EP1346146B1

EP1346146B1 - Injektor für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP1346146B1
Application number: EP01985803A
Authority: EP
Inventors: Uwe Lingener; Marion Braun; Jürgen Rink
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2021-12-20
Also published as: WO2002052147A2; EP1346146A2; DE50103161D1; WO2002052147A3; DE10065437A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für die Kraftstoffversorgung von Brennkraftmaschinen werden zunehmend Speichereinspritzsysteme verwendet, bei denen mit einem sehr hohen Einspritzdruck gearbeitet wird. Solche Einspritzsysteme sind als Common-Rail-Systeme (für Dieselmotoren) und HPDI-Einspritzsysteme (für Ottomotoren) bekannt. Bei diesen Einspritzsystemen wird der Kraftstoff mit einer Hochdruckpumpe in einen allen Zylindern des Motors gemeinsamen Druckspeicher gefördert, von dem aus die Injektoren an den einzelnen Zylindern mit Kraftstoff versorgt werden. Hierbei ist ein Injektor üblicherweise in eine Aufnahmebohrung in einem Zylinderkopf der mit Kraftstoff zu versorgenden Brennkraftmaschine eingesetzt. Die Aufnahmebohrung mündet in den Brennraum der Brennkraftmaschine, so dass der Kraftstoff über den Injektor direkt in den Brennraum eingespritzt werden kann. Zur Abdichtung des brennraumseitigen Bohrungsbereichs der Aufnahmebohrung ist es bekannt, einen Dichtring auf einen Düsenkörperschaft des Injektors aufzusetzen, wobei der Dichtring zwischen einem ringförmigen Absatz am Außenumfang des Injektors und dem Zylinderkopf eingespannt ist.

Ein derartiger Injektor, der als Kraftstoffeinspritzventil eingesetzt wird, ist beispielsweise aus EP 0 418 271 B1 bekannt und weist einen zylinderförmigen Ventilkörper auf, dessen Außendurchmesser sich unter Bildung eines Ringabsatzes in Richtung einer Einspritzöffnung des Kraftstoffeinspritzventils verringert. Hierbei ist der Ventilkörper mittels einer am Ringabsatz angreifenden Spannmutter axial gegen einen Haltekörper verspannt und in eine gestufte Aufnahmebohrung im Gehäuse der Brennkraftmaschine eingesetzt, die mit ihrem im Durchmesser kleineren Abschnitt in den Brennraum der Brennkraftmaschine mündet. Die Abdichtung des brennraumseitigen Bohrungsbereichs der Aufnahmebohrung im Gehäuse der Brennkraftmaschine erfolgt mittels eines zwischen der Ringstirnfläche der Spannmutter und dem Gehäuseabsatz der Aufnahmebohrung eingespannten Dichtrings. Bei einer Demontage des Kraftstoffeinspritzventils aus dem Gehäuse der Brennkraftmaschine ergibt sich allerdings das Problem, dass der Dichtring in der Aufnahmebohrung im Gehäuse, d.h. dem Zylinderkopf, der Brennkraftmaschine verbleibt und nur mit hohem Aufwand wieder aus diesem entfernt werden kann.

Zur Erleichterung der Demontage ist aus der DE 196 05 956 A1 bekannt, den Dichtring axial gesichert auf dem Schaft des Ventilkörpers anzuordnen, so dass der Dichtring gemeinsam mit dem Ventilkörper des Einspritzventils aus der Aufnahmebohrung entfernt werden kann. Hierzu ist der Dichtring mittels eines Reibschlusses auf dem Ventilkörperschaft befestigt, wobei der Reibschluss vorzugsweise nur in Teilbereichen aufgebaut wird, die symmetrisch über den Umfang verteilt sind. Diese Teilbereiche sind durch drei radial einwärts ragende Anformungen an der Innenwandfläche des Dichtrings vorgesehen, die auf den Ventilkörperschaft aufgepresst werden. Mittels der Anformungen ist allerdings nur eine geringe Klemmkraft zwischen dem Dichtring und dem Schaft erzielbar, so dass sich der Dichtring selbsttätig von dem Schaft des Ventilkörpers lösen kann.

