EP1427937B1

EP1427937B1 - Brennstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: EP1427937B1
Application number: EP02758113A
Authority: EP
Inventors: Ferdinand Reiter; Martin Maier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2006-10-25
Anticipated expiration: 2022-07-23
Also published as: DE50208558D1; JP2005514549A; CN1473241A; DE10145035A1; ATE343719T1; EP1427937A1; US6863054B2; KR20040044885A; WO2003027492A1; BR0205987A; RU2003109432A; US20040045531A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzsystem nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1.
Aus der EP 0 501 612 A2 ist bereits ein Brennstoffeinspritzsystem bekannt, bei dem eine Brennstoffversorgungsleitung unmittelbar in einer Ventilaufnahme integriert ist. Die Ventilaufnahme, in die ein Brennstoffeinspritzventil einsetzbar ist, ist dabei Teil eines Ansaugrohres. Das Brennstoffsystem weist mehrteilige Ansaugrohre auf, die an ihren Enden Flansche besitzen, mit denen sie untereinander verbunden sind. Die Ansaugrohre sind entweder aus Aluminium oder Kunststoff gefertigt. Die Ventilaufnahmen umgeben jeweils ein Brennstoffeinspritzventil weitgehend mit radialem Abstand, da z. B. die Brennstoffversorgung in den Ventilaufnahmen zu den als sogenannte Side-Feed-Einspritzventile ausgebildeten Brennstoffeinspritzventilen erfolgt. Die Brennstoffeinspritzventile werden in vollständig montiertem Zustand in diese Ventilaufnahmen eingesetzt. Eine Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils in der Ventilaufnahme muss mit wenigstens zwei Dichtringen erfolgen.
Bekannt ist des weiteren aus der US 5,568,798 A ein Brennstoffeinspritzsystem, bei dem ebenfalls eine Brennstoffversorgungsleitung an einem Saugrohr integriert ist. Die Brennstoffversorgungsleitung steht in direktem Kontakt zu einem Brennstoffeinspritzventil, das aus der Leitung mit Brennstoff versorgt wird. Das Brennstoffeinspritzventil erstreckt sich entlang einer Aufnahmeöffnung in der Wandung des Saugrohrs und ragt mit seinem stromabwärtigen Ende in dieses hinein. Die Brennstoffversorgungsleitung ist mit einem elektrischen Leitungssystem ausgestattet, so dass mit dem Einsetzen der Brennstoffeinspritzventile in die Aufnahmeöffnungen eine elektrische Kontaktierung der Ventile vorgenommen wird.
Außerdem ist aus der DE 196 00 378 A1 bereits ein Brennstoffeinspritzsystem bekannt, das sich durch eine besonders hohe Integration verschiedener Komponenten der Brennstoffeinspritzung auszeichnet. Das Brennstoffeinspritzsystem umfasst dabei wenigstens ein Brennstoffeinspritzventil und wenigstens ein Ansaugrohr sowie einen Brennstoffversorgungskanal, die allesamt mit einer Kunststoffummantelung umgeben sind. Die Vollintegration der Brennstoffeinspritzventile an einer aus Kunststoff ausgebildeten Saugrohranlage führt dazu, dass sowohl elektrische als auch hydraulische Schnittstellen reduziert bzw. vermieden werden. So ist nur noch ein kompaktes Bauteil vorhanden, das sehr einfach an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine befestigbar ist. Ebenso sind Mittel zur elektrischen Kontaktierung der Brennstoffeinspritzventile, wie Anschlussstecker, voll in der Kunststoffummantelung integriert. Dieses komplexe Bauteil besitzt jedoch den Nachteil einer komplizierten Herstellung und eines schwierigen Handlings im Kunststoffspritzprozess.
