-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor zum Einbringen eines Fluids und insbesondere einen Kraftstoffinjektor.
-
Injektoren zum Einbringen von Fluiden sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Beim Einbau der Injektoren beispielsweise in einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, sind zur Abdichtung des Einbauraums am äußeren Umfang des Injektors Dichtringe vorgesehen. Die Dichtringe am Außenumfang des Injektors sind im Stand der Technik am Ventilgehäuse mit einem Abstand zu einem Injektorende angeordnet, um insbesondere weniger den hohen Temperaturen im Brennraum ausgesetzt zu sein. Der Dichtring am Außenumfang des Ventilgehäuses hat ferner auch die Aufgabe, den Injektor in der Bohrung zu lagern. Durch zunehmend engeren Bauraum in den Brennkraftmaschinen werden jedoch auch derartige Bohrungen, beispielsweise Zylinderkopfbohrungen, stetig kleiner. Hierdurch wird jedoch ein Spiel zwischen einem Außendurchmesser des Injektors und der Bohrung reduziert. Es wurde nun festgestellt, dass unter Verkettung bestimmter Umstände es zu einem Kontakt zwischen einem äußersten Injektorende und der Bohrung kommen kann. Dies würde zu einer Querkraft auf den Injektor führen, wodurch Beschädigungen des Injektors nicht mehr ausgeschlossen werden können.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Der erfindungsgemäße Injektor zum Einbringen eines Fluids mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine maximale radiale Auslenkung so beschränkt werden kann, dass sicher kein Kontakt zwischen einem Injektorende und einer Bohrungswand möglich ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Injektor ein mittels eines Aktors betätigbares Schließelement aufweist, welches in einem rohrförmigen Ventilgehäuse angeordnet ist. Ferner umfasst der Injektor einen mit dem Ventilgehäuse verbundenen Ventilsitz, in welchem wenigstens eine Einspritzöffnung und ein Dichtsitz vorgesehen sind. Das Schließelement gibt dabei die Einspritzöffnung durch Freigeben und Verschließen am Dichtsitz frei bzw. verschließt diese. Ferner ist ein erster Dichtring vorgesehen, welcher an einer Außenseite des Ventilsitzes angeordnet ist. Da der Ventilsitz ein erstes Injektorende des Injektors in Axialrichtung X-X definiert, führt eine mögliche radiale Auslenkung, beispielsweise an einem Rail, an welchem der Injektor fixiert ist, nur zu einer minimalen radialen Auslenkung des ersten Injektorendes. Diese Auslenkung ist geringer als ein Abstand zwischen dem ersten Injektorende und einer Bohrungswand z.B. eines Zylinderkopfes, sodass ein Kontakt zwischen der Bohrungswand und dem Injektor auch bei einer großen Auslenkung am Rail bzw. am zweiten Injektorende in Axialrichtung vermieden werden kann.
-
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Weiter bevorzugt umfasst der Injektor ferner einen zweiten Dichtring, wobei der zweite Dichtring an einem zweiten Injektorende angeordnet ist. Dadurch kann der Injektor sicher an zwei Punkten, welche möglichst weit auseinanderliegen, gelagert werden.
-
Weiter bevorzugt weist der Ventilsitz an einem Außenumfang eine umlaufende Nut auf, in welcher der erste Dichtring angeordnet ist. Dadurch ist ein sicherer Halt des ersten Dichtrings am Ventilsitz gegeben. Auch wird dadurch die Gefahr einer Fehlmontage des Dichtrings an den Ventilsitz vermindert. Ferner kann der Injektor sicher in der Bohrung gelagert werden.
-
Besonders bevorzugt weist die Nut in einer Axialrichtung X-X des Injektors an der zum ersten Injektorende gerichteten Seite einen radial nach außen vorstehenden ersten Flansch auf und/oder die Nut weist in einer Axialrichtung X-X des Injektors an der vom ersten Injektorende abgewandten Seite einen radial nach außen vorstehenden zweiten Flansch auf. Dadurch wird der erste Dichtring zwischen dem ersten und zweiten Flansch, welche von einem Außenumfang des Ventilsitzes vorstehen, zusätzlich gesichert.
