herstellung mit anschließender plastischer Verpressung ist ebenso möglich wie eine Herstellung als elastischer Federring. Da der Abschirmring nicht gasdicht ist, kann er geschlitzt ausgebildet sein, um die Montage zu erleichtern. Der Abschirmring kann jedoch auch verzahnt oder überlappend ausgebildet sein, um einen sicheren Sitz bei einfacher Montierbarkeit zu gewährleisten, damit er sich bei der Montage des Brennstoffeinspritzventils im Zylinderkopf nicht verschiebt.
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Aus der
DE 10 2008 001 489 A1 ist eine weitere Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem in einer Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine eingebauten Brennstoffeinspritzventil bekannt. Auch hier ist der Abschirmring abströmseitig des Dichtrings zwischen diesem und dem Brennraum angeordnet. Der Abschirmring ist dabei räumlich von dem Dichtring getrennt in einer eigenen Nut angeordnet, wodurch ein Wärmeübergang zwischen Abschirmring und Dichtring vermieden werden kann. Er weist einen runden Querschnitt bzw. einen radial außen abgerundeten Querschnitt auf.
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Außerdem ist bereits aus der
DE 100 38 300 A1 bekannt, für eine besonders sichere Abdichtung des Ringspalts zwischen der Aufnahmebohrung und dem Brennstoffeinspritzventil einen Dichtring mit einer teilkugelförmigen Kontaktfläche zum Brennstoffeinspritzventil hin vorzusehen. Hierzu ist aber ein erheblicher Fertigungsaufwand sowohl am Brennstoffeinspritzventil als auch für die besondere Geometrie des Dichtrings nötig.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine besonders einfache und kostengünstige Einrichtung zum Schutz des am stromabwärtigen Ende des Brennstoffeinspritzventils angeordneten Dichtrings geschaffen ist.
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Erfindungsgemäß ist das Brennstoffeinspritzventil mit einem Ventilgehäuse versehen, an dessen Mantelfläche eine Ringnut vorgesehen ist, in der ein Dichtring zur Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils gegenüber einer Wandung der Aufnahmebohrung eingebracht ist, wobei der Dichtring mit einer den Dichtring kammernden und schützenden oberen und unteren Stützscheibe versehen ist.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzvorrichtung möglich.
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In vorteilhafter Weise kammern die beiden Stützscheiben den Dichtring so, dass sie seine Ausdehnungsmöglichkeit in axialer Richtung vollständig begrenzen. Beim Einwirken der Brennraumgase wird das Paket aus oberer Stützscheibe, Dichtring und unterer Stützscheibe in axialer Richtung etwas zusammengedrückt, der Dichtring kann in axialer Richtung in Bezug auf die Stützscheiben aber nicht ausweichen, wobei in idealer Weise aber eine geringfügige Aufweitung bzw. eine Ausdehnung des Dichtrings in radialer Richtung erwirkt wird, so dass die Dichtwirkung des Dichtrings gegenüber der Wandung der Aufnahmebohrung stets in hohem Maße erhalten bleibt. Dies gilt für alle Betriebszustände mit entsprechend sehr unterschiedlichen Temperaturen.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine teilweise dargestellte Brennstoffeinspritzvorrichtung in einer bekannten Ausführung,
- 2 das stromabwärtige Ende des Brennstoffeinspritzventils beim Einbringen in die Aufnahmebohrung im Zylinderkopf,
- 3 das stromabwärtige Ende des Brennstoffeinspritzventils nach dem Einführen in die Aufnahmebohrung im Zylinderkopf,
- 4 einen vergrößerten Ausschnitt IV aus der 3 im Bereich des Dichtrings mit einer schematisch übertriebenen Verformung des Dichtrings bei niedrigen Temperaturen,
- 5 einen vergrößerten Ausschnitt V aus der 3 im Bereich des Dichtrings mit einer schematisch übertriebenen Verformung des Dichtrings bei hohen Temperaturen,
- 6 einen vergrößerten Ausschnitt VI aus der 1 im Bereich des Dichtrings in einer erfindungsgemäß ausgeführten Anordnung und
- 6A und 6B eine schematische Darstellung des Einbringens der unteren Stützscheibe über das stromabwärtige Ende des Brennstoffeinspritzventils.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Zum Verständnis der Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 eine bekannte Ausführungsform einer Brennstoffeinspritzvorrichtung näher beschrieben. In der 1 ist als ein Ausführungsbeispiel ein Ventil in der Form eines Einspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen in einer Seitenansicht dargestellt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist Teil der Brennstoffeinspritzvorrichtung. Mit einem stromabwärtigen Ende ist das Brennstoffeinspritzventil 1, das in Form eines direkt einspritzenden Einspritzventils zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum 25 der Brennkraftmaschine ausgeführt ist, in eine Aufnahmebohrung 20 eines Zylinderkopfes 9 eingebaut. Ein Dichtring 2, insbesondere aus PTFE oder PTFE mit Füllstoffen, sorgt für eine optimale Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils 1 gegenüber der Wandung der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9. Der Dichtring 2 ist in eine Ringnut 16 eingebracht, die das Brennstoffeinspritzventil 1 an der Mantelfläche eines Ventilgehäuses 22 aufweist.
