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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Dichtelement zur Anordnung eines Kraftstoffinjektors in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2015 212 096 A1 der Anmelderin ist ein zweiteilig ausgebildetes Dichtelement zur Anordnung eines Kraftstoffinjektors in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, das einen Dichtring aufweist, der von einem spanlos verformten Blechstreifen radial umgeben ist. Der Blechstreifen weist in einem in Richtung einer Längsachse des Dichtelements betrachtet mittleren Bereich eine radial umlaufende Sicke auf, die es ermöglicht, durch eine Verformung des Blechstreifens im Bereich der Sicke in Richtung der Längsachse das Dichtelement für axial unterschiedlich lang ausgebildete Kraftstoffinjektoren verwenden zu können.
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Aus der
DE 10 2009 000 285 A1 der Anmelderin sind weitere, aus einer Dichtscheibe und einem gegenüber der Dichtscheibe aus einem weicheren Material bestehenden Dichtring ausgebildete Dichtelemente bekannt, wobei die aus dem weichen Material bestehenden Dichtelemente im Querschnitt beispielsweise in etwa halbkreisförmig oder aber mit einer radial in Richtung einer Längsachse abragenden, stegförmigen Erhebung ausgestattet ist.
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Zuletzt ist aus der
AT 174505 B bekannt, im Bereich einer Zylinderbüchse, die in einem Zylinderkopf angeordnet ist, Dichtelemente zu verwenden, die an einer in Längsrichtung ausgebildeten Stirnseite zwei beabstandet zueinander ausgebildete und radial um eine Längsachse umlaufende Erhebungen aufweisen, sodass zwischen den beiden Erhebungen eine nutförmige Aussparung ausgebildet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Dichtelement zur Anordnung eines Kraftstoffinjektors in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie mit einem steigenden, abzudichtenden Druck im Brennraum eine erhöhte Dichtungswirkung aufweist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass das erfindungsgemäße Dichtelement den Vorteil aufweist, dass sich die Dichtwirkung des Dichtelements adaptiv bzw. selbstständig an den jeweiligen Anwendungsfall anpasst. Dies ermöglicht es insbesondere, bei der Montage des Dichtelements relativ geringe Flächenpressungen bzw. Verformungskräfte auf das Dichtelement auszuüben, die sich u.a. vorteilhaft bezüglich der Lebensdauer des Dichtelements auswirken. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den in dem Brennraum herrschenden Druck so auf das Dichtelement einwirken zu lassen, dass eine druckabhängige Verformung des Dichtelements mit gleichzeitiger Erhöhung der Dichtwirkung bzw. Flächenpressung zu den abzudichtenden Flächen erzielbar ist.
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Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen schlägt es daher die Erfindung vor, ein Dichtelement derart auszubilden, dass dieses eine konzentrisch zu einer Längsachse angeordnete Durchgangsöffnung zum Durchführen eines dem Brennraum zugewandten Abschnitts des Kraftstoffinjektors aufweist sowie eine radial um die Längsachse umlaufende, nutförmige Aussparung, die von der die Durchgangsöffnung begrenzenden Innenwand des Dichtelements ausgeht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Dichtelements sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Die Unteransprüche betreffen konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltungen des Dichtelements, die je nach Anwendungsfall vorteilhafte Auswirkungen mit Blick auf die Dichtwirkung, die Lebensdauer und/oder die Montage des Dichtelements ermöglichen.
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Bevorzugt weist das Dichtelement - mit Ausnahme des Bereichs der Aussparung - einen zumindest nahezu kontanten Innendurchmesser im Bereich der Durchgangsöffnung auf. Besonders bevorzugt ist es, wenn eine einzige Aussparung vorhanden ist, die symmetrisch zu einer senkrecht zur Längsachse verlaufenden Mittel- bzw. Symmetrieebene des Dichtelements ausgebildet ist. Dadurch werden an den beiden gegenüberliegend angeordneten Stirnflächen des Dichtelements zumindest nahezu die gleichen Flächenpressungen in radialer Richtung erzielt.
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Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die Höhe der Aussparung in einer parallel zur Längsachse verlaufenden Richtung in radialer Richtung abnimmt. Hierbei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Höhe in Richtung eines Nutgrunds zumindest näherungsweise linear abnimmt.
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Insbesondere beispielsweise aus Fertigungsgründen oder zur Verringerung der Kerbwirkung ist es dabei von Vorteil, wenn der Nutgrund eben ausgebildet ist.