-
Weiter bevorzugt ist zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilgehäuse eine Schweißverbindung ausgebildet. Durch die Anordnung des ersten Dichtrings am Ventilsitz wird im Betrieb, in welchem heiße Brennraumgase auf den Injektor wirken, die Schweißverbindung zusätzlich durch den ersten Dichtring geschützt und ist nicht mehr direkt den heißen Brennraumgasen und korrosiven Medien ausgesetzt.
-
Vorzugsweise weist der Ventilsitz am Außenumfang einer zylindrischen Verlängerung an einem vom Brennraum abgewandten Ende des Ventilsitzes einen radial nach innen gerichteten ersten Rücksprung auf. Der Dichtring ist dabei am ersten Rücksprung angeordnet. Der Rücksprung bietet dabei einen verbesserten Schutz für den Dichtring vor den heißen Brennraumgasen. Eine Tiefe des ersten Rücksprungs ist vorzugsweise größer als eine halbe Dicke des Dichtrings.
-
Besonders bevorzugt ist am ersten Rücksprung die Schweißverbindung zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilgehäuse angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass der Dichtring auch die Schweißverbindung vor den heißen Abgasen schützt, so dass insbesondere eine Korrosion an der Schweißverbindung sicher vermieden werden kann.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Ventilgehäuse an einem Außenumfang an einem zum Brennraum gerichteten Ende einen radial nach innen gerichteten zweiten Rücksprung auf. Der Dichtring ist dabei am zweiten Rücksprung des Ventilgehäuses angeordnet.
-
Weiter bevorzugt ist am zweiten Rücksprung des Ventilgehäuses die Schweißverbindung zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilgehäuse angeordnet. Der Dichtring ist dabei bevorzugt in überdeckender Weise über der Schweißverbindung angeordnet. Somit überdeckt der Dichtring die Schweißverbindung, so dass diese vor den heißen Brennraumgasen und insbesondere vor Korrosion geschützt ist.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Ventilsitz am Außenumfang der zylindrischen Verlängerung an einem vom Brennraum abgewandten Ende den radial nach innen gerichteten ersten Rücksprung auf und das Ventilgehäuse weist zum einen den zweiten Rücksprung am Außenumfang auf und zum anderen am Innenumfang an dem zum Brennraum gerichteten Ende einen dritten Rücksprung auf. Die Schweißverbindung ist dabei im Bereich des ersten, zweiten und dritten Rücksprungs angeordnet. Der Dichtring überdeckt vorzugsweise die Schweißverbindung. Hierdurch wird ein besonders kompakter Aufbau der Verbindung zwischen Ventilsitz und Ventilgehäuse erreicht.
-
Weiter bevorzugt ist eine Mitte des ersten Dichtrings in Axialrichtung X-X derart angeordnet, dass die Mitte des ersten Dichtrings mit einer Mitte des Ventilsitzes in Axialrichtung X-X zusammenfallen. Dadurch ist der Dichtring zentrisch am Ventilsitz angeordnet und kann eine sichere Lagerung des Injektors in einer Bohrung bereitstellen.
-
Weiter bevorzugt ist eine Breite B des ersten Dichtrings in Axialrichtung größer oder gleich wie ein erster, zum ersten Injektorende gerichteter Überstand A des Ventilsitzes. Insbesondere ist dabei die Ungleichung B/2 ≥ A erfüllt. Das heißt, der erste Überstand A ist maximal so lang wie die Hälfte der Breite B des ersten Dichtrings.
-
Der erste Dichtring ist vorzugsweise ein Flachdichtring mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Weiter bevorzugt weist der erste Dichtring vorzugsweise eine erste Fase und/oder eine zweite Fase an den radial nach außen gerichteten Bereichen auf. Dadurch wird eine Montage des Injektors in der Bohrung deutlich vereinfacht.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Injektor ferner einen dritten Dichtring, welcher in Axialrichtung X-X zwischen dem ersten und zweiten Dichtring angeordnet ist.
