DE102022209290A1

DE102022209290A1 - Einspritzventil für Kraftstoffe, Zylinderkopf mit Einspritzventil, Verfahren zum Einbauen eines Einspritzventils in einen Zylinderkopf sowie Verwendung einer zylindrischen Aufnahme eines Zylinderkopfs als Außenhülle eines Einspritzventils

Info

Publication number: DE102022209290A1
Application number: DE102022209290.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Graspeuntner; Walter Walkner; Martin Rainer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-09-07
Filing date: 2022-09-07
Publication date: 2024-03-07
Also published as: WO2024052252A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil (1) für Kraftstoffe, insbesondere für flüssige Kraftstoffe, wie beispielsweise Methanol, und/oder für gasförmige Kraftstoffe, wie beispielsweise Erdgas oder Wasserstoff, zum Einbauen in eine zylindrische Aufnahme (7) eines Zylinderkopfs (6), wobei das Einspritzventil (1) ein Körperbauteil (4) mit einer außenumfangseitigen Rücksetzung (3) aufweist, die nach dem Einbau des Einspritzventils (1) zusammen mit der zylindrischen Aufnahme (7) des Zylinderkopfs (6) einen als Ringraum ausgeführten Zulaufpfad (2) für einen Kraftstoff ausbildet.
Die Erfindung betrifft ferner einen Zylinderkopf (6) mit einem erfindungsgemäßen Einspritzventil (1), ein Verfahren zum Einbauen eines erfindungsgemäßen Einspritzventils (1) in einen Zylinderkopf (6) sowie eine Verwendung einer zylindrischen Aufnahme (7) eines Zylinderkopfs (6) als Außenhülle eines Einspritzventils (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil für Kraftstoffe, insbesondere für flüssige Kraftstoffe, wie beispielsweise Methanol, und/oder für gasförmige Kraftstoffe, wie beispielsweise Erdgas oder Wasserstoff. Mit Hilfe des Einspritzventils können die Kraftstoffe in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Das Einspritzventil wird hierzu in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingebaut.
Die Erfindung betrifft daher ferner einen Zylinderkopf mit einem erfindungsgemäßen Einspritzventil, das in eine zylindrische Aufnahme des Zylinderkopfs eingesetzt ist. Darüber hinaus werden ein Verfahren zum Einbauen eines Einspritzventils in einen Zylinderkopf sowie eine Verwendung einer zylindrischen Aufnahme eines Zylinderkopfs als Außenhülle eines Einspritzventils vorgeschlagen.
Stand der Technik
Im Stand der Technik werden Einspritzventile für flüssige und/oder gasförmige Kraftstoffe in den verschiedensten Ausführungsformen beschrieben. Sie umfassen in der Regel einen Düsenkörper sowie eine im Düsenkörper hubbeweglich aufgenommene Düsennadel, über deren Hubbewegungen mindestens eine im Düsenkörper ausgebildete Einspritzöffnung steuerbar ist. Der Kraftstoff gelangt zu der mindestens einen Einspritzöffnung über einen internen Zulaufkanal, der sich in der Regel nicht nur über den Düsenkörper, sondern auch über einen axial an den Düsenkörper angesetzten und über eine Düsenspannmutter mit dem Düsenkörper verbundenen Haltekörper des Einspritzventils erstreckt. Neben einem Düsenkörper und einem Haltekörper kann das Einspritzventil weitere Körperbauteile aufweisen, die mittels der Düsenspannmutter miteinander verspannt sind.
Zum Einspritzen alternativer Kraftstoffe, insbesondere flüssiger Kraftstoffe, wie beispielsweise Methanol, und/oder gasförmiger Kraftstoffe, wie beispielsweise Erdgas oder Wasserstoff, werden aufgrund eines in der Regel geringeren Zulaufdrucks und/oder einer geringeren Energiedichte des Kraftstoffs große Zulaufquerschnitte benötigt, da andernfalls nicht der erforderliche Durchsatz von Kraftstoff realisierbar ist. Größere Zulaufquerschnitte erfordern in der Regel größere Außendurchmesser, was sich negativ auf den Bauraumbedarf des Einspritzventils auswirkt.
