DE10338715B4

DE10338715B4 - Ausgleichselement für ein Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10338715B4
Application number: DE10338715.3A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Reiter; Martin Scheffel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2014-07-17
Anticipated expiration: 2023-08-23
Also published as: US7373925B2; EP1700029A1; DE10338715A1; JP2006513370A; EP1700029B1; JP4191734B2; US20070228662A1; WO2005021956A1

Abstract

Ausgleichselement (11) zur Lagerung eines Brennstoffeinspritzventils (2) in einem Zylinderkopf (4) einer Brennkraftmaschine, wobei das Ausgleichselement (11) ringförmig ausgebildet ist und zwischen einem Ventilgehäuse (14) des Brennstoffeinspritzventils (2) und einer Wandung (15) einer Aufnahmebohrung (3) des Zylinderkopfes (4) angeordnet ist, wobei das Ausgleichselement (11) zumindest zwei Schenkel (17, 19) aufweist, welche sich an dem Brennstoffeinspritzventil (2) und dem Zylinderkopf (4) abstützen, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (11) Durchbrüche (23) für seine biegeweiche Gestaltung aufweist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Ausgleichselement für ein Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Die JP H11-210 886 A1 lehrt eine zweiteilige elastische Dichtung aus Weichmetall. Diese wird zwischen einem Gehäuse und einem Brennstoffeinspritzventil montiert. Die Dichtung besteht aus einem ersten U-förmigen Teil und einer Feder, welche innerhalb des ersten Teils angeordnet ist und dieses auseinander hält, so dass ein definierter Oberflächendruck zwischen dem Gehäuse und dem Brennstoffeinspritzventil herrscht.
Die JP 2000-027736 A diskutiert eine direkt einspritzende Einspritzdüse, welche eine Dichtung aufweist.
Die GB 1 299 819 A beschreibt eine metallische Kopplungsverbindung, wobei zwischen den zu verbindenden Teilen ein Verschluss aus einem Metall angebracht ist.
Die DE 100 27 662 A1 beschreibt ein Dichtmittel und einen Niederhalter für ein Brennstoffeinspritzventil.
Die DE 199 41 930 A1 lehrt ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen. Eine Dichtscheibe an der dem Brennraum abgewandten Stirnfläche weist einen zumindest auf einem Teil des Umfangs verlaufenden Ringsteg auf, der im montierten Zustand in eine Hinterschneidung eingreift, die an der Mantelfläche des am Ventilkörper angeordneten Ringabsatzes ausgebildet ist.
US 5,954,343 A beschreibt einen Dichtring für ein Brennstoffeinspritzventil, welcher zwischen zwei Oberflächen angebracht wird, um eine dazwischen liegende Öffnung abzudichten. Mittels vorstehenden Nasen (engl. projections) geschieht eine Fixierung.
Aus der DE 100 38 763 A1 ist ein Ausgleichselement bekannt, welches einen an das Brennstoffeinspritzventil umfänglich anlegbaren starren ersten Ring und einen starren zweiten Ring aufweist. Dieser ist in die Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes einsetzbar. Ein zwischen den beiden starren Ringen angeordneter elastischer Zwischenring ist unlösbar mit dem ersten starren Ring und dem zweiten starren Ring verbunden.
Weiterhin ist aus der DE 101 08 466 A1 ein Ausgleichselement für ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches zur Lagerung und Stützung eines Brennstoffeinspritzventils in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine dient. Es ist in Form eines Unterlegrings ausgebildet und zwischen einem Ventilgehäuse und einer Wandung einer Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes angeordnet. Der Unterlegring weist einen runden oder ovalen Querschnitt auf und beabstandet eine Schulter des Ventilgehäuses von einer Schulter des Zylinderkopfes.