-
Weiter bevorzugt teilt eine Mitte des ersten Dichtrings in Axialrichtung X-X des Injektors eine Länge L von einer Mitte des zweiten Dichtrings bis zum ersten Injektorende in einen ersten Teilbereich T1 und einen zweiten Teilbereich T2, wobei T1 ≤ 0,03 x L ist. Das heißt, die Länge von der Mitte des ersten Dichtrings bis zum ersten Injektorende beträgt maximal 3 % einer Länge L von einer Mitte des zweiten Dichtrings bis zum ersten Injektorende. Dadurch wird sichergestellt, dass auch bei einer großen radialen Auslenkung des Injektors kein Kontakt zwischen dem ersten Injektorende und der Bohrung vorgesehen ist.
-
Der Injektor ist vorzugsweise ein Kraftstoffinjektor. Der Injektor ist dabei besonders bevorzugt in einer Zylinderkopfbohrung angeordnet. Dabei ist die Anordnung des Injektors in der Zylinderkopfbohrung derart, dass das erste Injektorende nicht über das Ende der Zylinderkopfbohrung vorsteht.
-
Figurenliste
-
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines Injektors gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine schematische, vergrößerte Darstellung des Injektors mit dem ersten Injektorende von 1,
- 3 eine schematische Teilschnittansicht des ersten Injektorendes des Injektors von 1,
- 4 eine schematische Teilschnittansicht eines brennraumseitigen Injektorendes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 5 eine schematische Teilschnittansicht eines brennraumseitigen Injektorendes gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 ein Injektor 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
-
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der Injektor 1 ein Kraftstoffinjektor und umfasst einen Aktor 2 sowie ein Schließelement 3 in Form einer Ventilnadel. Ferner umfasst der Injektor 1 ein rohrförmiges Ventilgehäuse 6 und einen Ventilsitz 4. Der Ventilsitz 4 ist an einem ersten Injektorende 11 angeordnet.
-
Wie aus 3 ersichtlich ist, ist zwischen dem Ventilsitz 4 und dem Ventilgehäuse 6 eine Schweißverbindung 7 für eine fluiddichte Verbindung der beiden Bauteile vorgesehen.
-
Der Aktor 2 betätigt in bekannter Weise das Schließelement 3, was in 3 durch den Pfeil C angedeutet ist, welcher einen Öffnungsvorgang des Injektors andeutet.
-
Kraftstoff wird in den Injektor 1 an einem zweiten Injektorende 12 über eine Zuflussöffnung zugeführt, was in 1 durch den Pfeil D angedeutet ist. Die Zuführung des Kraftstoffs erfolgt dabei in Axialrichtung X-X des Injektors 1.
-
Das Bezugszeichen 9 bezeichnet einen elektrischen Anschluss des Injektors.
-
Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, umfasst der Injektor einen ersten Dichtring 5, welcher am Ventilsitz 4 angeordnet ist. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist der erste Dichtring 5 an einem Außenumfang des Ventilsitzes 4 angeordnet. Der Ventilsitz 4 bildet in Axialrichtung X-X des Injektors das erste Injektorende 11.
-
Wie weiter aus den 2 und 3 ersichtlich ist, ist der erste Dichtring 5 ein Flachdichtring. Dabei weist der erste Dichtring 5 eine erste Fase 51 und eine zweite Fase 52 auf. Dadurch wird insbesondere eine Montage des Injektors 1 in einer in einem Zylinderkopf 15 vorgesehenen Zylinderkopfbohrung 16 deutlich vereinfacht. Insbesondere kann ein Verrutschen des ersten Dichtrings 5 während der Montage vermieden werden.
-
Der Ventilsitz 4 weist dabei eine Nut 43 auf, welche am Außenumfang des Ventilsitzes 4 ausgebildet ist und zur Aufnahme des ersten Dichtrings 5 eingerichtet ist. Die Nut 43 wird durch einen ersten Flansch 41 zu einer zum ersten Injektorende 11 gerichteten Seite und einen zweiten Flansch 42 an einer vom ersten Injektorende 11 abgewandten Seite abgegrenzt. Dadurch wird erreicht, dass der erste Dichtring 5 durch den ersten und zweiten Flansch 41, 42 zusätzlich geschützt wird, sodass möglichst wenig Bereiche des ersten Dichtrings 5 direkt den Brennraumgasen aus einem Brennraum 17 ausgesetzt sind.