Aus der DE 199 02 186 A1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, das wenigstens einen Brennstoffverteiler und wenigstens ein Brennstoffeinspritzventil umfasst. Der Brennstoffverteiler weist mehrere Anschlussstutzen mit jeweils einer inneren Versorgungsöffnung zur flüssigkeitsdichten Aufnahme eines stromaufwärtigen Zulaufendes des Brennstoffeinspritzventils auf. Der zum Teil als Ventilaufnahme dienende Anschlussstutzen schließt mit seinem einem Brennstoffversorgungskanal des Brennstoffverteilers abgewandten Ende frei liegend ab. An diesem Ende des Anschlussstutzens ist ein erstes Verbindungsmittel in Form von radial nach innen ragenden Haken oder Nasen vorgesehen. Zweite Verbindungsmittel sind an jedem Brennstoffeinspritzventil in Form einer nutförmigen Vertiefung zur verliersicheren Befestigung des Brennstoffeinspritzventils am Anschlussstutzen vorgesehen. Der Anschlussstutzen besitzt in seinem die ersten Verbindungsmittel aufweisenden Endabschnitt wenigstens eine schlitzartige Unterbrechung, um zum Einsetzen des stromaufwärtigen Zulaufendes des Brennstoffeinspritzventils den Anschlussstutzen geringfügig aufspreizen zu können.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise eine deutliche Kostenersparnis erzielt wird. Außerdem ist das Brennstoffeinspritzsystem besonders einfach herstellbar und montierbar. Dadurch, dass die Integration der verschiedenen Komponenten des Brennstoffeinspritzsystems nur teilweise vorgenommen wird, können in sehr einfacher und gut handhabbarer Weise der Brennstoffverteiler und der Ansaugverteiler mit seinen Saugrohren bzw. ein Zylinderkopfmodul separat hergestellt werden. Die Vollintegration der Einspritzventile in jeweils einer vom Brennstoffverteiler ausgehenden und frei hängenden Ventilaufnahme führt dazu, dass sowohl elektrische als auch hydraulische Schnittstellen des Brennstoffeinspritzsystems und der Bauraum für die Brennstoffeinspritzventile reduziert werden. In vorteilhafter Weise sorgen an den frei endenden Ventilaufnahmen ausgebildete Sicherungselemente für eine zuverlässige und verliersichere Positionierung der Brennstoffeinspritzventile am Brennstoffverteiler.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzsystems möglich.
Vorteilhaft ist es, am dem Brennstoffversorgungskanal des Brennstoffverteilers abgewandten Ende der Ventilaufnahme wenigstens eine radial nach innen gerichtete Rastnase zur Sicherung des Brennstoffeinspritzventils vorzusehen. Besonders von Vorteil ist es, wenn drei solcher Rastnasen an der Ventilaufnahme ausgebildet sind.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, die innere Längsöffnung bzw. die gesamte Ventilaufnahme mit einer von einer zylindrischen Form abweichenden Kontur auszubilden, wobei sich insbesondere eine im Querschnitt dachfensterförmige, also eine wenigstens an einer Stelle abgeflachte kreisförmige Ausgestaltung (geschlossene U-Form) anbietet.
Besonders vorteilhaft ist es, elektrische Leitungen zur gemeinsamen elektrischen Kontaktierung der Brennstoffeinspritzventile in dem der Brennstoffversorgung der Brennstoffeinspritzventile dienenden Brennstoffverteiler zu integrieren. Für den elektrischen Anschluss des Brennstoffeinspritzsystems nach außen ist dann nur ein Zentralstecker notwendig.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen teilweisen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzsystem mit zwei Ausführungsvarianten der Abdichtung, Figur 2 eine Unteransicht des Systems in Richtung des Pfeils II in Figur 1, Figur 3 einen teilweisen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzsystem mit einer dritten Ausführungsvariante der Abdichtung und Figur 4 eine elektrische Anschlussmöglichkeit eines Brennstoffeinspritzventils am Brennstoffverteiler.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Figur 1 zeigt einen teilweisen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzsystem, das unter anderem wenigstens ein Brennstoffeinspritzventil 1 umfasst, wobei das Brennstoffeinspritzsystem besonders als Teil einer Brennstoffeinspritzanlage von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen zum Einsatz kommt. In der Figur 1 ist im Schnitt nur ein Brennstoffeinspritzventil 1 in Verbindung zu einem als Einzelsaugrohr ausgebildeten Ansaugrohr 3 dargestellt, das zu einem nicht gezeigten Brennraum der Brennkraftmaschine führt. Das Brennstoffeinspritzsystem wird in der Regel jedoch für eine MPI (Multi-Point-Injection) vorgesehen sein, bei der z. B. jedem Brennraum der Brennkraftmaschine ein Brennstoffeinspritzventil 1 zugeordnet ist. Bei einer Brennkraftmaschine mit vier Brennräumen (4-Zylinder-Motor) verlaufen also z. B. im Brennstoffeinspritzsystem vier Ansaugrohre 3 in Richtung der Brennräume, wobei jeweils ein Brennstoffeinspritzventil 1 in ein Ansaugrohr 3 mündet. Über das beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Ansaugrohr 3 wird Ansaugluft bzw. rückgeführtes Abgas für die Brennkraftmaschine bereitgestellt, wobei die Steuerung der Luftmenge über ein nicht dargestelltes Drosselorgan stromaufwärts der Mündung des Brennstoffeinspritzventils 1 im Ansaugrohr 3 erfolgt.