Die vorliegende Erfindung ist mit der Aufgabe befasst, ein Einspritzventil für Kraftstoffe, insbesondere für alternative Kraftstoffe, derart weiterzubilden, dass bei möglichst unverändertem Bauraumbedarf ein größerer Zulaufquerschnitt für den jeweiligen Kraftstoff geschaffen wird.
Zur Lösung der Aufgabe werden das Einspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1, der Zylinderkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 5 sowie das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Darüber hinaus wird die Verwendung einer zylindrischen Aufnahme eines Zylinderkopfs als Außenhülle eines Einspritzventils vorgeschlagen.
Offenbarung der Erfindung
Das für Kraftstoffe, insbesondere für flüssige Kraftstoffe, wie beispielsweise Methanol, und/oder für gasförmige Kraftstoffe, wie beispielsweise Erdgas oder Wasserstoff, vorgeschlagene Einspritzventil ist für den Einbau in eine zylindrische Aufnahme eines Zylinderkopfs bestimmt. Das Einspritzventil weist ein Körperbauteil mit einer außenumfangseitigen Rücksetzung auf, die nach dem Einbau des Einspritzventils zusammen mit der zylindrischen Aufnahme des Zylinderkopfs einen als Ringraum ausgeführten Zulaufpfad für einen Kraftstoff ausbildet.
Bei dem vorgeschlagenen Einspritzventil dient die zylindrische Aufnahme des Zylinderkopfs als Außenhülle des Einspritzventils. Bis zum Einbau des Einspritzventils in die zylindrische Aufnahme des Zylinderkopfs ist demnach der Zulaufpfad im Bereich der außenumfangseitigen Rücksetzung des Körperbauteils des Einspritzventils nicht durch eine Außenhülle umschlossen, da eine solche fehlt. Der Wegfall der Außenhülle ermöglicht eine Vergrößerung des Zulaufquerschnitts des Zulaufpfads bei gleichbleibendem Außendurchmesser des Einspritzventils, so dass der Bauraumbedarf des Einspritzventils unverändert bleibt.
Nach dem Einbau des Einspritzventils in die zylindrische Aufnahme des Zylinderkopfs bilden die Aufnahme und die außenumfangseitige Rücksetzung des Körperbauteils des Einspritzventils einen als Ringraum ausgeführten Zulaufpfad aus. Die Ausbildung des Zulaufpfads als Ringraum, zudem als außenliegender Ringraum, der sich bis an den Außendurchmesser des Einspritzventils erstreckt, ermöglicht eine Maximierung des Zulaufquerschnitts.
Das vorgeschlagene Einspritzventil ist insbesondere zum Einspritzen alternativer Kraftstoffe, wie beispielsweise Methanol, Erdgas oder Wasserstoff, geeignet, denn der vergrößerte Zulaufquerschnitt des Zulaufpfads vermag den geringeren Zulaufdruck und/oder die geringere Energiedichte derartiger Kraftstoffe zu kompensieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Zulaufpfad stromaufwärts und stromabwärts der außenumfangseitigen Rücksetzung des Körperbauteils als innenliegender Zulaufkanal ausgebildet. Das heißt, dass der Zulaufpfad auch innenliegende Abschnitte aufweist. Über die innenliegenden Abschnitte kann der Kraftstoff in den als Ringraum ausgeführten Abschnitt eingeleitet und wieder ausgeleitet werden, um den Kraftstoff mindestens einer Einspritzöffnung des Einspritzventils zuzuführen.
Ferner bevorzugt ist der Zulaufpfad zumindest abschnittsweise auf mindestens zwei im Wesentlichen parallel geführte Pfade aufgeteilt. Durch diese Maßnahme kann der Zulaufquerschnitt weiter vergrößert werden. Vorzugsweise bilden ein innenliegender Zulaufkanal einen ersten Pfad und der Ringraum, der durch die außenumfangseitige Rücksetzung zusammen mit der zylindrischen Aufnahme gebildete wird, einen zweiten Pfad aus. Der innenliegende Zulaufkanal erfährt dann durch den außenliegenden Ringraum eine Erweiterung.
Bevorzugt weist das Einspritzventil mindestens einen außenliegenden Dichtring auf. Mit Hilfe des Dichtrings kann nach dem Einbau des Einspritzventils in die zylindrische Aufnahme des Zylinderkopfs der Zulaufpfad nach außen abgedichtet werden. Vorzugsweise ist beidseits der außenumfangseitigen Rücksetzung des Körperbauteils jeweils mindestens ein Dichtring vorgesehen, so dass später der Ringraum ab beiden Enden abgedichtet ist.