-
Der Injektor 1 umfasst ferner einen zweiten Dichtring 8, welcher nahe dem zweiten Injektorende 12 angeordnet ist. Es sei angemerkt, dass ggf. auch noch ein dritter Dichtring vorgesehen sein kann, welcher in Axialrichtung X-X zwischen dem ersten Dichtring 5 und dem zweiten Dichtring 8 angeordnet ist.
-
In 1 ist schematisch unterhalb des Injektors 1 noch die mögliche radiale Auslenkung des Injektors, welcher beispielsweise mit einem Rail oder dergleichen verbunden sein kann, dargestellt. Im montierten Zustand bildet eine Mitte 50 des ersten Dichtrings bei einer radialen Auslenkung des Injektors den Drehpunkt, um welchen sich der Injektor drehen kann. Eine Länge L von einer Mitte 80 des zweiten Dichtrings 8 bis zum ersten Injektorende kann dabei bei einer maximalen Auslenkung S1, wie in 1 gezeigt, um den Drehpunkt an der Mitte 50 des ersten Dichtrings 5 so verschwenkt werden, dass die in 1 eingezeichnete Gerade L , welche die radial ausgelenkte Mittelachse des Injektors symbolisiert, erhalten wird. Dabei wird am ersten Injektorende 11 nur eine minimale Auslenkung S2 erhalten.
-
Die Mitte 50 des ersten Dichtrings 5 ist dabei am Injektor 1 derart angeordnet, dass die Länge L in einen ersten Teilbereich T1 und einen zweiten Teilbereich T2 unterteilt wird. Der erste Teilbereich T1 weist dabei in Axialrichtung eine maximale Länge von 0,03 x L auf. Somit weist der zweite Teilbereich T2 eine Länge in Axialrichtung von mindestens 97 % der Länge L auf.
-
Der Ventilsitz 4 umfasst ferner einen Dichtsitz 14, an welchem das Schließelement 3 abdichtet. 3 zeigt den geschlossenen Zustand des Injektors 1.
-
Weiterhin fallen eine Mitte 44 des Ventilsitzes 4 und eine Mitte 50 des ersten Dichtrings 5 zusammen (vgl. 3).
-
Wie weiter aus 3 gezeigt, ist eine Breite B des ersten Dichtrings 5 in Axialrichtung X-X derart gewählt, dass die Breite B größer ist als ein erster, zum ersten Injektorende 11 gerichteter Überstand A des Ventilsitzes 4. Dadurch wird erreicht, dass möglichst wenige Bereiche des Injektors 1 direkt den heißen Brenngasen im Brennraum 17 ausgesetzt sind.
-
Somit kann vermieden werden, dass das erste Injektorende 11 bei einer radialen Auslenkung des Injektors in Kontakt mit der Zylinderkopfbohrung 16 kommt (vgl. 3). Damit können insbesondere Querkräfte auf den Injektor vermieden werden, welche die Robustheit des Injektors beeinträchtigen könnten oder ggf. auch zu Beschädigungen am Injektor führen könnten. Auch wird dadurch vermieden, dass ein Spray 18, welches bei geöffnetem Injektor (Pfeil C in 3) durch eine Einspritzöffnung 40 im Ventilsitz 4 in den Brennraum 17 eingespritzt wird, negativ beeinflusst wird, sodass die vorberechnete Spraygeometrie während des Einspritzvorgangs nicht mehr gegeben ist.
-
Ferner kann sichergestellt werden, dass keine heißen Gase oder Flüssigkeiten oder dergleichen aus dem Brennraum 17 in die Zylinderkopfbohrung 16 und damit ggf. in die Atmosphäre gelangen können. Insbesondere können auch korrosive Angriffe auf die Schweißverbindung 7 zwischen dem Ventilsitz 4 und dem Ventilgehäuse 6 so vermieden werden.