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Zwischen einem Absatz 21 des Ventilgehäuses 22 oder einer unteren Stirnseite 21 eines Abstützelements 19 und einer z.B. rechtwinklig zur Längserstreckung der Aufnahmebohrung 20 verlaufenden Schulter 23 der Aufnahmebohrung 20 ist ein Zwischenelement oder Entkopplungselement 24 eingelegt.
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Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist an seinem zulaufseitigen Ende 3 eine Steckverbindung zu einer Brennstoffverteilerleitung (Fuel Rail) 4 auf, die durch einen Dichtring 5 zwischen einem Anschlussstutzen 6 der Brennstoffverteilerleitung 4, der im Schnitt dargestellt ist, und einem Zulaufstutzen 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 abgedichtet ist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in eine Aufnahmeöffnung 12 des Anschlussstutzens 6 der Brennstoffverteilerleitung 4 eingeschoben. Der Anschlussstutzen 6 geht dabei z.B. einteilig aus der eigentlichen Brennstoffverteilerleitung 4 hervor und besitzt stromaufwärts der Aufnahmeöffnung 12 eine durchmesserkleinere Strömungsöffnung 15, über die die Anströmung des Brennstoffeinspritzventils 1 erfolgt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 verfügt über einen elektrischen Anschlussstecker 8 für die elektrische Kontaktierung zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1.
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Um das Brennstoffeinspritzventil 1 und die Brennstoffverteilerleitung 4 weitgehend radialkraftfrei voneinander zu beabstanden und das Brennstoffeinspritzventil 1 sicher in der Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes niederzuhalten, ist ein Niederhalter 10 zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und dem Anschlussstutzen 6 vorgesehen. Der Niederhalter 10 ist als bügelförmiges Bauteil ausgeführt, z.B. als Stanz-BiegeTeil. Der Niederhalter 10 weist ein teilringförmiges Grundelement 11 auf, von dem aus abgebogen ein Niederhaltebügel 13 verläuft, der an einer stromabwärtigen Endfläche 14 des Anschlussstutzens 6 an der Brennstoffverteilerleitung 4 im eingebauten Zustand anliegt.
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Das Ventilgehäuse 22 das Brennstoffeinspritzventils 1 ist mehrteilig ausgeführt, in 1 jedoch nur schematisch insgesamt dargestellt. An dessen Mantelfläche ist am stromabwärtigen Ende des Brennstoffeinspritzventils 1 eine Ringnut 17 vorgesehen, in der der Dichtring 2 eingebracht ist. Ansonsten verläuft das Ventilgehäuse 22 in diesem stromabwärtigen Endbereich mit einer zylindrischen Mantelfläche, die sich im eingebauten Zustand mit einem weitgehend konstanten Abstand zur Wandung der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 erstreckt. Der Dichtring 2 sorgt durch seine Verpressung zwischen dem Ventilgehäuse 22 und der Wandung der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 dafür, dass ein Austreten der Brennraumgase in die Umgebung verhindert wird. Der Dichtring 2 wird üblicherweise aus einem Kunststoff wie PTFE oder PTFE mit Füllstoffen hergestellt und ist beim Betrieb der Brennkraftmaschine durchgehend dem Einfluss der heißen, komprimierten Brennraumgase von seiner dem Brennraum 25 zugewandten Seite ausgesetzt. Insofern können sich die Dichtringe 2 stark erhitzen, was zu Materialbeeinträchtigungen am Dichtring 2 führen kann, wodurch eine Leckage von Brennraumgasen im Dichtbereich nicht mehr sicher auszuschließen wäre.