Des Weiteren wird ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einer zylindrischen Aufnahme vorgeschlagen. In die zylindrische Aufnahme ist ein erfindungsgemäßes Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingesetzt, so dass die zylindrische Aufnahme und das die außenumfangseitige Rücksetzung aufweisende Körperbauteil des Einspritzventils zusammen den als Ringraum ausgeführten Zulaufpfad ausbilden. Der Zulaufpfad wird demnach radial außen durch die zylindrische Aufnahme des Zylinderkopfs begrenzt, so dass die zylindrische Aufnahme die fehlende Außenhülle des Einspritzventils ersetzt. Der Zulaufpfad ist demnach allseitig umschlossen und kann mit Kraftstoff beaufschlagt werden.
Bevorzugt wird die zylindrische Aufnahme durch eine in den Zylinderkopf integrierte Wasserhülse ausgebildet, die den als Ringraum ausgeführten Zulaufpfad von einem im Zylinderkopf ausgebildeten Kühlwasserkanal trennt. Die Aufgabe einer in den Zylinderkopf integrierten Wasserhülse besteht üblicherweise darin, den im Zylinderkopf ausgebildeten Kühlwasserkanal gegenüber dem Brennraum abzudichten. Das über den Kühlwasserkanal geführte Kühlwasser wird zur Kühlung des Einspritzventils benötigt. Bei einem erfindungsgemäßen Zylinderkopf besitzt die Wasserhülse eine weitere Aufgabe. Diese besteht darin, die fehlende Außenhülle des Einspritzventils zu ersetzen. Der dadurch gewonnene Raum im Einspritzventil wird als Zulaufquerschnitt genutzt.
Im Betrieb des Einspritzventils wird demnach die Wasserhülse einerseits von Kraftstoff, andererseits von Kühlwasser beaufschlagt. Entsprechend steigen die Dichtheitsanforderungen bzw. die Anforderungen an eine zuverlässige Medientrennung.
Als weiterbildende Maßnahme wird daher vorgeschlagen, dass zwischen der Wasserhülse und dem Zylinderkopf mindestens ein Dichtring angeordnet ist. Der mindestens eine Dichtring dichtet den Kühlwasserkanal nach außen sowie zum Brennraum hin ab. Zur Abdichtung des als Ringraum ausgeführten Zulaufpfads kann mindestens ein au-ßenliegender Dichtring des Einspritzventils verwendet werden, der unter einer radialen Vorspannung an der Wasserhülse des Zylinderkopfs anliegt. Bevorzugt weist das Einspritzventil mindestens zwei außenliegende Dichtringe auf, die beidseits des Ringraums angeordnet sind. Auf diese Weise kann zugleich eine sichere Medientrennung bewirkt werden.
Bei dem ferner vorgeschlagenen Verfahren zum Einbauen eines erfindungsgemäßen Einspritzventils in einen Zylinderkopf, wird das Einspritzventil in eine zylindrische Aufnahme des Zylinderkopfs eingesetzt, so dass die zylindrische Aufnahme und das die außenumfangseitige Rücksetzung aufweisende Körperbauteil des Einspritzventils zusammen den als Ringraum ausgeführten Zulaufpad ausbilden. Bei entsprechendem Einbau des Einspritzventils in den Zylinderkopf ersetzt die zylindrische Aufnahme des Zylinderkopfs die fehlende Außenhülle des Einspritzventils. Der Wegfall der Außenhülle und die Ausbildung des Zulaufpfads als Ringraum ermöglicht große Zulaufquerschnitte bei unverändertem Bauraumbedarf des Einspritzventils.
Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass zur Ausbildung der zylindrischen Aufnahme und zu Abdichtung eines im Zylinderkopf ausgebildeten Kühlwasserkanals vor dem Einbau des Einspritzventils eine Wasserhülse in den Zylinderkopf eingesetzt wird. Nach dem Einbau des Einspritzventils trennt die Wasserhülse den als Ringraum ausgeführten Zulaufpfad vom Kühlwasserkanal. Die Wasserhülse dient somit zugleich der Trennung der Medien Kühlwasser und Kraftstoff.
