EP1358402B1

EP1358402B1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: EP1358402B1
Application number: EP02704617A
Authority: EP
Inventors: Ferdinand Reiter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2022-01-28
Also published as: US20030164411A1; DE50206561D1; EP1358402A1; US6988681B2; DE10103933A1; JP2004518066A; WO2002061269A1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen umfaßt einen Düsenkörper (2), an dessen stromabwärtigen Ende zumindest eine Abspritzöffnung (7) angeordnet ist und an dem zur Abdichtung gegenüber einem angrenzenden Bauteil (32) ein dichtendes Element angeordnet ist, wobei an dem Düsenkörper (2) als dichtendem Element wenigstens eine umlaufende Dichtwulst (31) vorgesehen ist, die mit dem angrenzenden Bauteil (32) einen Preßsitz bildet.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Ein Brennstoffeinspritzventil, das einen auf seiner stromabwärtigen Seite rohrförmigen Düsenkörper aufweist, an dessen stromabwärtigen Ende ein Dichtsitz und eine Abspritzöffnung angeordnet sind, ist z.B. aus der DE 198 49 210 A1 bekannt. Der rohrförmige Teil des Düsenkörpers ist in eine Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfs einführbar. Gegenüber der Aufnahmebohrung des Zylinderkopfs, die einen mit der radialen Ausdehnung des Düsenkörpers korrespondierenden Durchmesser aufweist, ist der Düsenkörper mit einer Dichtung abgedichtet, die näherungsweise die Geometrie eines Hohlzylinders aufweist.
Zur Lagefixierung der Dichtung auf dem Düsenkörper weist der Düsenkörper eine umlaufende Nut auf, die beispielsweise durch Abdrehen des Düsenkörpers eingebracht wird und in die die Dichtung eingesetzt wird. Als Materialien können elastische Materialien eingesetzt werden, die sich zur Montage in der Nut über den Düsenkörper schieben lassen.
Ein weiteres Brennstoffeinspritzventil, bei dem auf dem Düsenkörper ein Dichtelement angeordnet ist, ist aus der DE 198 08 068 A1 bekannt. Die Dichtung ist aus einem metallischen Werkstoff, und dehnt sich in radiale Richtung unter dem Einfluß der Temperatur, die durch den Verbrennungsvorgang entsteht, aus. Dies kann entweder durch eine Formgedächtnislegierung geschehen oder durch die Verwendung einer Bimetalldichtung. Zur Fixierung kann wie bei der DE 198 49 210 A1 eine Nut in dem Düsenkörper verwendet werden.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine erwärmt sich der Metalldichtring und dehnt sich aus. Damit wird im Betrieb die Dichtwirkung erhöht. Zur leichteren Montage weist die Metalldichtung einen geringfügig kleineren Durchmesser auf, als die Aufnahmebohrung für das Brennstoffeinspritzventil, die in den Zylinderkopf eingebracht ist.
Nachteilig bei der in der DE 198 49 210 A1 angegebenen Dichtungslösung ist die auf die Dichtung einwirkende hohe Temperatur. Insbesondere bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen ist eine Vollgasfestigkeit nichtmetallischer Dichtungsmaterialien nicht sicherzustellen.
Die in der DE 198 08 068 A1 offenbarte Lösung hat den Nachteil, daß die Dichtwirkung der metallischen Dichtung temperaturabhängig ist. Nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine dauert es, bis sich durch den Verbrennungsvorgang die Materialien im Umfeld des Brennraums soweit erwärmt haben, bis durch die Wärmeleitung die Temperatur in der Dichtung erreicht ist, welche zu der erforderlichen Formänderung führt. Daher ist zusätzlich zu der vorgestellten Dichtung eine weitere Dichtung erforderlich, um den Brennraum bei Betriebsbeginn der Brennkraftmaschine gegen den Außenraum abzudichten, so daß kein Kompressionsdruck verloren geht.
Weiterhin nachteilig sind die aufwendigen Materialien, die bei der Herstellung sich temperaturabhängig verformender Metalldichtungen zum Einsatz kommen. Eine Formgedächtnislegierung weist eine auf den Einsatzzweck abgestimmte Übergangstemperatur auf. Um diese Übergangstemperatur sicher gewährleisten zu können, ist meist ein enger Spielraum hinsichtlich des Herstellverfahrens erforderlich. Dadurch werden nicht nur die Entwicklungskosten für die Legierung sondern auch die Kosten bei einem Einsatz in einer Serienfertigung erhöht.
Die Verwendung einer Bimetalldichtung erfordert eine Fixierung der Dichtung an dem Düsenkörper, der bei der Verformung als Gegenlager dient. Eine Montage des Bimetalls in einer Nut beispielsweise ist jedoch schwierig, da sich die Eigenschaften des Materials ändern, wenn eines der beiden Metalle eine nicht elastische Verformung bei der Montage erfährt.

