EP1364118B1

EP1364118B1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: EP1364118B1
Application number: EP02712800A
Authority: EP
Inventors: Waldemar Hans
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2002-02-21
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2022-02-21
Also published as: DE50211669D1; WO2002066820A1; DE10108195A1; US20030168533A1; JP4095897B2; EP1364118A1; CZ20023425A3; JP2004518851A; US6953162B2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Montage eines Brennstoffeinspritzventils nach der Gattung des Anspruchs 1.
Aus der DE 196 00 403 A1 ist beispielsweise ein elektromagnetisches Brennstoffeinspritzventil und eine dafür geeignete Befestigungsstruktur bekannt, mit denen für eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinder-Einspritzsystem die Anforderungen an die Abdichtwirkung, die thermische Resistenz und die Druckresistenz erfüllt werden. Besondere Sorgfalt wird dabei auf die Abdichtung des Bereichs in unmittelbarer Nachbarschaft zum Zylinder gerichtet, in dem das elektromagnetische Brennstoffeinspritzventil befestigt ist, wie auch auf einen davon weiter entfernten Bereich. Daraus resultiert, daß erfindungsgemäß ein erster Dichtabschnitt mit einem ersten Dichtungsring, der als gewellter Unterlegring ausgeführt ist, an einer Stelle nahe am Zylinder und zwischen dem Brennstoffeinspritzventil und dem Zylinderkopf liegt. Ferner ist ein zweiter Dichtabschnitt mit einem zweiten Dichtungsring, der ebenfalls als gewellter Unterlegring ausgeführt ist, an einer Stelle positioniert, die weiter vom Zylinder entfernt ist als der erste Dichtabschnitt.
Nachteilig an dem aus der DE 196 00 403 AI bekannten Brennstoffeinspritzventil sind einerseits der Fertigungsaufwand sowie die bedingt durch veredelte Materialien, wie z. B. silberplattiertes INCONEL, hohen Produktionskosten für die Dichtringe.
Andererseits ist mit einer hohen Dichtwirkung auch immer ein hoher Montageaufwand verbunden, der große maschinelle Kräfte bei der Montage erfordert und Beschädigungen der Bauteile zur Folge haben kann.
Aus der JP 10-115267 A ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine bekannt. Das Einspritzventil weist dabei ein u.a. aus einem ersten Düsenkörper gebildetes Ventilgehäuse als Außenpol eines als Antrieb dienenden elektromagnetischen Kreises auf. Ein zweiter Düsenkörper als Teil des Ventilgehäuses dient der Führung einer Ventilnadel und weist einen festen Ventilsitz auf. Ein wellenförmig ausgebildetes und mehrere Lagen umfassendes Dichtelement ist zwischen einer unteren Stirnfläche des ersten Düsenkörpers und einer oberen Stirnfläche einer Schulter des Zylinderkopfes eingespannt. Am äußeren Umfang des zweiten Düsenkörpers sind mehrere Rillen vorgesehen, in die Material des ersten Düsenkörpers bei einer Verformung dieses Düsenkörpers plastisch verschiebbar ist, um eine feste und dichte Verbindung der beiden Düsenkörper herzustellen.
Aus der JP 2000-337227 A ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine bekannt. Das Einspritzventil weist dabei ein u.a. aus einem ersten Düsenkörper gebildetes Ventilgehäuse als Außenpol eines als Antrieb dienenden elektromagnetischen Kreises auf. Ein zweiter Düsenkörper als Teil des Ventilgehäuses dient der Führung einer Ventilnadel und nimmt einen Ventilsitzkörper auf. Ein zwei Lagen umfassendes Dichtelement ist zwischen einer unteren Stirnfläche eines wannenförmigen Aufsatzkörpers, der auf den zweiten Düsenkörper bis zur Anlage an einer Begrenzungsfläche des ersten Düsenkörpers aufgeschoben ist, und einer oberen Stirnfläche einer Schulter des Zylinderkopfes eingebracht.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage eines Brennstoffeinspritzventils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der Dichtring durch eine Stempelhülse so in eine Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine einpreßbar ist, daß seine axiale Ausdehnung zugunsten seines radialen Durchmessers so reduzierbar ist, daß eine zuverlässige Dichtwirkung erzielt wird. In der Folge wird des Dichtring so verformt, dass er an einer Wandung der Aufnahmebohrung anliegt, wodurch eine besonders hohe Dichtwirkung erreicht wird. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens zur Montage eines Brennstoffeinspritzventils möglich.