Vorteilhafterweise wird zwischen dem Einspritzventil und der zylindrischen Aufnahme des Zylinderkopfs bzw. der die zylindrische Aufnahme ausbildenden Wasserhülse mindestens ein Dichtring angeordnet. Mit Hilfe des mindestens einen Dichtrings kann eine Abdichtung des als Ringraum ausgeführten Zulaufpfads bewirkt werden, so dass die Dichtheit des Einspritzventils gewährleistet ist. Vorzugsweise wird beidseits des Ringraums jeweils mindestens ein Dichtring angeordnet.
Darüber hinaus wird eine Verwendung einer zylindrischen Aufnahme eines Zylinderkopfs, die vorzugsweise durch eine in den Zylinderkopf integrierte Wasserhülse gebildet wird, als Außenhülle eines in den Zylinderkopf eingesetzten erfindungsgemäßen Einspritzventils vorgeschlagen. Die dem erfindungsgemäßen Einspritzventil fehlende Außenhülle wird dann durch die zylindrische Aufnahme des Zylinderkopfs bzw. die in den Zylinderkopf integrierte Wasserhülse ersetzt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Einspritzventil und
2 einen schematischen Längsschnitt durch das Einspritzventil der 1 mit Darstellung der Kraftstoffführung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der 1 ist ein Einspritzventil 1 für Kraftstoffe zu entnehmen, das in einen Zylinderkopf 6 einer Brennkraftmaschine eingesetzt ist. Im Zylinderkopf 6 ist im Bereich des Einspritzventils 1 ein Kühlwasserkanal 8 ausgebildet, der nach außen durch eine Wasserhülse sowie durch Dichtringe 9 abgedichtet ist, die zwischen der Wasserhülse und dem Zylinderkopf 6 angeordnet sind.
Die Wasserhülse bildet eine zylindrische Aufnahme 7 aus, in die das Einspritzventil 1 eingesetzt ist. Die Wasserhülse ersetzt dabei eine fehlende Außenhülle des Einspritzventils 1. Anstelle einer Außenhülle weist das Einspritzventil 1 ein Körperbauteil 4 mit einer außenumfangseitigen Rücksetzung 3 auf, die zusammen mit der Wasserhülse des Zylinderkopfs 6 einen Ringraum ausbildet. Über den Ringraum führt ein Zulaufpfad 2 des Einspritzventils 1, so dass über den Ringraum mindestens einer Einspritzöffnung (nicht dargestellt) des Einspritzventils 1 Kraftstoff zuführbar ist.
Vor dem Einsetzen des Einspritzventils 1 in die zylindrische Aufnahme 7 des Zylinderkopfs 6 ist der Zulaufpfad 2 nicht allseitig umschlossen. Der Zulaufpfad 2 kann demnach vor dem Einbau des Einspritzventils 1 nicht mit Kraftstoff beaufschlagt werden. Nach dem Einbau des Einspritzventils 1 in den Zylinderkopf 6 dichten die Wasserhülse sowie auf dem Einspritzventil 1 angeordnete Dichtringe 5 den Zulaufpfad 2 nach außen ab.
Der 2 ist das Einspritzventil 1 der 1 während der Beaufschlagung mit Kraftstoff zu entnehmen. Der Zulaufpfad 2 ist zunächst innenliegend geführt und erfährt dann eine Erweiterung über den außenliegenden Ringraum, der durch die außenumfangseitige Rücksetzung 3 des Körperbauteils 4 und die zylindrische Aufnahme 7 in Form der Wasserhülse gebildet wird. An den Ringraum schließt sich ein weiterer Abschnitt des Zulaufpfads 2 an, der wieder nach innen geführt ist, um den Kraftstoff der mindestens einen Einspritzöffnung (nicht dargestellt) des Einspritzventils 1 zuzuführen. Die Strömungsführung des Kraftstoffs ist in der 2 mit Hilfe von Pfeilen dargestellt.
Dadurch, dass der Zulaufpfad 2 für den Kraftstoff bis an den Außendurchmesser des Einspritzventils 1 geführt ist, kann der Zulaufquerschnitt des Zulaufpfads 2 maximiert werden. Auf diese Weise können geringe Zulaufdrücke und/oder geringe Energiedichten alternativer Kraftstoffe kompensiert werden, so dass das Einspritzventil 1 insbesondere zum Einspritzen solcher Kraftstoffe geeignet ist.