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Alternativ hierzu kann es zur Optimierung der Dichtwirkung jedoch auch vorgesehen sein, dass die Höhe der Aussparung anhand einer nichtlinearen Funktion abnimmt. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Aussparung eine stetige, knickfreie Kontur aufweist.
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Zur Optimierung der Dichtwirkung kann es darüber hinaus von Vorteil sein, wenn die beiden gegenüberliegend angeordneten Stirnflächen des Dichtelements im Bereich der Aussparung voneinander abragend ausgebildet sind, sodass die Höhe des Dichtelements im Bereich der Durchgangsöffnung ihr Maximum aufweist.
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Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Dichtelement im Bereich der Aussparung elastisch deformierbar ausgebildet ist.
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Hinsichtlich der radialen Erstreckung der Aussparung ist es vorteilhaft, wenn die Nuttiefe der Aussparung in einer senkrecht zur Längsachse verlaufenden Richtung maximal die Hälfte der Breite des Dichtelements beträgt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten des erfindungsgemäßen Dichtelements zur Anordnung eines Kraftstoffinjektors in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt in einem Längsschnitt einen Teilbereich eines Kraftstoffinjektors bei einem Einbau in einer Brennkraftmaschine unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Dichtelements,
- 2 einen Teillängsschnitt des Dichtelements gemäß der 1 und
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und 4 ein gegenüber den 1 und 2 abgewandeltes Dichtelement in einem unverbauten Zustand und in einem Einbauzustand.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist ein Teilbereich eines Zylinderkopfs 2 einer Brennkraftmaschine 4 dargestellt, der eine Aufnahme 6 zur Aufnahme eines Kraftstoffinjektors 1 aufweist. Der Kraftstoffinjektor 1 ragt mit einem Düsenkörper 7 mit seinen Einspritzöffnungen 8 in einen Brennraum 9 der Brennkraftmaschine 4 hinein. Der Kraftstoffinjektor 1 weist darüber hinaus in an sich bekannter Weise eine Düsenspannmutter 3 auf, die den Düsenkörper 7 in axialer Richtung mit dem Injektorgehäuse des Kraftstoffinjektors 1 verspannt.
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Zwischen dem Grund der Aufnahme 6 und der ihr zugewandten Unterseite der Düsenspannmutter 3 ist in ebenfalls an sich bekannter Art und Weise ein Dichtelement 10 angeordnet. Der Kraftstoffinjektor 1 ist unter Zwischenlage des Dichtelements 10 in Richtung einer Längsachse 12 des Kraftstoffinjektors 1 mit einer Axialkraft F, insbesondere durch sogenannte Spannpratzen verspannt, um den Kraftstoffinjektor 1 zum Brennraum 9 hin abzudichten.
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Das Dichtelement 10 besteht beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder einem sonstigen, hitzebeständigen Material. Das Dichtelement 10 weist eine Längsachse 14 auf, die im Einbauzustand des Kraftstoffinjektors 1 mit der Längsachse 12 des Kraftstoffinjektors 1 fluchtet. In dem ringförmigen Dichtelement 10 ist eine Durchgangsöffnung 16 ausgebildet, deren Durchmesser einerseits so groß ist, dass der in den Brennraum 9 hineinragende Abschnitt des Kraftstoffinjektors 1 durch die Durchgangsöffnung 16 bei der Montage durchgeführt werden kann, und andererseits ggf. noch ein minimaler Radialspalt 18 zwischen dem Kraftstoffinjektor 1 und der Durchgangsöffnung 16 ausgebildet ist, die beim Betrieb der Brennkraftmaschine 4 einen Zutritt des in dem Brennraum 9 befindlichen, unter Hochdruck stehenden Gases ermöglicht.
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Bei dem in der 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Querschnitt des Dichtelements 10, mit Ausnahme im Bereich einer Aussparung 20, rechteckförmig ausgebildet. Weiterhin weist das Dichtelement 10 eine Breite B und eine Höhe H auf, wobei die Breite B typischerweise größer ist als die Höhe H.