-
4 zeigt ein brennraumseitiges erstes Injektorende 11 eines Injektors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
-
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel die Verbindung zwischen dem Ventilsitz 4 und dem Ventilgehäuse 6 geändert. Wie aus 4 ersichtlich ist, weist der Ventilsitz 4 an einem Außenumfang einer zylindrischen Verlängerung an einem vom Brennraum abgewandten Ende einen radial nach innen gerichteten ersten Rücksprung 31 auf. Der Dichtring 5 ist dabei am ersten Rücksprung 31 angeordnet. Dadurch ist das vom Brennraum abgewandte Ende des Ventilsitzes stufenförmig ausgebildet. Wie aus 4 ersichtlich ist, liegt der Dichtring 5 dabei vollständig mit seiner in Axialrichtung X-X vorhandenen Länge am ersten Rücksprung 31 an. Die Schweißverbindung 7 ist dabei am ersten Rücksprung 31 zwischen dem Ventilsitz 4 und dem Ventilgehäuse 6 ausgebildet. Dabei ist am Ventilgehäuse 6 ein zweiter Rücksprung 32 ausgebildet. Der zweite Rücksprung 32 ist dabei am Innenumfang des Ventilgehäuses 6 radial nach außen ausgebildet. Somit weisen der Ventilsitz 4 und das Ventilgehäuse 6 im Bereich der Schweißverbindung 7 eine reduzierte Dicke auf. Die Schweißverbindung 7 ist dabei am Überlappungsbereich zwischen dem ersten und zweiten Rücksprung 31, 32 ausgebildet. Die sonstige Wandstärke der zylindrischen Verlängerung des Ventilsitzes 4 und des Ventilgehäuses 6 kann dabei gleich gewählt werden, wie in 4 dargestellt. Zwischen dem Ventilsitz 4 und dem Ventilgehäuse 6 ist dabei ein Anschlag ausgebildet.
-
Eine Tiefe des ersten Rücksprungs 31 ist dabei derart, dass die Tiefe mindestens die halbe Dicke des ersten Dichtrings 5 beträgt. Dadurch ist der erste Dichtring 5 zumindest teilweise vor den heißen Brennraumgasen und korrosiven Medien geschützt. Die Schweißverbindung 7 ist dabei aus Sicht des Brennraums 17 nach dem ersten Dichtring 5 angeordnet. Die Schweißverbindung wird somit vom ersten Dichtring 5 vor den heißen Brennraumgasen und korrosiven Medien geschützt. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
-
5 zeigt ein erstes Injektorende 11 eines Injektors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
-
Wie aus 5 ersichtlich ist, ist beim dritten Ausführungsbeispiel die Verbindung zwischen dem Ventilsitz 4 und dem Ventilgehäuse 6 unterschiedlich zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen ausgeführt. Wie im zweiten Ausführungsbeispiel weist der Ventilsitz 4 an einem vom Brennraum abgewandten Ende an einem Außenumfang der zylindrischen Verlängerung den ersten Rücksprung 31 auf. Das Ventilgehäuse 6 weist an einem zum Brennraum gerichteten Ende am Innenumfang den zweiten Rücksprung 32 auf. Ferner weist das Ventilgehäuse 6 an dem zum Brennraum gerichteten Ende an einem Außenumfang auch noch einen dritten Rücksprung 33 auf. Dabei ist ein Anschlag zwischen dem Ventilsitz 4 und dem Ventilgehäuse 6 am ersten Rücksprung 31 vorgesehen (vgl. 5).
-
Wie aus 5 ersichtlich ist, sind die drei Rücksprünge 31, 32, 33 in radialer Richtung im montierten Zustand übereinander angeordnet. Dabei ist die Schweißverbindung 7 zwischen dem Ventilsitz 4 und dem Ventilgehäuse 6 im Bereich der drei Rücksprünge ausgebildet. Der erste Dichtring 5 ist dabei am dritten Rücksprung 33 angeordnet und überdeckt die Schweißverbindung 7 in Radialrichtung. Dadurch ist die Schweißverbindung 7 ebenfalls vor den heißen Brennraumgasen und korrosiven Medien geschützt. Somit ist im Bereich der Überlappung zwischen dem Ventilsitz 4 und dem Ventilgehäuse 6 noch der dritte Rücksprung 33 ausgebildet, so dass auch beim dritten Ausführungsbeispiel eine Wandstärke der zylindrischen Verlängerung des Ventilsitzes 4 und des Ventilgehäuses 6 gleich gewählt werden kann. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