Vorteile der Erfindung

Demgegenüber hat das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs den Vorteil, daß zur Abdichtung lediglich eine veränderte Geometrie des Düsenkörpers nötig ist. Durch die einstückige Ausführung der Dichtwülste mit dem Düsenkörper ist von der Dichtung nur gegenüber dem angrenzenden Bauteil eine Dichtfunktion erforderlich. Es kommen dadurch auch keine Werkstoffe in unmittelbarer Umgebung des Brennraums zum Einsatz, die aufgrund der auftretenden Temperaturen beschädigt werden können. Die rein metallische Dichtung ist Bestandteil eines ohnehin verwendeten Bauteils, weswegen auch kein zusätzlicher Korrosionsschutz z.B. wegen möglicher Kontaktkorrosion anfällt.
Die einteilige Ausführung reduziert den Fertigungsaufwand des Brennstoffeinspritzventils und sorgt weiterhin für geringe Ausschußquoten, da ein Montageschritt entfallen kann.
Gemäß den in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Die aufeinanderfolgende Anordnung mehrerer Dichtwülste ist vor allem in Hinblick auf die Zuverlässigkeit der Dichtwirkung vorteilhaft. Die identische Geometrie der einzelnen Erweiterungen erleichtert die Herstellung, wodurch Werkzeugkosten reduziert werden können.
Weiterhin vorteilhaft ist, daß eine Erhöhung der Anzahl der Dichtelemente nicht zu einer Erhöhung der Bauteile des Brennstoffeinspritzventils führen. Die Dichtwülste können in verschiedenen Anzahlen aus derselben Rohform des Düsenkörpers herausgearbeitet werden.
Die Verwendung einer Adapterhülse als angrenzendes Bauteil ermöglicht es, die Abdichtung der Einheit bestehend aus Brennstoffeinspritzventil und Adapterhülse gegenüber dem Zylinderkopf an eine hinsichtlich der Temperatur weniger kritische Stelle zu versetzen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1: einen schematischen Teilschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils; und
Fig. 2: einen schematischen Schnitt im Ausschnitt II der Fig. 1 durch das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Anhand von Fig. 1 wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst in einer Gesamtdarstellung bezüglich seiner wesentlichen Bestandteile kurz erläutert.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt einen Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer in einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein elektromagnetisch betätigtes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch einen Spalt 26 voneinander getrennt und stützen sich auf einem Verbindungsbauteil 29 ab. 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 am Innenpol 13 angespritzt sein kann.
Die Ventilnadel 3 ist in einer scheibenförmig ausgeführten Ventilnadelführung 14 geführt. Dieser ist eine Einstellscheibe 15 zugepaart, welche zur Einstellung des Ventilnadelhubs dient. Auf der stromaufwärtigen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche 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 in den Innenpol 13 eingepreßte Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und einer Führungsscheibe 31 verlaufen Brennstoffkanäle 30a bis 30c. In einer zentralen Brennstoffzufuhr 16 ist ein Filterelement 25 angeordnet. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht dargestellte Brennstoffleitung abgedichtet.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 über den Flansch 21 an der Ventilnadel 3 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 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 Innenpol 13 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, und damit die Ventilnadel 3 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab und der Brennstoff wird von der Abspritzöffnung 7 abgespritzt.
Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 auf den Flansch 21 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich die Ventilnadel 3 entgegen der Hubrichtung bewegt. Dadurch setzt der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 auf, und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 ist gegenüber einer Adapterhülse 32 durch zumindest eine Dichtwulst 31 abgedichtet, die als eine radiale Erweiterung an dem Düsenkörper 2 angeordnet ist. Anstelle der im Ausführungsbeispiel dargestellten Adapterhülse 32 kann ein beliebiges angrenzendes Bauteil verwendet sein. Die Adapterhülse 32 ermöglicht es, Brennstoffeinspritzventile 1 in einen Zylinderkopf einzubauen, der an dem Brennstoffeinspritzventil 1 Änderungen in den Außenabmaßen erfordern Würde. Die Adapterhülse 32 weist an ihrem stromabwärtigen Ende einen rohrförmigen Teil 35 auf, wobei die innere radiale Ausdehnung des rohrförmigen Teils 35 mit der äußeren radialen Ausdehnung des Düsenkörpers 2 korrespondiert. Der rohrförmige Teil 35 hat eine zylindrische Innenkontur. Die Adapterhülse 32 ist auf nicht dargestellte Weise gegen den Zylinderkopf abgedichtet.
