DE10321163B4

DE10321163B4 - Verfahren zum Anbringen eines metallischen Dichtelements an einem Grundkörper eines Brennstoffeinspritzventils, sowie Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10321163B4
Application number: DE10321163.2A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Reiter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2017-01-05
Anticipated expiration: 2023-05-13
Also published as: DE10321163A1

Abstract

Verfahren zum Anbringen eines metallischen Dichtelements (40, 40'), an einem Grundkörper (2) eines Brennstoffeinspritzventils (1), an dessen äußeren Umfang eine umlaufende Ringnut (42) mit einem Nutgrund (44) vorgesehen ist, wobei der Nutgrund (44) einen kleineren Durchmesser besitzt als die Durchmesser des Grundkörpers (2) unmittelbar oberhalb und unterhalb der Ringnut (42) mit den Verfahrensschritten: – Ausbilden eines rohrförmigen metallischen Rohlings (39), der einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der Außendurchmesser des Grundkörpers (2) unmittelbar oberhalb und/oder unterhalb der Ringnut (42), – Aufschieben des metallischen Rohlings (39) bis in den Erstreckungsbereich der Ringnut (42) und – Umformen des metallischen Rohlings (39) zur Bildung des metallischen Dichtelements (40, 40') in die Ringnut (42) hinein, so dass der Innendurchmesser des metallischen Dichtelements (40, 40') kleiner ist als der Außendurchmesser des Grundkörpers (2) unmittelbar oberhalb und unterhalb der Ringnut (42).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Anbringen eines Dichtelements, insbesondere an einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1 sowie von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 8.
Aus der DE 197 35 665 A1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das in eine Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes eingesetzt ist. Am äußeren Umfang des Düsenkörperbereichs des Brennstoffeinspritzventils, der in die Aufnahmebohrung hinein reicht, ist in einer umlaufenden Nut ein Dichtring vorgesehen, der das Brennstoffeinspritzventil gegenüber dem Zylinderkopf und gegenüber dem Brennraum abdichtet. In klassischer Ausführung ist der Dichtring als sogenannter O-Ring ausgebildet. Wie alle am Brennstoffeinspritzventil vorgesehenen Dichtringe ist auch dieser in der Zylinderkopfaufnahmebohrung angeordnete Dichtring aus einem Elastomer-Werkstoff, wie z. B. Gummi oder PTFE o. ä., hergestellt.
Des weiteren ist aus der DE 100 38 300 A1 bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das im gleichen Dichtungsbereich einen Dichtring in einer umlaufenden Nut am Umfang des Düsenkörpers aufweist, der eine von einem O abweichende Querschnittsform hat. Der Dichtring weist eine teilkugelförmige konkave Kontaktfläche zum Nutgrund der Nut am Brennstoffeinspritzventil hin auf, die an dem entsprechend teilkugelförmigen konvexen Nutgrund anliegt.
Die vorgenannten Dichtringe besitzen wegen ihres Herstellungsmaterials aus einem Elastomer eine gewisse Elastizität, die es ermöglicht, bei der Montage des Dichtrings am äußeren Umfang des Brennstoffeinspritzventils diesen aufzuweiten, um ihn in die entsprechende Dichtringnut, die einen kleineren Durchmesser aufweist als den Durchmesser des restlichen Düsenkörpers, einzubringen. Bei der Montage des Dichtrings, insbesondere bei dessen Überdehnung, mit einem entsprechenden Werkzeug ist es jedoch nicht auszuschließen, dass der Dichtring Beschädigungen erleidet, die die Dichtqualität erheblich herabsetzen können.
Bekannt ist aus der DE 101 09 407 A1 auch schon ein Brennstoffeinspritzventil, das einen metallischen Dichtring zur Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils gegenüber der Aufnahmebohrung besitzt. Dieser Dichtring ist konkav nach außen gewölbt ausgeführt und weist zwei Enden auf, die sich axial stufenförmig im montierten Zustand überlappen. Um die Variabilität bezüglich des Durchmessers des Dichtrings zu erreichen, ist es jedoch nötig, den Dichtring als offenen und nicht durchgehend umlaufenden Dichtring auszubilden. Insofern besteht die Gefahr einer reduzierten Dichtwirkung zumindest im Bereich der beiden sich überlappenden Enden.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Anbringen eines Dichtelements, insbesondere an einem Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein metallisches Dichtelement in besonders einfacher und kostengünstiger Weise herstellbar bzw. umformbar ist und im montierten Zustand eine sehr sichere und zuverlässige Abdichtung garantiert.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens zum Anbringen eines Dichtelements, insbesondere an einem Brennstoffeinspritzventil möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, ein erfindungsgemäß ausgeformtes Dichtelement am Umfang eines Brennstoffeinspritzventils zu montieren.