Von Vorteil ist insbesondere, daß die Stempelhülse in einfacher Art herstellbar und zwischen dem Dichtring und einem Gehäuseabschlußteil des Brennstoffeinspritzventils anzuordnen ist.
Die Verwendung einer Beilagscheibe abströmseitig des Dichtrings ist besonders vorteilhaft, da durch diese Maßnahme ein zerstörerischer Kontakt zwischen dem Dichtring und den im Brennraum vorhandenen Gemischen weitgehend unterbunden werden kann.
Die Ausbildung eines Spaltes zwischen dem Düsenkörper und der Wandung der Aufnahmebohrung im Zylinderkopf ermöglicht vorteilhafterweise eine druckunterstützte Dichtwirkung während des Betriebs des Brennstoffeinspritzventils.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen schematischen Schnitt eines Brennstoffeinspritzventils in einer Gesamtansicht,
Fig. 2A-B: einen schematischen Ausschnitt im Bereich II in Fig. 1 aus dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Montage eines Brennstoffeinspritzventils, und
Fig. 3A-B: einen schematischen Ausschnitt im gleichen Bereich wie Fig. 2A und 2B. aus einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Verfahrens zur Montage eines Brennstoffeinspritzventils.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich 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 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht in Wirkverbindung mit einem Ventilschließkörper 4, der mit einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt.
Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer Magnetspule 10 sowie durch einen Dichtring 34 gegen einen Zylinderkopf 35 der Brennkraftmaschine abgedichtet. Der Dichtring 34 besteht vorzugsweise aus Teflon^®, um eine zuverlässige Dichtwirkung zu erzielen. Der Dichtring 34 wird erfindungsgemäß bei der Montage durch eine Stempelhülse 36 an einer Schulter 37 einer Aufnahmebohrung 38 des Zylinderkopfes 35 in Anlage gebracht, wie in Fig. 1 dargestellt. Die Stempelhülse 36 stützt sich dabei zulaufseitig beispielsweise an einem Gehäuseabschlußteil 45 ab.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 hat zu dem in Fig. 1 dargestellten Zeitpunkt noch nicht seine endgültige Montageposition eingenommen, so daß der Zylinderkopf 35 und der Ventilsitzkörper 5 des Brennstoffeinspritzventils 1 noch nicht bündig abschließen. Sobald das Brennstoffeinspritzventil 1 weiter in die Aufnahmebohrung 38 eingepreßt wird, stellt sich durch Verpressung des Dichtrings 34 die gewünschte Dichtwirkung ein. Eine detaillierte Darstellung des Dichtrings 34 sowie seiner Funktionsweise ist der Beschreibung der Fig. 2A und 2B zu entnehmen.
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 Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. An der anderen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
Abströmseitig des Ankers 20 ist ein zweiter Flansch 31 angeordnet, der als unterer Ankeranschlag dient. Er ist über eine Schweißnaht 33 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 verbunden. Zwischen dem Anker 20 und dem zweiten Flansch 31 ist ein elastischer Zwischenring 32 zur Dämpfung von Ankerprellern beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1 angeordnet.