Für eine sichere Befestigung ist es aus der DE 198 34 475 A1 bekannt, einen Dichtring mit einer zentralen Öffnung vorzusehen, die nach einem Aufschieben über den Schaftteil des Ventilkörpers definiert verformbar ist. Dabei wird der Dichtring nach dem Aufschieben über den Schaftteil mit einem Presswerkzeug derart verformt, dass ein Materialfluss zum Schaftteil entsteht. Hierdurch wird zwar ein unbeabsichtigtes Lösen des Dichtrings von dem Schaftteil vermieden. Jedoch ist der Dichtring nach dem Anbringen an dem Schaftteil derart verformt, dass er nicht mehr unbeschädigt von dem Einspritzventil entfernt kann. Ferner ist ein Austausch des fest mit dem Schaftteil des Injektors verbundenen Dichtrings ohne eine Beschädigung der Einspritzdüse des Injektors nur schwierig zu erreichen.

Angesichts dieser Nachteile der im Stand der Technik bekannten Injektoren für Brennkraftmaschinen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Injektor bereitzustellen, bei dem der Dichtring einerseits sicher an dem Injektor befestigt und andererseits schnell und einfach ausgetauscht werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch einen Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Demzufolge ist im Bereich eines Düsenkörperabschnitts des erfindungsgemäßen Injektors für eine Brennkraftmaschine ein im Wesentlichen ringförmiger Vorsprung angeordnet, der eine Außenumfangsfläche des Dichtrings abschnittsweise umschließt. Hierbei bildet eine Innenumfangsfläche des ringförmigen Vorsprungs eine Haltekontur für den im Wesentlichen scheibenförmigen Dichtring aus. Die Haltekontur ist an die Außenumfangsfläche des Dichtrings derart angepasst, dass der Dichtring über eine Passung der Haltekontur im Bereich des Düsenkörperabschnitts angebracht ist. Aufgrund der Befestigung mittels des im Wesentlichen ringförmigen Vorsprungs ist der Dichtring auf einfache Weise gesichert und kann zum einen bei einer Demontage gemeinsam mit dem Injektor aus dem Zylinderkopf entfernt werden. Zum anderen kann der Dichtring bei einer Montage im Zylinderkopf auch nicht verloren gehen, da er durch den Vorsprung im Bereich des Düsenkörperabschnitts befestigt ist. Somit sind der Injektor und der Dichtring gemeinsam in einem Gehäuse der Brennkraftmaschine montierbar und daraus wieder entnehmbar, so dass sich die Montage beziehungsweise Demontage erheblich vereinfacht.

Dabei umschließt der als Halterung für den Dichtring dienende Vorsprung lediglich einen Abschnitt der Außenumfangsfläche des Dichtrings. Hierdurch ist gewährleistet, dass der Dichtring über den Vorsprung in Richtung der Längserstreckung des Injektors vorsteht. Hierzu ist eine Dickenabmessung des Dichtrings größer als eine Höhe des Vorsprungs ausgebildet, so dass der Dichtring über den Vorsprung übersteht und dadurch eine Dichtfläche zum Brennraum hin bereitgestellt ist. Darüber hinaus ist der Dichtring an seinem über den Vorsprung hinausragenden Abschnitt leicht von außen zugänglich und somit bei der Demontage schnell und einfach aus der Haltekontur entfernbar. Somit ist ein schneller und einfacher Austausch des Dichtrings an dem Injektor sichergestellt.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Düsenkörperabschnitt an einer Düsenspannmutter oder einem Düsenkörperbund des Düsenkörpers vorgesehen. Für eine günstige Befestigung des Dichtrings bietet es Vorteile, wenn der Vorsprung an einem stirnseitigen Endabschnitt der Düsenspannmutter oder des Düsenkörperbundes, insbesondere einer Düsenkörperschulter des Düsenkörperbundes, angeordnet ist. Der Vorsprung ist beispielsweise dadurch ausgebildet, dass entlang einer dem Brennraum zugewandten stirnseitigen Ringfläche der Düsenspannmutter oder der Düsenkörperschulter eine kreisförmige Ausnehmung eingeformt ist. In diese Ausnehmung kann der Dichtring einfach eingepresst werden. Darüber hinaus kann der Vorsprung an dem Düsenkörperabschnitt derart ausgestaltet sein, dass eine Hülse auf der Düsenspannmutter befestigt ist, beispielsweise auf dem Endabschnitt der Düsenspannmutter aufgeschrumpft ist, die über den Endabschnitt vorsteht und dadurch die Haltekontur für den Dichtring ausbildet.