In vorteilhafter Weise sind die Dichtelemente nach ihrer Umformung derart ausgeformt und am Brennstoffeinspritzventil verbaut, dass ein radialer Toleranzausgleich jederzeit realisierbar ist, da die Dichtelemente aufgrund ihrer gewölbten oder geknickten Kontur einen federnden Gleitkontakt mit ihren Endbereichen auf den Nutgrundabschnitten der Ringnut am Brennstoffeinspritzventil aufweisen.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 8 hat den Vorteil, dass es auf besonders einfache und kostengünstige Weise gegenüber der Wandung einer Aufnahmebohrung abdichtbar ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 8 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
In vorteilhafter Weise ist das Dichtelement aus einem Material, wie Kupfer, Kupferlegierungen, Bronze, Messing, Edelstahl hergestellt. Aus einem solchen Material sind besonders einfach in großer Stückzahl reproduzierbar hülsenförmige Rohlinge für die Dichtelemente herstellbar. Außerdem weisen diese Materialien eine hohe Temperaturbeständigkeit nahe der heißen Brennraumatmosphäre auf. Unter hoher Temperaturbelastung ist kein oder ein nur sehr reduziertes Kriechen des Dichtelements zu erwarten. Von Vorteil ist es, dass das metallische Dichtelement für eine thermische Entlastung des Brennstoffeinspritzventils durch eine Wärmeableitung von der brennraumseitigen Ventilspitze sorgt.
Bei einer Demontage des Brennstoffeinspritzventils aus einer Aufnahmebohrung und der Montage des Brennstoffeinspritzventils in einer anderen Aufnahmebohrung kann in idealer Weise das Dichtelement unmittelbar am Brennstoffeinspritzventil verbleiben, da das Dichtelement unverlierbar angeordnet ist und Beschädigungen am Dichtelement vermieden werden können.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 einen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil mit einem erfindungsgemäß montierten Dichtelement, 2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts III in 1 mit einem Rohling des späteren Dichtelements, 3A eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts III in 1 mit einem fertig montierten Dichtelement in einer ersten Ausführungsvariante und 3B eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts III in 1 mit einem fertig montierten Dichtelement in einer zweiten Ausführungsvariante.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das in 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil 1 mit einem erfindungsgemäß montierten Dichtelement 40 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in eine hier nicht näher dargestellte Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes 41 bzw. eine sonstige Ventilaufnahme z. B. eines Ansaugrohres eingesetzt. Der Zylinderkopf 41 ist nur im Bereich des Dichtelements 40 als Schnittfläche eingezeichnet, da dieser für die Erfindung wesentliche Bereich anhand der folgenden Figuren näher beschrieben wird. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich besonders zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 geführt ist. Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer an einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über wenigstens eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer Magnetspule 10, die als Aktor dient, abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem als Innenpol dienenden Kern 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Kern 13 und der Außenpol 9 sind über eine dünnwandige magnetische Drosselstelle 26 miteinander verbunden, wobei ein ringförmiges Stützelement 29 für eine ausreichend hohe mechanische Stabilität dieses dünnwandigen Bereichs sorgt. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die auch teilweise die Kunststoffumspritzung am eigentlichen Einspritzventil bildet.
Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. An der gegenüberliegenden Seite der Einstellscheibe 15 ist ein Anker 20 angeordnet. Dieser steht über einen Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, die durch eine Schweißnaht 22 mit dem Flansch 21 verbunden ist. Auf dem Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Einstellhülse 24 auf die gewünschte Vorspannung gebracht wird. In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und am Ventilsitzkörper 5 verlaufen Brennstoffkanäle 30a bis 30c, die den Brennstoff, welcher über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert wird, zu den Abspritzöffnungen 7 leiten. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch einen Dichtring 28 gegen einen nicht weiter dargestellten Brennstoffzulauf abgedichtet.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, dass der Ventilschließkörper 4 am Ventilsitz 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung zwischen dem Kern 13 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der über die Brennstoffkanäle 30a bis 30c zugeführte Brennstoff wird über die Abspritzöffnungen 7 abgespritzt.
Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom Kern 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Flansch 21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.