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, zur Abspritzöffnung 7 leiten. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Verteilerleitung abgedichtet.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der erste Flansch 21 an der Ventilnadel 3 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 am Ventilsitz 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Der Anker 20 liegt auf dem Zwischenring 32 auf, der sich auf dem zweiten Flansch 31 abstützt. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt. Dabei nimmt der Anker 20 den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, und damit die Ventilnadel 3 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, wodurch der über die Brennstoffkanäle 30a bis 30c zur Abspritzöffnung 7 geführte Brennstoff abgespritzt wird.
Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 auf den ersten 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. Der Anker 20 setzt auf dem durch den zweiten Flansch 31 gebildeten Ankeranschlag auf.
Fig. 2A und 2B zeigen in einer auszugsweisen Schnittdarstellung jeweils den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt aus dem Brennstoffeinspritzventil 1 in verschiedenen Montagezuständen. Übereinstimmende Bauteile sind in allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Wie bereits in der Beschreibung zu Fig. 1 erwähnt, ist der Dichtring 34 in seiner radialen Ausdehnung so ausgelegt, daß er mit dem Brennstoffeinspritzventil 1 ohne Kraftaufwand in die Aufnahmebohrung 38 des Zylinderkopfes 35 einschiebbar ist. Sobald der Dichtring 34 in Anlage an der Schulter 37 der Aufnahmebohrung 38 anliegt, kann keine weitere axiale Verschiebung des Dichtrings 34 mehr stattfinden. Da jedoch das Brennstoffeinspritzventil 1 noch nicht weit genug in die Aufnahmebohrung 38 des Zylinderkopfes 35 eingepreßt ist, um z. B. bündig mit dem Zylinderkopf 35 abzuschließen, muß die weitere Montage unter erhöhtem Kraftaufwand unter einer Reduzierung der axialen Ausdehnung des Dichtrings 34 erfolgen. Dies wird durch einen radialen, beispielsweise rechtwinklig abgeknickten, scheibenförmig ausgebildeten Fortsatz 40 der Stempelhülse 36, der zuströmseitig auf dem Dichtring 34 aufliegt, erzielt. Durch die so aufgewendete Krafteinwirkung bei der Montage wird der Dichtring 34 in axialer Richtung immer flacher, während er sich in radialer Richtung ausweitet. In der Folge wird der Dichtring 34 so verformt, daß er an einer Wandung 39 der Aufnahmebohrung 38 anliegt; Die Dichtwirkung des erfindungsgemäß ausgestalteten Dichtrings 34 ist somit durch radiale Verpressung zuverlässig möglich. Dieser Vorgang wird so lange durchgeführt, bis das Brennstoffeinspritzventil 1 z. B. bündig mit dem Zylinderkopf 35 abschließt. Abschließend wird das Brennstoffeinspritzventil 1 im Zylinderkopf 35 mittels geeigneter Maßnahmen fixiert, so daß der Dichtring 34 in der verpreßten Form erhalten wird. Der Einpreßweg des Brennstoffeinspritzventils 1, der einen erhöhten Kraftaufwand erfordert, ist gegenüber herkömmlichen Dichtringen 34 stark reduziert.
Da der Brennraumdruck brennraumseitig des Dichtrings 34 größer als der Umgebungsdruck brennraumabgewandt des Dichtrings 34 ist, wird der Dichtring 34 über einen Spalt 41 zwischen dem Düsenkörper 2 und dem Zylinderkopf 35 mit Brennraumdruck beaufschlagt, so daß die Dichtwirkung während des Betriebes des Brennstoffeinspritzventils 1 verstärkt wird.
Fig. 3A und 3B zeigen einen schematischen Ausschnitt im gleichen Bereich wie Fig. 2A und 2B aus einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils 1. Auf eine wiederholende Beschreibung bereits beschriebener Bauteile wird dabei verzichtet.