Für einen schnellen Austausch der Dichtring hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zumindest eine Nut oder einen Einschnitt in dem Vorsprung anzubringen. Durch die Nut ist der Eingriff eines Werkzeugs zur Demontage oder zum Wechseln des Dichtrings möglich. Das Werkzeug kann durch die Nut unmittelbar an die Außenumfangsfläche des Dichtrings herangeführt werden, so dass der Dichtring mit dem Werkzeug einfach aus der Haltekontur entfernt und anschließend ausgetauscht werden kann.

Für eine sichere Befestigung des Dichtrings an dem Injektor hat es sich in bestimmten Anwendungsfällen als günstig gezeigt, wenn der Dichtring mittels zumindest eines Befestigungselementes an dem Düsenkörperabschnitt angebracht ist. Die Sicherung des Dichtrings mittels des zusätzlichen Befestigungselementes ist insbesondere vorteilhaft, wenn zwischen dem ringförmigen Vorsprung und dem in die Haltekontur eingelegten Dichtring Spiel besteht. Bei vorhandenem Spiel zwischen dem Vorsprung und dem Dichtring gewährleistet das Befestigungselement eine sichere Verbindung des Dichtrings mit dem Düsenkörperabschnitt des Injektors. Als Befestigungselement kann beispielsweise ein Stift oder Kerbstift dienen, mit dem der Dichtring an der stirnseitigen Ringfläche des Düsenkörperabschnitts angebracht ist. Ferner kann der Dichtring zum Beispiel mittels eines Bajonettverschlusses mit dem stirnseitigen Endabschnitt des Düsenkörperabschnittes verbunden werden.

In diesem Zusammenhang bietet es Vorteile, an der Außenumfangsfläche des Dichtrings zumindest ein laschenförmiges Halteelement anzuordnen. Für eine Verbindung zwischen dem Dichtring und dem Düsenkörperabschnitt wird das laschenförmige Halteelement auf die Außenumfangsfläche des Düsenkörperabschnitts umgebogen und mit dieser verbunden. Dadurch ist eine sichere Befestigung des Dichtrings an der Außenumfangsfläche des Düsenkörperabschnitts gewährleistet.

Um ein leichtes und gleichmäßiges Aufschieben des Dichtrings auf einen Düsenkörperschaft des Injektors zu gewährleisten, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Dichtring zumindest eine Innenfase aufweist. Hierbei ist durch ein Anstauchen der Innenfase, die vorzugsweise einen Stanzgrat aufweist, eine axiale Sicherung des Dichtrings auf dem Düsenkörperschaft erzielbar. Ferner wird für eine Befestigung des Dichtrings an der Innenumfangsfläche des Vorsprungs bevorzugt, wenn der Dichtring zumindest einen Außengrat aufweist. Durch ein Übermaß des Außengrads lässt sich der Dichtring sicher in der durch den Vorsprung ausgebildeten Haltekontur anbringen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von beispielhaft in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Teil-Schnittansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Injektors;
Fig. 2: eine Teil-Schnittansicht einer Düsenspannmutter einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Injektors;
Fig. 3: eine Teil-Schnittansicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Injektors.

In Fig. 1 ist in einer Querschnittansicht der erfindungsgemäße Injektor im Bereich seines Düsenkörpers 4 gezeigt. Der Injektor besteht aus einem oberen, zylinderförmigen Injektorkörper, der in Fig. 1 nicht dargestellt ist, und dem daran angeordneten, unteren Düsenkörper 4.

Wie in Fig. 1 zu erkennen, verringert sich ein Außendurchmesser des Düsenkörpers 4 stufenweise in Richtung zu einer Düsenöffnung 6, die an einem Ende eines Düsenkörperschaftes 8 des Düsenkörpers 4 angeordnet ist. In den Bereichen, in denen sich der Außendurchmesser des Düsenkörpers 4 verringert sind jeweils ein oberer 10 und ein unterer 12 ringförmiger Absatz am Außenumfang eines Düsenkörperabschnitts 2 ausgebildet. Hierbei ist der Düsenkörper 4 mittels einer an dem oberen ringförmigen Absatz 10 angreifenden Düsenspannmutter 14 axial gegen den Injektorkörper verspannt, so dass der Düsenkörper 4 über die Düsenspannmutter 14 an dem Injektorkörper gehalten wird.