Die Länge des rohrförmigen Teils 35 der Adapterhülse 32 ist zumindest so groß, daß alle zur Abdichtung des Düsenkörpers 2 vorgesehenen Dichtwulste 31 zusammen eine kleinere Ausdehnung in axialer Richtung aufweisen als der rohrförmige Teil 35 der Adapterhülse 32 und so innerhalb des rohrförmigen Teils 35 angeordnet sind. Die Dichtwulste 31, die umlaufend als radial erweiterte Bereiche um den zylindrischen Düsenkörper 2 angeordnet sind, weisen eine äußere radiale Ausdehnung auf, die etwas größer ist, als die innere radiale Ausdehnung des rohrförmigen Teils 35 der Adapterhülse 32. Wird der Düsenkörper 2 in die Adapterhülse 32 eingesetzt, so ergibt sich zwischen dem Düsenkörper 2 und der Adapterhülse 32 eine Preßverbindung, durch welche die dichtende Funktion übernommen wird. Da die Adapterhülse 32 ihrerseits auf nicht dargestellte Weise gegen den Zylinderkopf gedichtet ist, ist ein Entweichen des Drucks in dem nicht dargestellten Brennraum in die Umgebung nicht möglich.
Der Düsenkörper 2 ist zylindrisch ausgeführt, wobei seine äußere radiale Ausdehnung insbesondere stromabwärts der Dichtwulste 31 etwas kleiner ist, als die äußere radiale Ausdehnung der Dichtwulste 31. Die Kontaktfläche zwischen dem Düsenkörper 2 und der Adapterhülse 32 ist dadurch auf die Dichtwulste 31 beschränkt. Die sich aufgrund der Preßverbindung und der kleinen Kontaktfläche ergebende. Flächenpressung sorgt für die Dichtwirkung. Die in axialer Richtung aufeinanderfolgen angeordneten Dichtwulste 31 weisen identische Querschnitte auf.
Anstelle der Adapterhülse 32 kann das Brennstoffeinspritzventil 1 auch direkt in einen Zylinderkopf einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine montiert werden. Dazu weist der Zylinderkopf eine Aufnahmeausnehmung für das Brennstoffeinspritzventil 1 auf, die zumindest in einem Teilbereich der Geometrie der Adapterhülse 32 entspricht, so daß in Einbauposition des Brennstoffeinspritzventils 1 die Dichtwulste 31 des Düsenkörpers 2 das Brennstoffeinspritzventil 1 gegen die Aufnahmeausnehmung des Zylinderkopfs dichten. Alternativ zu der im dargestellten Ausführungsbeispiel identischen Geometrie der einzelnen Dichtwulste 31 können die Dichtwulste 31. auch mit unterschiedlichen Querschnitten ausgebildet sein.
In Fig. 2 ist der dichtende Abschnitt des Düsenkörpers 2 aus Fig. 1 vergrößert dargestellt. Die Dichtwulste 31 bilden die einzigen Kontaktflächen des Düsenkörpers 2 mit der Adapterhülse 31 und erzeugen so die dichtende Flächenpressung. Stromaufwärts und stromabwärts der Dichtwulste 31 ist durch die geringere radiale Ausdehnung des Düsenkörpers 2 im Vergleich zu der inneren radialen Ausdehnung der Adapterhülse 32 ein Luftspalt 34 ausgebildet.
Die Außenradien 33 der Dichtwulste 31 im Bereich der Anlagefläche an die Adapterhülse 32 sind so groß gewählt, daß bei der Montage keine Späne von der Adapterhülse 32 abgeschabt werden können. Insbesondere bei einem direkten Einbau in einen Zylinderkopf ist die spanfreie Montage wichtig, da die Metallspäne direkt in den Brennraum fallen würden.

Claims

Brennstoff einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem Düsenkörper (2), an dessen stromabwärtigen Ende zumindest eine Abspritzöffnung (7) angeordnet ist und an dem zur Abdichtung gegenüber einem angrenzenden Bauteil (32) ein dichtendes Element angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Düsenkörper (2) als dichtendes Element zumindest eine umlaufende Dichtwulst (31) aufweist, die mit einem angrenzenden Bauteil (32) einen Preßsitz bildet.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Düsenkörper (2) in axialer Richtung mehrere Dichtwulste (31) aufeinanderfolgend angeordnet sind.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtwulste (31) eine identische Geometrie aufweisen.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Düsenkörper (2) zumindest im Bereich der Dichtwulste (31) bis zu seinem stromabwärtigen Ende zylinderförmig ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Brennstoffeinspritzventil (1) mit dem stromabwärtigen Ende des Düsenkörpers (2)in das angrenzende Bauteil (32) einführbar ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das angrenzende Bauteil (32) eine auf das Brennstoffeinspritzventil (1) aufschiebbare Adapterhülse (32) ist.