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In den 2 und 3 sind das stromabwärtige Ende des Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich des in 1 gekennzeichneten Ausschnitts II, III beim Einbringen in axialer Richtung in die Aufnahmebohrung 20 im Zylinderkopf 9 (2) sowie nach dem Einführen in die Aufnahmebohrung 20 im Zylinderkopf 9 (3) dargestellt. Aufgrund seiner Elastizität kann der Dichtring 2 beim Einschieben des Brennstoffeinspritzventils 1 in die Aufnahmebohrung 20 zur Erlangung der oben bereits erwähnten Verpressung eine gewisse Deformation in radialer und dadurch auch in axialer Richtung erfahren, was in 3 symbolhaft angedeutet ist.
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In diesem Zusammenhang sollen die beiden folgenden Figuren auch nochmals die Verformungsproblematik in Abhängigkeit von Temperatureinflüssen unabhängig von der durch die Presspassung des Dichtrings 2 in der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 beeinflussten Deformation verdeutlichen. Dabei zeigt 4 einen vergrößerten Ausschnitt IV aus der 3 im Bereich des Dichtrings 2 mit einer schematisch übertriebenen Verformung des Dichtrings 2 bei niedrigen Temperaturen. Bei Kälte verliert der Dichtring 2 seine hohe Elastizität und könnte im Extremfall in seiner radialen Außenabmessung so schrumpfen, dass Brennraumgase vom Brennraum 25 kommend am Dichtring 2 vorbei strömen könnten, was durch einen gestrichelten Pfeil angedeutet ist. Im Gegensatz dazu ist in der 5 ein vergrößerter Ausschnitt V aus der 3 im Bereich des Dichtrings 2 mit einer schematisch übertriebenen Verformung des Dichtrings 2 bei hohen Temperaturen dargestellt. Bei sehr hohen Temperaturen besteht die Gefahr, dass der Dichtring 2 eine so hohe Elastizität erfährt, dass im oberen Randbereich des Dichtrings 2 ein Ausweichen des Kunststoffs in den schmalen Spalt zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und der Wandung der Aufnahmebohrung 20 erfolgen könnte, was im Extremfall zu einem unerwünschten Einreißen des Dichtrings 2 und damit zu einer reduzierten Dichtwirkung führen würde.
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Aufgabe der Erfindung ist es, auf besonders einfache konstruktive Art und Weise die Dichtringe 2 noch besser in ihrer Formstabilität und Wirksamkeit und damit vor aggressiven Brennraumgasen zu schützen. Erfindungsgemäß ist deshalb der Dichtring 2 mit einer den Dichtring 2 kammernden oberen und unteren Stützscheibe 17, 18 versehen. 6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt VI aus der 1 im Bereich des Dichtrings 2 in einer erfindungsgemäß ausgeführten Anordnung.
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Da die obere Stützscheibe 17 der großen Wärme und der Wirkung der Brennraumgase auf der dem Brennraum 25 abgewandten Seite des Dichtrings 2 nur geringfügig ausgesetzt ist, muss das Material dieser Stützscheibe 17 nicht zwingend sehr hitzebeständig sein; denkbar ist deshalb als Werkstoff ein Kunststoff, der z.B. mit Glasfasern verstärkt ist. Der Außendurchmesser der oberen Stützscheibe 17 ist geringfügig kleiner gewählt als der Außendurchmesser des Dichtrings 2. Auf diese Weise ist es möglich, dass unter dem Einwirken der heißen Brennraumgase und des von der Brennraumseite von unten über den Dichtring 2 auf die Stützscheibe 17 wirkenden Druck eine geringfügige radiale Ausdehnung der Stützscheibe 17 ermöglicht werden kann.