Ferner ist eine Düsennadel 16 vorgesehen, die mit einer Düsennadelführung 18 in dem Düsenkörper 4 dicht geführt ist. Dabei kann die axial in dem Düsenkörper 4 geführte Düsennadel 16 über eine Hubbewegung die Düsenöffnung 6 in dem Injektor öffnen oder verschließen.

Wie in Fig. 1 des Weiteren dargestellt, ist der Injektor in eine abgestufte Aufnahmebohrung 20 in einem schematisch dargestellten Zylinderkopf 22 der mit Kraftstoff zu versorgenden Brennkraftmaschine eingesetzt. Hierbei mündet der im Außendurchmesser verringerte Bereich der Aufnahmebohrung 20 in den Brennraum der Brennkraftmaschine, so dass über den in die Aufnahmebohrung 20 eingeführten Düsenkörperschaft 8 und die an seinem freien Ende angeordnete Düsenöffnung 6 Kraftstoff in den nicht gezeigten Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann.

Zum Abdichten des brennraumseitigen Bohrungsbereichs der Aufnahmebohrung 20 ist zwischen einem stirnseitigen Endabschnitt 24 der Düsenspannmutter 14 und einem an dem Querschnittsübergang der Aufnahmebohrung 20 ausgebildeten Gehäuseabsatz 26 ein Dichtring 28 angeordnet, der auf dem Düsenkörperschaft 8 des Injektors geführt ist. Die Düsenspannmutter 14 weist an ihrem dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten stirnseitigen Endabschnitt 24 einen angeformten ringförmigen Vorsprung 30 auf, der den Dichtring 28 an seiner Außenumfangsfläche 31 bereichsweise umgibt und an einem Abschnitt der Außenumfangsfläche 31 anliegt. Hierbei ist der Vorsprung 30 als ein dünnwandiger, zylinderförmiger Fortsatz der Düsenspannmutter 14 ausgebildet, der in Richtung der Längserstreckung des Injektors verläuft. Der Vorsprung 30 ist hülsenförmig ausgebildet und an der Düsenspannmutter 14 angeformt. Hierbei umfasst die Düsenspannmutter 14 den Düsenkörperabschnitt 2, so dass der Vorsprung im Bereich des Düsenkörperabschnitts 2 angeordnet ist. Der an dem stirnseitigen Endabschnitt 24 vorgesehene, umlaufende Vorsprung 30 bildet eine Halterung oder Haltekontur für den Dichtring 28 aus, der zwischen dem Injektor und dem Zylinderkopf 22 eingespannt ist. Der Dichtring 28 liegt abschnittsweise an einer Innenumfangsfläche des ringförmigen Vorsprungs 30 an und wird über einen Reibschluss, Press- oder Haftsitz in der ringförmigen Haltekontur des Vorsprungs 30 zurückgehalten. Somit ist der Dichtring 28 mittels einer Passung in dem von dem Vorsprung 30 umschlossenen Bereich an dem stirnseitigen Endabschnitt 24 eingeklemmt oder eingepresst. Dadurch ist der Dichtring 28 in seiner Lage an der Düsenspannmutter 14, die den Düsenkörperabschnitt 2 umfasst, fixiert. Hierbei steht der in die durch den Vorsprung 30 ausgebildete Haltekontur eingefügte Dichtring 28 über ein freies Ende des Vorsprungs 30 in Richtung des Brennraums vor, so dass durch den überstehenden Abschnitt des Dichtrings 28 eine Dichtfläche zwischen der Düsenspannmutter 14 und dem Gehäuseabsatz 26 des Zylinderkopfes 22 bereitgestellt ist.