Nachteilig bei den aus den oben genannten Druckschriften bekannten Ausgleichselementen ist insbesondere, daß sich keine kompakte Bauform ergibt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ausgleichselement für ein Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das Ausgleichselement im Querschnitt zumindest zwei Schenkel aufweist, welche sich am Zylinderkopf und am Brennstoffeinspritzventil abstützen.
Das Ausgleichselement sorgt dabei sowohl für einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen der einzelnen Bauteile sowie von Toleranzen, die auf die Erwärmung des Brennstoffeinspritzventils während des Betriebs zurückzuführen sind und beugt somit Verkanten und Fehlstellungen vor.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Ausgleichselements möglich.
Von Vorteil ist insbesondere, daß beliebige Querschnittsformen möglich sind, so lange zumindest je eine Anlagefläche am Zylinderkopf und am Brennstoffeinspritzventil vorhanden ist.
Dadurch sind beliebige Formen des Ausgleichselements, wie z. B. gerollte, mehrfach gekantete oder V-förmige Querschnitte denkbar.
Weiterhin ist von Vorteil, daß ein zwischen dem Brennstoffeinspritzventil und dem Ausgleichselement liegender Winkel nahezu frei, bevorzugt im Bereich zwischen 30° und 60°, besonders bevorzugt zwischen 35° und 55°, wählbar ist, wodurch Fertigungstoleranzen und -abweichungen unerheblich sind.
Vorteilhafterweise können beliebige Modifikationen wie Durchbrüche, Freistiche, Sicken etc. am Ausgleichselement angebracht werden, um die Kennlinie, welche besonders vorteilhaft progressiv verläuft, zu modellieren.
Von Vorteil ist auch die Ausbildung von Segmenten durch Stanzen und Biegen, über welche sich das Ausgleichselement am Brennstoffeinspritzventil abstützt. Dadurch. kann das Ausgleichselement am Brennstoffeinspritzventil vormontiert werden.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiels eines mittels eines erfindungsgemäß ausgestalteten Ausgleichselements in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine montiertes Brennstoffeinspritzventils,
2A–C Ausschnitte im Bereich II in 1 in verschiedenen Belastungszuständen eines erfindungsgemäß ausgestalteten Ausgleichselements,
3A–D Detailansichten von weiteren Ausführungsbeispielen erfindungsgemäß ausgestalteter Ausgleichselemente,
4A–B eine beispielhafte Darstellung der Verformung eines erfindungsgemäßen Ausgleichselements unter einem Winkel α, und
5A–B eine beispielhafte Darstellung der Verformung des in 4A bis 4B dargestellten erfindungsgemäßen Ausgleichselements unter einem Winkel α.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine schematisierte und vereinfachte Ansicht eines Brennstoffeinspritzsystems 1, welches ein Brennstoffeinspritzventil 2 umfaßt, das in eine Aufnahmebohrung 3 eines Zylinderkopfes 4 einer Brennkraftmaschine eingebracht ist.
Das Brennstoffeinspritzventil 2 ist dabei in Form eines direkt einspritzenden Brennstoffeinspritzventils 2 ausgeführt, das zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum der nicht weiter dargestellten gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine dienen kann. Das Brennstoffeinspritzventil 2 weist an einem zulaufseitigen Ende 5 eine Steckverbindung zu einer Brennstoffverteilerleitung 6 auf, die durch eine Dichtung 7 zwischen der Brennstoffverteilerleitung 6 und einem Zuleitungsstutzen 8 des Brennstoffeinspritzventils 2 abgedichtet ist. Das Brennstoffeinspritzventil 2 verfügt über einen elektrischen Anschluß 9 für die elektrische Kontaktierung zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 2. Das Brennstoffeinspritzventil 2 ist zumindest in seinem den Zylinderkopf 4 überragenden Teil mit einer Kunststoffumspritzung 10 versehen, welche auch den elektrischen Anschluß 9 umgibt.