Anhand der 2 und 3 wird nachfolgend das erfindungsgemäße Verfahren zum Anbringen des Dichtelements 40 am äußeren Umfang des Brennstoffeinspritzventils 1 erläutert. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts III in 1 mit einem Rohling 39 des späteren Dichtelements 40. Am äußeren Umfang des Düsenkörpers 2, der einen Grundkörper zur Aufnahme des Dichtelements 40 darstellt, ist eine umlaufende Ringnut 42 vorgesehen. Die Ringnut 42 weist beispielsweise eine Querschnittskontur auf, die von zwei senkrecht zur Ventillängsachse 43 verlaufenden Nutflanken sowie einem Nutgrund 44 begrenzt wird, wobei der Nutgrund 44 nicht achsparallel zur Ventillängsachse 43 verläuft, sondern zwei Nutgrundabschnitte 44a, 44b aufweist. Diese Nutgrundabschnitte 44a, 44b erweitern sich jeweils von den Nutflanken beginnend bis zur axialen Mitte der Ringnut 42 konisch, so dass der größte Durchmesser des Nutgrunds 44 der Ringnut 42 genau in deren axialer Mitte liegt, während sich die geringsten Durchmesser des Nutgrunds 44 an den beiden axialen Enden des Nutgrunds 44 ergeben. Die Ringnut 42 kann auch jede beliebige Kontur des Nutgrunds 44 aufweisen, z. B. achsparallel verlaufen oder konvex gewölbt ausgebildet sein.
In die Ringnut 42 wird erfindungsgemäß das Dichtelement 40 eingebracht. Vor dem Einbau des Brennstoffeinspritzventils 1 in die Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes 41 wird auf den Düsenkörper 2 ein Rohling 39 des späteren Dichtelements 40 aufgeschoben, der als rohr- bzw. hülsenförmiges Element ausgebildet ist und einen konstanten Innen- und Außendurchmesser aufweist. Der Rohling 39 kann z. B. eine tiefgezogene metallische Hülse sein. Als geeignete Materialien für den Rohling 39 und damit für das Dichtelement 40 sind Kupfer, Kupferlegierungen, Bronze, Messing, Edelstahl u. a. zu nennen. Da der Rohling 39 bereits ein vollständig geschlossenes Ringelement darstellt, weist dieser einen Innendurchmesser auf, der größer ist als der Außendurchmesser des Düsenkörpers 2 zumindest stromabwärts der Ringnut 42, um den Rohling 39 sicher und spanfrei in den Bereich der Ringnut 42 einbringen und dort platzieren zu können. 2 zeigt den Zustand des bereits aufgeschobenen Rohlings 39. Mit einem nicht näher gezeigten und nur schematisch angedeuteten Werkzeug 45 wird der Rohling 39 im Bereich der Ringnut 42 festgehalten.
Mit diesem Werkzeug 45 oder einem anderen Verformungswerkzeug wird nachfolgend der hülsenförmige Rohling 39 verformt, und zwar einerseits im Sinne der Reduzierung des Durchmessers des Rohlings 39 und andererseits in der Umbildung der Kontur des Rohlings 39 zur Schaffung des gewünschten Dichtelements 40. In 3A ist ein entsprechend umgeformter Rohling 39 als Dichtelement 40 dargestellt, das einen gegenüber dem ursprünglichen Rohling 39 geringeren Durchmesser aufweist und eine spitzdachähnliche bzw. eingeknickte Kontur besitzt, die ähnlich dem Nutgrund 44 der Ringnut 42 verläuft. Die radiale Umformung des Rohlings 39 erfolgt z. B. mit zwei oder mehreren Stempeln des Werkzeugs 45 oder durch ein entsprechend ausgebildetes Rollierwerkzeug. Durch die Durchmesserverringerung des Rohlings 39 zum Dichtelement 40 hin ist dieses unverlierbar in die Ringnut 42 des Düsenkörpers 2 eingeformt. Anschließend kann, sofern dies erforderlich ist, eine Kalibrierung mit einem zylindrischen Kalibrierwerkzeug durchgeführt werden. Während das in einer ersten Ausführungsvariante in 3A dargestellte Dichtelement 40 eine wie oben beschrieben dachförmige Kontur aufweist, die jedoch einen geringfügig kleineren Öffnungswinkel besitzt als den zwischen den beiden Nutgrundabschnitten 44a, 44b der Ringnut 42 eingeschlossenen Winkel, ist in 3B eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts III in 1 mit einem konvex gewölbten, im Querschnitt bogenförmigen Dichtelement 40' in einer zweiten Ausführungsvariante gezeigt.