Die Begriffe „radial außen“ bzw. „radial innen“ beziehen sich jeweils auf eine Achse A, welche die zentrale Längsachse des Einspritzventils 1 ausbildet. Die außenumfangsseitige Rücksetzung 3 im Körperbauteil 4 erstreckt sich in axialer Richtung, das heißt in einer Richtung parallel zur Achse A. Die beidseits der Rücksetzung 3 angeordneten Dichtringe 5 sind demnach in einem axialen Abstand zueinander angeordnet.

Claims

Einspritzventil (1) für flüssige oder gasförmige Kraftstoffe zum Einbauen in eine zylindrische Aufnahme (7) eines Zylinderkopfs (6), wobei das Einspritzventil (1) ein Körperbauteil (4) mit einer außenumfangseitigen Rücksetzung (3) aufweist, die nach dem Einbau des Einspritzventils (1) zusammen mit der zylindrischen Aufnahme (7) des Zylinderkopfs (6) einen als Ringraum ausgeführten Zulaufpfad (2) für einen Kraftstoff ausbildet.
Einspritzventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufpfad (2) stromaufwärts und stromabwärts der Rücksetzung (3) als innenliegender Zulaufkanal fortgesetzt ist.
Einspritzventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufpfad (2) zumindest abschnittsweise auf mindestens zwei im Wesentlichen parallel geführte Pfade aufgeteilt ist, wobei vorzugsweise ein innenliegender Zulaufkanal einen ersten Pfad und der durch die Rücksetzung (3) zusammen mit der zylindrischen Aufnahme (7) gebildete Ringraum einen zweiten Pfad ausbilden.
Einspritzventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil (1) mindestens einen außenliegenden Dichtring (5) aufweist, wobei vorzugsweise beidseits der Rücksetzung (3) jeweils mindestens ein Dichtring (5) vorgesehen ist.
Einspritzventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff ein flüssiger Kraftstoff, insbesondere Methanol, ist oder ein gasförmiger Kraftstoff, insbesondere Erdgas oder Wasserstoff.
Zylinderkopf (6) für eine Brennkraftmaschine mit einer zylindrischen Aufnahme (7), in die ein Einspritzventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingesetzt ist, so dass die zylindrische Aufnahme (7) und das die außenumfangseitige Rücksetzung (3) aufweisende Körperbauteil (4) des Einspritzventils (1) einen als Ringraum ausgeführten Zulaufpfad (2) ausbilden.
Zylinderkopf (6) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Aufnahme (7) durch eine in den Zylinderkopf (6) integrierte Wasserhülse ausgebildet wird, die den als Ringraum ausgeführten Zulaufpfad (2) von einem im Zylinderkopf (6) ausgebildeten Kühlwasserkanal (8) trennt.
Zylinderkopf (6) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wasserhülse und dem Zylinderkopf (6) mindestens ein Dichtring (9) angeordnet ist.
Verfahren zum Einbauen eines Einspritzventils (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einen Zylinderkopf (6), bei dem das Einspritzventil (1) in eine zylindrische Aufnahme (7) des Zylinderkopfs (6) eingesetzt wird, so dass die zylindrische Aufnahme (7) und das die außenumfangseitige Rücksetzung (3) aufweisende Körperbauteil (4) des Einspritzventils (1) zusammen den als Ringraum ausgeführten Zulaufpfad (2) ausbilden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der zylindrischen Aufnahme (7) und zu Abdichtung eines im Zylinderkopf (6) ausgebildeten Kühlwasserkanals (8) vor dem Einbau des Einspritzventils (1) eine Wasserhülse (7) in den Zylinderkopf (6) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Einspritzventil (1) und der zylindrischen Aufnahme (7) mindestens ein Dichtring (5) angeordnet wird.
Verwendung einer zylindrischen Aufnahme (7) eines Zylinderkopfs (6), die vorzugsweise durch eine in den Zylinderkopf (6) integrierten Wasserhülse gebildet wird, als Außenhülle eines in den Zylinderkopf (6) eingesetzten Einspritzventils (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.