Das Brennstoffeinspritzventil 2 ist durch nicht weiter dargestellte Maßnahmen, wie z. B. eine Spannpratze, im Zylinderkopf 4 fixiert und gegen Verdrehen gesichert. In der Aufnahmebohrung 3 ist erfindungsgemäß ein ringförmiges Ausgleichselement 11 zur Zentrierung und Lagerung des Brennstoffeinspritzventils 2 vorgesehen. Das Ausgleichselement 11 weist dabei einen ungefähr V-förmigen Querschnitt auf und sorgt für einen zuverlässigen Toleranzausgleich des Brennstoffeinspritzventils 2 in allen Freiheitsgraden. Das erfindungsgemäße Ausgleichselement 11 wird im folgenden näher beschrieben.
An einem Düsenkörper 12 des Brennstoffeinspritzventils 2 ist ein Dichtring 13 vorgesehen, der das Brennstoffeinspritzventil 2 gegen den Zylinderkopf 4 der Brennkraftmaschine abdichtet.
2A bis 2C zeigen in dem in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestalteten Ausgleichselements 11 in verschiedenen be- und entlasteten Zuständen.
Brennstoffeinspritzventile 2 werden gewöhnlich starr in den Zylinderkopf 4 von Brennkraftmaschinen eingebaut und durch eine Zwischenhülse, welche das Brennstoffeinspritzventil 2 mit der Brennstoffverteilerleitung 6 verbindet, sowohl fixiert als auch geführt. Laterale Versätze des Brennstoffeinspritzventils 2 können dadurch ausgeglichen werden. Soll das Brennstoffeinspritzventil 2 dagegen ohne Zwischenhülse eingebaut werden, müssen die Toleranzen anders ausgeglichen werden. Zudem reicht es nicht aus, nur seitliche Versätze oder Verkippungen auszugleichen, auch thermische Veränderungen während des Betriebs der Brennkraftmaschine müssen berücksichtigt werden. Weiterhin ist es wünschenswert, daß das Ausgleichselement 11, welches für den Ausgleich der verschienenen Toleranzen sorgen soll, lösbar mit dem Brennstoffeinspritzventil 2 verbindbar ist und sich gleichzeitig so an einer Innenwandung 15 des Zylinderkopfs 4 abstützt, daß eine annähernd gleichmäßige Verteilung der Tragkraft ermöglicht wird.
Die oben genannten Anforderungen werden durch ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Ausgleichselement 11, welches in Form eines Stanzbiegeteils ausgeführt ist, erfüllt. Wie aus den 2A bis 2C hervorgeht, weist das Ausgleichselement 11 einen asymmetrisch V-förmigen Querschnitt mit Segmenten 16 auf. Die Segmente 16 werden durch Stanzen aus dem Ausgleichselement 11 herausgetrennt und umgebogen, so daß sie sich am Brennstoffeinspritzventil 2 abstützen und das Ausgleichselement 11 daran fixieren. Dadurch kann das Brennstoffeinspritzventil 2 mit dem Ausgleichselement 11 als Gesamtbauteil im Zylinderkopf 4 montiert werden.
In 2A ist das Brennstoffeinspritzventil 2 mit dem Ausgleichselement 11 in unbelasteter Einbaulage dargestellt. Das Ausgleichselement 11 stützt sich mit einem ersten, kürzeren Schenkel 17 an einer Schulter 18 des Zylinderkopfes 4 ab. Ein zweiter, längerer Schenkel 19 des Ausgleichselements 11 ragt im unbelasteten Zustand frei in die Aufnahmebohrung 3 des Zylinderkopfes 4. Die Segmente 16 liegen am Gehäuse 14 des Brennstoffeinspritzventils 2 an.