Um eine gleichmäßigere Belastung des Dichtrings 34 zu erreichen sowie um zu verhindern, daß der Dichtring 34 in den Spalt 41 gedrückt wird, kann zur Unterstützung auch, wie in den Fig. 3A und 3B dargestellt, eine Beilagscheibe 42 abströmseitig des Dichtrings 34 angeordnet sein. Weiterhin kann durch die Beilagscheibe 42 ein direkter Kontakt des Dichtrings 34 mit den im Brennraum vorhandenen Gemischen, die eine korrosive Wirkung auf den Dichtring 34 ausüben können, vermieden werden.
Zusätzlich kann der Dichtring 34 auch teilweise in eine nutförmige Ausnehmung 43 des Düsenkörpers 2 eingelegt sein, um die radiale Verpreßbarkeit zu erhöhen. Wird dann, wie im vorherigen Ausführungsbeispiel erläutert, das Brennstoffeinspritzventil 1 mit dem daran angebrachten Dichtring 34 montiert, erfolgt wiederum eine radiale Verpressung des Dichtrings 34 durch den Fortsatz 40 der Stempelhülse 36, dieses Mal unterstützt durch die Ausnehmung 43 des Düsenkörpers 2 und die abströmseitig angeordnete Beilagscheibe 42.
Auch in diesem Fall wird die Dichtwirkung des Dichtrings 34 durch den Brennraumdruck über den Spalt 41 zwischen dem Zylinderkopf 35 und dem Düsenkörper 2 verstärkt. Bedingt durch einen nach der Verpressung in der Ausnehmung 43 entstandenen Ringspalt 44 wird dieser Effekt noch zusätzlich verstärkt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und auch für andere Formen von Dichtringen 34 sowie für beliebige Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1, beispielsweise für Brennstoffeinspritzventile 1 mit Anbindung an ein Saugrohr oder ein Common-Rail-System, anwendbar.

Claims

Verfahren zur Montage eines Brennstoffeinspritzventils (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff, insbesondere in den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine, in einen Zylinderkopf (35), wobei das Brennstoffeinspritzventil (1) ein aus einem Düsenkörper (2) gebildetes Ventilgehäuse und einen Dichtring (34), der das Brennstoffeinspritzventil (1) gegen den Zylinderkopf (35) der Brennkraftmaschine abdichtet, umfasst, und der Dichtring (34) in einem Endzustand der Montage so von einem radialen Fortsatz (40) einer zulaufseitig des Dichtrings (34) angeordneten, unabhängig vom Ventilgehäuse ausgebildeten Stempelhülse (36) beaufschlagt wird, dass die axiale Erstreckung des Dichtrings (34) zugunsten der radialen Erstreckung des Dichtrings (34) gegenüber der axialen Erstreckung des Dichtrings (34) im unverspannten Zustand kleiner ist, wobei die radiale Ausdehnung des Dichtrings (34) vor der Montage kleiner ist als eine zwischen dem Düsenkörper (2) und dem Zylinderkopf (35) ausgebildete Aufnahmebohrung (38),
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Folge der Dichtring (34) so verformt wird, dass er an einer Wandung (39) der Aufnahmebohrung (38) anliegt.
Verfahren zur Montage eines Brennstoffeinspritzventils nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich der Dichtring (34) an einer Schulter (37) der Aufnahmebohrung (38) des Zylinderkopfes (35) abstützt.
Verfahren zur Montage eines Brennstoffeinspritzventils nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stempelhülse (36) rohrförmig ausgebildet ist und auf den Düsenkörper (2) aufgeschoben wird.
Verfahren zur Montage eines Brennstoffeinspritzventils nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Stempelhülse (36) an einem Gehäuseabschlussteil (45) des Brennstoffeinspritzventils (1) abstützt.
Verfahren zur Montage eines Brennstoffeinspritzventils nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der Schulter (37) der Aufnahmebohrung (38) und dem Dichtring (34) eine Beilagscheibe (42) angeordnet wird.
Verfahren zur Montage eines Brennstoffeinspritzventils nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Dichtring (34) teilweise in einer äußeren Ausnehmung (43) des Düsenkörpers (2) angeordnet wird.