Bei beiden dargestellten Dichtelementen 40, 40' bilden jeweils die über die axiale Erstreckung gesehen mittigen, radial am weitesten nach außen stehenden Bereiche die eigentliche Dichtringfläche gegenüber der Wandung des Zylinderkopfes 41 bzw. der Wandung der Aufnahmebohrung für das Brennstoffeinspritzventil 1 allgemein. Wie die 3A und 3B verdeutlichen, liegen die jeweiligen Dichtelemente 40, 40' hauptsächlich mit ihren oberen und unteren inneren Endbereichen an den Nutgrundabschnitten 44a, 44b an. Die Dichtelemente 40, 40', die in den 3A und 3B in ihrem endgültig montierten Zustand zu sehen sind, dienen der Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils 1 gegenüber der Aufnahmebohrung bzw. gegenüber einem nicht dargestellten Brennraum. In vorteilhafter Weise sind die Dichtelemente 40, 40' nach ihrer Umformung derart ausgeformt und am Brennstoffeinspritzventil 1 verbaut, dass ein radialer Toleranzausgleich jederzeit realisierbar ist, da die Dichtelemente 40, 40' aufgrund ihrer gewölbten oder geknickten Kontur einen federnden Gleitkontakt mit ihren Endbereichen auf den Nutgrundabschnitten 44a, 44b aufweisen.

Claims

Verfahren zum Anbringen eines metallischen Dichtelements (40, 40'), an einem Grundkörper (2) eines Brennstoffeinspritzventils (1), an dessen äußeren Umfang eine umlaufende Ringnut (42) mit einem Nutgrund (44) vorgesehen ist, wobei der Nutgrund (44) einen kleineren Durchmesser besitzt als die Durchmesser des Grundkörpers (2) unmittelbar oberhalb und unterhalb der Ringnut (42) mit den Verfahrensschritten: – Ausbilden eines rohrförmigen metallischen Rohlings (39), der einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der Außendurchmesser des Grundkörpers (2) unmittelbar oberhalb und/oder unterhalb der Ringnut (42), – Aufschieben des metallischen Rohlings (39) bis in den Erstreckungsbereich der Ringnut (42) und – Umformen des metallischen Rohlings (39) zur Bildung des metallischen Dichtelements (40, 40') in die Ringnut (42) hinein, so dass der Innendurchmesser des metallischen Dichtelements (40, 40') kleiner ist als der Außendurchmesser des Grundkörpers (2) unmittelbar oberhalb und unterhalb der Ringnut (42).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Umformen des metallischen Rohlings (39) zur Bildung des metallischen Dichtelements (40, 40') neben der Durchmesserreduzierung auch eine Konturveränderung vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Rohling (39) in ein metallisches Dichtelement (40, 40') mit spitzdachähnlicher oder konvex gewölbter Querschnittskontur verformt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen des metallischen Rohlings (39) mit einem Werkzeug (45) geschieht, das zwei oder mehrere Stempel aufweist oder ein Rollierwerkzeug zum Einsatz kommt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Umformen eine Kalibrierung des metallischen Dichtelements (40, 40') mit einem Kalibrierwerkzeug erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Rohling (39) durch Tiefziehen hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Rohling (39) bzw. das metallische Dichtelement (40, 40') aus Kupfer, Kupferlegierungen, Bronze, Messing oder Edelstahl hergestellt wird.
Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Düsenkörper (2), an dessen äußeren Umfang eine umlaufende Ringnut (42) mit einem Nutgrund (44) vorgesehen ist, wobei der Nutgrund (44) einen kleineren Durchmesser besitzt als die Durchmesser des Düsenkörpers (2) unmittelbar oberhalb und unterhalb der Ringnut (42) und mit einem in die Ringnut (42) eingebrachten metallischen Dichtelement (40, 40') zur Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils (1) gegenüber einer Wandung einer das Brennstoffeinspritzventil (1) aufnehmenden Aufnahmebohrung, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Dichtelement (40, 40') als vollständig geschlossenes Ringelement ausgebildet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Dichtelement (40, 40') eine spitzdachähnliche oder konvex gewölbte Querschnittskontur aufweist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Dichtelement (40, 40') aus Kupfer, Kupferlegierungen, Bronze, Messing oder Edelstahl besteht.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der über die axiale Erstreckung gesehen mittige, radial am weitesten nach außen stehende Bereich des metallischen Dichtelements (40, 40') die Dichtringfläche gegenüber der Wandung der Aufnahmebohrung bildet.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Dichtelement (40, 40') ausschließlich mit seinen oberen und unteren inneren Endbereichen am Nutgrund (44) der Ringnut (42) anliegt.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (44) der Ringnut (42) zwei Nutgrundabschnitte (44a, 44b) aufweist, die konisch zur axialen Mitte der Ringnut (42) hin verlaufen.