In 2B ist ein belasteter Zustand beispielsweise nach dem Anbringen einer nicht weiter dargestellten Spannpratze, welche das Brennstoffeinspritzventil 2 in der Aufnahmebohrung 3 sichert, dargestellt. Das Brennstoffeinspritzventil 2 wird durch den Druck tiefer in den Zylinderkopf 4 eingepreßt, wodurch es relativ zu dem Ausgleichselement 11 verschoben wird. Die ausgestanzten Segmente 16 liegen nun an einem Knick 20 des Gehäuses 14 des Brennstoffeinspritzventils 2 an, an welchem sich das Brennstoffeinspritzventil 2 radial aufweitet. Eine Schulter 21 des Brennstoffeinspritzventils 2 liegt nun in Anlage an dem längeren Schenkel 19 des Ausgleichselements 11, wodurch die Schenkel 19 und 17 zusammengedrückt werden.
Wird nun, wie in 2C dargestellt, die Brennstoffverteilerleitung 6 an das Brennstoffeinspritzventil 2 angeschlossen, ergeben sich Verschiebungen und Verkippungen des Brennstoffeinspritzventils 2. In 2C ist ein Winkelversatz und gleichzeitig eine seitliche Verschiebung angedeutet, welche das Brennstoffeinspritzventil 2 nach links verschiebt. Durch die Länge des Schenkels 17 ist das Ausgleichselement 11 nach wie vor trotz seitlicher Verschiebung an der Schulter 18 des Zylinderkopfes 4 abgestützt. Ebenso wird die Verkippung durch eine linksseitige stärkere Belastung mit nachfolgender plastischer und/oder elastischer Verformung des Ausgleichselements 11 mühelos ausgeglichen, ohne daß das Ausgleichselement 11 in Funktion oder Form beeinträchtigt wird.
Auch dynamische Schwingungen und Verschiebungen des Brennstoffeinspritzventils 2 während des Betriebs der Brennkraftmaschine durch Vibrationen und Temperaturschwankungen werden durch das Ausgleichselement 11 problemlos ausgeglichen.
In den 3A bis 3D sind weitere alternative Ausführungsformen des erfindungsgemäß ausgestalteten Ausgleichselements 11 dargestellt.
Um das Ausgleichselement 11 biegeweicher zu gestalten, eine progressive Federkennlinie des Ausgleichselements 11 zu erreichen und eine einfache Herstellbarkeit und Montierbarkeit zu gewährleisten, können, wie in 3A und 3B dargestellt, Freistiche 22 und Durchbrüche 23 vorgesehen sein. Zur gezielten Versteifung können nicht weiter dargestellte Sicken oder Stege angeprägt werden. Die Anzahl, Form und Lage der jeweiligen Maßnahmen werden durch die Anforderungen an den Kennlinienverlauf bedingt.
3A zeigt das bereits in den 2A bis 2C beschriebene Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß ausgestalteten Ausgleichselements 11, während die 3B bis 3D alternative Querschnittsformen zeigen.
Die in 3B dargestellte Ausführungsform weist ein dreischenkeliges Profil mit zwei unterschiedlichen Winkeln und einem nach innen zur Schulter 21 des Brennstoffeinspritzventils 2 geöffneten Querschnitt auf. Dies hat den Vorteil, daß das Ausgleichselement 11 beim Einbau nicht so leicht hängenbleibt, sondern bedingt durch die glatte Außenseite 24 einfach in die Aufnahmebohrung 3 des Zylinderkopfes 4 einbringbar ist.
Ähnlich vorteilhaft ist die in 3C dargestellte Variante, welche statt eines mehrfach gewinkelten eckigen Querschnitts einen zumindest teilweise rundgebogenen Querschnitt aufweist. Die Rundbiegung ist besonders einfach herstellbar.
Wird die Biegung noch stärker, so daß sich, wie in 3D dargestellt, ein Überlappungsbereich 25 ausbildet, kann zudem die Reibung zur Gestaltung der Kennlinie gezielt eingesetzt werden.
Um die Flexibilität der erfindungsgemäß ausgestalteten Ausgleichselemente 11 zu demonstrieren, sind in den 4A und 4B sowie 5A und 5B zwei unterschiedliche Auslegungen des in 3B dargestellten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestalteten Ausgleichselements 11 mit unterschiedlichen Biegewinkeln α dargestellt.