Als Brennstoffeinspritzventile 1 für den Einsatz in dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystem sind zum Beispiel sogenannte Top-Feed-Einspritzventile geeignet, bei denen die Brennstoffversorgung über das dem Ansaugrohr 3 abgewandte Ende erfolgt. Die Betätigung des nur vereinfacht dargestellten Brennstoffeinspritzventils 1 erfolgt in bekannter Weise z. B. elektromagnetisch. Das Brennstoffeinspritzventil 1 besitzt deshalb einen elektromagnetischen Kreis unter anderem mit einer Magnetspule 5, einem als Innenpol dienenden Kern und einem Anker, die innerhalb einer lang gestreckten, dünnwandigen und nicht magnetischen Ventilhülse 6 angeordnet und nicht explizit dargestellt sind. Die Magnetspule 5 umgibt dabei in einem Spulengehäuse 7 (Figur 4) eingebettet die Ventilhülse 6, die sich über die gesamte Ventillänge erstreckt. Innerhalb der rohrförmigen Ventilhülse 6 ist zudem die eigentliche Ventilgruppe mit einer Ventilnadel und einem Dichtsitz angeordnet. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder bzw. Schließen des Einspritzventils dient der elektromagnetische Kreis.
Der abzuspritzende Brennstoff wird beispielsweise über eine Spritzlochscheibe zugemessen, die stromabwärts des Dichtsitzes vorgesehen ist und die wenigstens eine, beispielsweise vier durch Erodieren oder Stanzen ausgeformte Abspritzöffnungen 8 (Figur 2) aufweist. Die Magnetspule 5 ist von einem als Magnettopf 10 ausgebildeten und als ferromagnetisches Element dienenden Leitelement umgeben, das die Magnetspule 5 in Umfangsrichtung vollständig umgibt sowie mit seinem unteren Ende an der Ventilhülse 6 anliegt und mit dieser fest verbunden ist.
Die Ventilhülse 6 dient mit ihrem zulaufseitigen Ende als Brennstoffeinlassstutzen des Brennstoffeinspritzventils 1, wobei der Brennstoff diesem aus einem Brennstoffverteiler 11 kommend zugeführt wird. Der z.B. aus einem Kunststoff gefertigte Brennstoffverteiler 11 weist einen inneren Brennstoffversorgungskanal 13 auf, der beispielsweise einen kreisförmigen oder einen rechteckförmigen Querschnitt besitzt. Von dem sich entlang einer Längsachse 14 erstreckenden Brennstoffverteiler 11 mit seinem Brennstoffversorgungskanal 13 gehen beispielsweise weitgehend senkrecht zur Längsachse 14 mehrere Ventilaufnahmen 16 ab, die stutzenartig ausgeformt sind und die Brennstoffeinspritzventile 1 in einer inneren Längsöffnung 17 aufnehmen.
Die Ventilaufnahmen 16 s.ind am Brennstoffverteiler 11 frei hängend ausgeführt, womit gemeint ist, dass sie an ihren dem Brennstoffversorgungskanal 13 des Brennstoffverteilers 11 abgewandten Bereichen frei enden und nicht unmittelbar einteilig in ein Ansaugrohr 3 oder ein anderes Zylinderkopfmodul übergehen. Um die Brennstoffeinspritzventile 1 zuverlässig und verliersicher am Brennstoffverteiler 11 zu positionieren, ist jeweils am dem Brennstoffversorgungskanal 13 des Brennstoffverteilers 11 abgewandten Ende 18 der Ventilaufnahme 16 wenigstens ein Sicherungselement vorgesehen. Das Sicherungselement ist beispielsweise als eine radial nach innen gerichtete Rastnase 20 ausgebildet. Besonders von Vorteil ist es, wenn drei solcher Rastnasen 20 über den Umfang der Ventilaufnahme 16 ausgebildet sind. Die Rastnasen 20 untergreifen das Brennstoffeinspritzventil 1 z.B. im Bereich einer Querschnittsverjüngung 21 des Magnettopfes 10. Durch eine gewisse Elastizität der Ventilaufnahme 16 und einer radialen Aufspreizbarkeit der Rastnasen 20 ist das Brennstoffeinspritzventil 1 vom freien Ende der Ventilaufnahme 16 her einführbar. Nach dem Einbringen des Ventils 1 erstrecken sich mehr als 50%, in idealer Weise 2/3 bis 4/5 der Gesamtlänge des Brennstoffeinspritzventils 1 innerhalb der Längsöffnung 17 der Ventilaufnahme 16. Nur ein unteres Ende des Magnettopfes 10 sowie der Ventilhülse 6 mit den Abspritzöffnungen 8 ragen ungeschützt aus der Ventilaufnahme 16 heraus.