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Die untere Stützscheibe 18 ist im Gegensatz zur oberen Stützscheibe 17 der großen Wärme und der Wirkung der Brennraumgase von der Seite des Brennraums 25 her unmittelbar ausgesetzt. Diese Stützscheibe 18 soll hitzebeständig bis mindestens 300°C sein und besteht deshalb aus einem entsprechend geeigneten Metallwerkstoff.
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Die beiden Stützscheiben 17, 18 kammern den Dichtring 2 in vorteilhafter Weise, indem sie seine Ausdehnungsmöglichkeit in axialer Richtung vollständig begrenzen. Beim Einwirken der Brennraumgase wird das Paket aus oberer Stützscheibe 17, Dichtring 2 und unterer Stützscheibe 18 in axialer Richtung etwas zusammengedrückt, der Dichtring 2 kann in axialer Richtung in Bezug auf die Stützscheiben 17, 18 aber nicht ausweichen, wobei in idealer Weise aber eine geringfügige Aufweitung bzw. eine Ausdehnung des Dichtrings 2 in radialer Richtung erwirkt wird, so dass die Dichtwirkung des Dichtrings 2 gegenüber der Wandung der Aufnahmebohrung 20 stets in hohem Maße erhalten bleibt. Dies gilt für alle Betriebszustände mit entsprechend sehr unterschiedlichen Temperaturen.
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Die Montage des Dichtrings 2 erfolgt in der Weise, dass zuerst die obere Stützscheibe 17 und direkt darauf nachfolgend der Dichtring 2 selbst in die für den Dichtring 2 vorgesehene Ringnut 16 an der Mantelfläche des Ventilgehäuses 22 eingebracht werden. Auf diese Weise ist die obere Stützscheibe 17 durch den straff in der Ringnut 16 sitzenden Dichtring 2 verliergesichert und in gewisser Weise eingespannt.
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Die unteres Stützscheibe 18 ist z.B. als offener Ring mit Schlitz ausgeführt. Die 6A und 6B verdeutlichen in einer schematischen Darstellung das Einbringen der unteren Stützscheibe 18. Im entspannten Zustand weist die untere Stützscheibe 18 einen größeren Durchmesser auf als den Durchmesser des Ventilgehäuses 22 am stromabwärtigen Ventilende. Insofern kann die Stützscheibe 18 in axialer Richtung vom brennraumseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils 1 her bis zur Ringnut 16 über das Ventilende geschoben werden. Unterhalb des Dichtrings 2 in der Ringnut 16 angekommen, wird die Stützscheibe 18 mittels eines nicht näher gezeigten Werkzeugs in radialer Weise so weit verdrückt, dass die Stützscheibe 18 nicht mehr aus der Ringnut 16 fallen kann, aber trotzdem einen größtmöglichen Außendurchmesser behält, um den Dichtring 2 optimal in der Aufnahmebohrung 20 zu schützen, ohne dass es zu einer Reibung der Stützscheibe 18 an der Wandung der Aufnahmebohrung 20 kommt. Der Schlitz der Stützscheibe 18 wird durch das radiale Verdrücken in seiner Öffnungsweite deutlich reduziert. Die Stützscheibe 18 schützt den Dichtring 2 unmittelbar, da die Stützscheibe 18 durch die von unten wirkenden Brennraumgase mit Kontakt an dem Dichtring 2 anliegt.
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Für den Fall, dass der Innendurchmesser der unteren Stützscheibe 18 größer gewählt ist als der Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 am stromabwärtigen Ventilende kann die Stützscheibe 18 als schmaler Ring ungeschlitzt ausgeführt werden und über das Ventilende in axialer Richtung bis zur Ringnut 16 geschoben werden. Eine Sicherung der Stützscheibe 18 am Dichtring 2 z.B. über Heftpunkte oder andere Verbindungstechniken ist dabei allerdings erforderlich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005019313 A1 [0003]
- DE 102008001489 A1 [0005]
- DE 10038300 A1 [0006]