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Das Dichtelement 10 weist eine senkrecht zur Längsachse 14 verlaufende Symmetrieebene 22 auf, die in der halben Höhe H des Dichtelements 10 verläuft. Die von der Innenwand des Dichtelements 10 ausgehende Aussparung 20 ist symmetrisch zur Symmetrieebene 22 ausgebildet. Wie insbesondere anhand der 2 erkennbar ist, geht die Aussparung 20 von der Durchgangsöffnung 16 aus und reicht in etwa bis zur mittleren Breite des Dichtelements 10. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die Nuttiefe der Aussparung 20 maximal B/2 beträgt. Auch erkennt man, dass der Innendurchmesser di des Dichtelements 10 außerhalb der Aussparung 20 zumindest nahezu konstant ist. Weiterhin erkennt man, dass die Höhe h der Aussparung 20 in senkrecht zur Richtung der Längsachse 14 verlaufenden Richtung, d.h. in radialer Richtung, abnimmt. Die beiden gegenüberliegenden, schräg zueinander angeordneten Flächen 23, 24 der Aussparung 20 sind jeweils eben ausgebildet, d.h., dass die Höhe h in radialer Richtung betrachtet linear abnimmt.
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Die beiden Flächen 23, 24 sind mit einem ebenen und senkrecht zur Symmetrieebene 22 bzw. parallel zur Längsachse 14 verlaufenden Nutgrund 25 miteinander verbunden.
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Bei der Montage des Kraftstoffinjektors 1 in der Aufnahme 6 wird der Kraftstoffinjektor 1 mit einer bestimmten bzw. vorgegebenen Axialkraft F beaufschlagt, die bereits eine bestimmte Abdichtung des Kraftstoffinjektors 1 zum Brennraum 9 mittels des Dichtelements 10 ermöglicht. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine herrscht in dem Brennraum 10 ein variabler Druck pi. Insbesondere wirkt dieser Druck pi über den Radialspalt 18 auch in dem Bereich der Aussparung 20 senkrecht auf die Flächen 23 und 24, was durch die Pfeile 26 verdeutlicht sein soll. Darüber hinaus sind an den beiden gegenüberliegenden, ebenen Stirnflächen 28, 29 des Dichtelements 10 Druckpfeile P dargestellt, die den Druckverlauf an den beiden Stirnflächen 28, 29 des Dichtelements 10 in radialer Richtung widerspiegeln. Insbesondere erkennt man, dass dort, wo die Höhe h der Aussparung 20 am größten ist, d.h. unmittelbar im Bereich der Durchgangsöffnung 16, durch die dort reduzierte Wandstärke des Dichtelements 10 eine stärkere Verformung des Dichtelements 10 auftritt als in den radial weiter ausliegenden Bereichen der Aussparung 20. Die Verformung erfolgt aufgrund des in dem Brennraum 9 herrschenden Drucks pi, der zu einer Erhöhung der Flächenpressung in den radial inneren Bereichen des Dichtelements 10 und somit zu einer verbesserten, brenndruckabhängigen Abdichtwirkung des Dichtelements 10 führt.
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In den 3 und 4 ist ein Dichtelement 10a dargestellt, das sich von dem Dichtelement 10 zum einen dadurch unterscheidet, dass in unbelastetem bzw. unverspanntem Zustand des Dichtelements 10a (3) die beiden gegenüberliegenden ebenen Stirnflächen 28a, 29a des Dichtelements 10a im Bereich der Aussparung 20a voneinander weg ragen. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass das Dichtelement 10a an seinen gegenüberliegenden Stirnflächen 28a, 29a nicht eben ausgebildet ist. Lediglich in dem radialen Bereich, in dem keine Aussparung 20a vorgesehen ist, weist das Dichtelement 10a vorzugsweise eine konstante Höhe H auf. Ferner erkennt man, dass die Aussparung 20a eine stetige, knickfreie Kontur 30 aufweist, die durch einen nichtlinearen Funktionsverlauf beschrieben werden kann.
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In der 4 ist der Einbauzustand des Dichtelements 10a in der Brennkraftmaschine 4 dargestellt. Insbesondere erkennt man, dass durch die Axialkraft F die beiden Stirnflächen 28a, 29a vollständig parallel zueinander angeordnet sind, während gleichzeitig der innerhalb der Aussparung 20a herrschende Druck pi zu einer Erhöhung der Flächenpressung in dem radial inneren Bereich des Dichtelements 10a führt, was durch Pfeile 25a und die Druckpfeile P verdeutlicht sein soll.
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Das soweit beschriebene Dichtelement 10, 10a kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015212096 A1 [0002]
- DE 102009000285 A1 [0003]
- AT 174505 B [0004]