Während der Winkel α zwischen dem dem Brennstoffeinspritzventil 2 zugekehrten Schenkel 19 des Ausgleichselements 11 in 4A und der Schulter 21 des Brennstoffeinspritzventils 2 etwa 55° beträgt, ist der Winkel α in 5A wesentlich kleiner und liegt bei ca. 35°.
Die Ausgleichseigenschaften des Ausgleichselements 11 werden dadurch nicht beeinträchtigt, lediglich das Biegeverhalten des Ausgleichselements 11 ändert sich.
In 4B ist erkennbar, daß bei größeren Winkeln α der dem Brennstoffeinspritzventil 2 zugewandte Schenkel 19 in Belastungsrichtung gebogen wird, während, wie aus 5B erkennbar, bei kleineren Winkeln α das Ausgleichselement 11 eher in radialer Richtung verformt wird. Die Stütz- und Ausgleichswirkung ist jedoch in beiden Fällen gleich gut. Bei der Herstellung der Ausgleichselemente 11 muß somit wenig Wert auf die Einhaltung genauer Winkelvorgaben beim Biegen der Schenkel 19 gelegt werden, da die Stützwirkung in jedem Fall erhalten bleibt. Dadurch kann die Herstellung der Ausgleichselemente 11 äußerst kostengünstig gehalten werden.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist die Erfindung für beliebige Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 2, beispielsweise für Brennstoffeinspritzventile 2 zur Einspritzung in den Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, anwendbar. Alle Merkmale sind dabei beliebig miteinander kombinierbar.

Claims

Ausgleichselement (11) zur Lagerung eines Brennstoffeinspritzventils (2) in einem Zylinderkopf (4) einer Brennkraftmaschine, wobei das Ausgleichselement (11) ringförmig ausgebildet ist und zwischen einem Ventilgehäuse (14) des Brennstoffeinspritzventils (2) und einer Wandung (15) einer Aufnahmebohrung (3) des Zylinderkopfes (4) angeordnet ist, wobei das Ausgleichselement (11) zumindest zwei Schenkel (17, 19) aufweist, welche sich an dem Brennstoffeinspritzventil (2) und dem Zylinderkopf (4) abstützen, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (11) Durchbrüche (23) für seine biegeweiche Gestaltung aufweist.
Ausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Schenkel (17) an einer Schulter (18) des Zylinderkopfes (4) anliegt.
Ausgleichselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Schenkel (19) an einer Schulter (21) des Ventilgehäuses (14) anliegt.
Ausgleichselement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (17, 19) auf Druck plastisch und/oder elastisch verformbar sind.
Ausgleichselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (17, 19) im Querschnitt V-förmig miteinander verbunden sind.
Ausgleichselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (11) dreischenkelig ausgebildet ist.
Ausgleichselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Brennstoffeinspritzventil (2) zugewandte Schenkel (19) zumindest teilweise rundgebogen ist.
Ausgleichselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Schenkel (17) und dem zweiten Schenkel (19) ein Überlappungsbereich (25) vorgesehen ist.
Ausgleichselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem zweiten Schenkel (19) und dem Gehäuse (14) des Brennstoffeinspritzventils (2) ausgebildeter Winkel (α) zwischen 30° und 60°, bevorzugt zwischen 35° und 55°, beträgt.
Ausgleichselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (11) Freistiche (22) aufweist.
Ausgleichselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (11) Segmente (16) aufweist.
Ausgleichselement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (16) aus dem Ausgleichselement (11) ausgestanzt und nach radial innen gebogen sind.
Ausgleichselement nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Ausgleichselement (11) über die Segmente (16) am Gehäuse (14) des Brennstoffeinspritzventils (2) abstützt.
Ausgleichselement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Federverhalten des Ausgleichselements (11) progressiv ist.