Zum Erleichtern des Austauschs des Dichtrings 28 ist in dem Vorsprung 30 eine Nut 32 vorgesehen. In die Nut 32 kann zur Demontage des Dichtrings 28 ein Werkzeug eingeführt werden. Um einen Zugriff auf den Dichtring 28 entlang der Außenumfangsfläche 31 der Düsenspannmutter 14 zu gewährleisten, können auch mehrere Nuten 32, beispielsweise als Einschnitte oder Aussparungen, nebeneinander über den Umfang des Vorsprungs 30 verteilt vorgesehen werden.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt der Düsenspannmutter 14 im Bereich des Düsenkörperabschnitts 2 des erfindungsgemäßen Injektors mit eingelegtem Dichtring 28 im Querschnitt dargestellt. An dem stirnseitigen Endabschnitt 24 der Düsenspannmutter 14, der im eingebauten Zustand dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandt ist, verläuft der ringförmige Vorsprung 30. Dabei ist der Vorsprung 30 hülsenförmig an dem stirnseitigen Endabschnitt 24 der Düsenspannmutter 14 angeformt. Dadurch entsteht eine ringförmige Schulter 40, die als Anlagefläche für den Dichtring 28 dient. Bei der Montage wird der Dichtring 28 derart in die Ausnehmung 36 eingelegt, dass der Dichtring 28 an einem Abschnitt seiner Oberfläche an der ringförmigen Schulter 40 und entlang eines Abschnitts seiner Außenumfangsfläche an der ringförmigen Innenumfangsfläche des Vorsprungs 30 anliegt. Hierbei steht ein Teil des Dichtrings 28 über den Vorsprung 30 über, so dass eine Dichtfläche 42 an dem Endabschnitt 24 der Düsenspannmutter 14 bereitgestellt ist. Somit erstreckt sich der Dichtring 28 über das untere freie Ende der Düsenspannmutter 14 hinaus.

Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Teilbereichs des erfindungsgemäßen Injektors nach einer dritten Ausführungsform. Diese Ausführungsvariante entspricht im Wesentlichen der gemäß Fig. 1, weist jedoch demgegenüber den Unterschied auf, dass der ringförmige Vorsprung 30 an einem Düsenkörperbund 44 des Düsenkörperabschnitts 2 angeordnet ist. Hierbei ist der Vorsprung 30 an einer ringförmigen Düsenkörperschulter 46 des Düsenkörperbundes 44 angeformt. Der Dichtring 28 ist in die durch den Vorsprung 30 ausgebildete Haltekontur eingelegt und in die durch die Düsenkörperschulter 46 und die Innenumfangsfläche des Vorsprungs 30 gebildete Ausnehmung 36 an dem Düsenkörperbund 44 eingepresst. Somit ist der Dichtring 28 über eine Presspassung an dem Düsenkörperbund 44 verklemmt und wird durch die Haltekontur des Vorsprungs 30 fest und sicher an den Injektorkörper 4 gehalten. Der Düsenkörper 4 ist mit dem in Fig. 3 nicht gezeigten Injektorkörper verbunden.

Wie in Fig. 1 und 2 zu erkennen, kann die Montage des Dichtrings 28 im Bereich des Düsenkörperabschnitts 2 des Injektors sowohl an der Düsenspannmutter 14 als auch unmittelbar an den Düsenkörperbund 44 erfolgen. Der Dichtring 28 ist mittels des Vorsprungs 30 einfach und sicher an dem Injektor vormontierbar und kann schnell und einfach, beispielsweise bei Verschleiß, ausgetauscht werden. Hierbei kann der vormontierte Dichtring 28 gleichzeitig mit dem Injektor in die Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 22 eingesetzt werden, wodurch sich die Montage erheblich vereinfacht.

Claims

Injektor für eine Brennkraftmaschine mit einem zylinderförmigen Injektorkörper, einem an dem Injektorkörper angebrachten Düsenkörper (4) und einem Dichtring (28), der an einem Düsenkörperabschnitt (2) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einem Bereich des Düsenkörperabschnitts (2) ein im Wesentlichen ringförmiger Vorsprung (30) vorgesehen ist, der eine Außenumfangsfläche (31) des Dichtrings (28) abschnittsweise umschließt.
Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (30) an einer Düsenspannmutter (14) oder an einem Düsenkörperbund (44) des Düsenkörperabschnitts (2) angeordnet ist.
Injektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Nut (32) in dem Vorsprung (30) vorgesehen ist.
Injektor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (28) mittels zumindest eines Befestigungselementes mit dem Düsenkörperabschnitt (2) verbunden ist.
Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenumfangsfläche des Dichtrings (28) zumindest ein laschenförmiges Halteelement vorgesehen ist.
Injektor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (28) zumindest eine Innenfase, eine Außenfase, einen Innengrat und/oder einen Außengrat aufweist.