Abgedichtet ist das Brennstoffeinspritzventil 1 gegenüber dem Brennstoffverteiler 11 durch ein axial dichtendes Dichtelement 22, das sich einerseits am oberen Ende der Ventilhülse 6 des Brennstoffeinspritzventils 1 und andererseits an einer Schulter 25, die zwischen einer Zuströmöffnung 26 in der Wandung des Brennstoffverteilers 11 und der durchmessergrößeren Längsöffnung 17 der Ventilaufnahme 16 ausgebildet ist, abstützt. Zur Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils 1 innerhalb der Längsöffnung 17 ist der Magnettopf 10 an seinem oberen Ende mit mehreren umlaufenden Rippen versehen, die als Labyrinthdichtung 27 wirken.
Zudem zeigen die Figuren 1 und 3 drei verschiedene Ausführungsvarianten der Abdichtung der Ventilaufnahme 16 gegenüber dem Ansaugrohr 3 bzw. einem anderen Zylinderkopfmodul. In Figur 1 auf der linken Seite ist eine Axialdichtung 28 dargestellt, die an der unteren Stirnseite 29 der Ventilaufnahme 16 in einer Dichtungsnut 32 eingebracht ist. Die Dichtung 28 ist mit rundem oder rechteckigem Querschnitt ausgeführt. An ihrem Ende 18 ist die Ventilaufnahme 16 durch das Einbringen einer solchen Axialdichtung 28 flanschartig verbreitert. Für eine bessere radiale Beweglichkeit der Rastnasen 20, die sich unmittelbar benachbart auf gleicher Höhe befinden, ist ein Axialeinstich 30 im Nutgrund der Dichtungsnut 32 sinnvoll.
Auf der rechten Seite der Figur 1 ist eine Radialdichtung 33 dargestellt, die zweckmäßigerweise an einer Stufe 34 am Außenumfang der Ventilaufnahme 16 angeordnet ist. Die Stufe 34 korrespondiert mit einer Stufe 35 des Ansaugrohres 3, so dass ein Ringraum für die Radialdichtung 33 gebildet ist.
Figur 3 zeigt eine dritte Ausführungsvariante der Abdichtung, bei der am Umfang der Ventilaufnahme 16 ein radialer Überstand 36 ausgebildet ist, der das Einbringen einer Axialdichtung 37 an seiner unteren Stirnfläche z.B. in einer umlaufenden, nutähnlichen Vertiefung 38 erlaubt. Die Dichtungen 22, 28, 33 und 37 sind beispielsweise als Elastomerdichtungen ausgeführt.
Figur 2 eine zeigt eine Unteransicht des Brennstoffeinspritzsystems in Richtung des Pfeils II in Figur 1. Dabei wird deutlich, dass in vorteilhafter Weise die innere Längsöffnung 17 bzw. die gesamte Ventilaufnahme 16 mit einer von einer zylindrischen Form abweichenden Kontur ausgebildet sind, wobei sich insbesondere eine im Querschnitt dachfensterförmige, also eine wenigstens an einer Stelle abgeflachte kreisförmige Ausgestaltung (geschlossene U-Form) anbietet. Auf diese Weise wird sehr einfach eine Verdrehsicherung des Brennstoffeinspritzventils 1 erreicht, wobei von vornherein eine eindeutige Einbaulage festgelegt ist. Die Rastnasen 20 sind dabei im Bereich der kreisförmigen Außenkontur ausgebildet. Dagegen kann der elektrische Anschluss des Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich der abgeflachten Außenkontur der Ventilaufnahme 16 ausgebildet sein, wie Figur 4 zu entnehmen ist.
Figur 4 zeigt eine gegenüber den Figuren 1 und 3 um 90° gedrehte Ansicht des Brennstoffeinspritzsystems, bei der eine elektrische Anschlussmöglichkeit des Brennstoffeinspritzventils 1 verdeutlicht wird. Die Ventilaufnahme 16 weist im Bereich ihrer abgeflachten Außenkontur eine seitliche Ausnehmung 40 auf, durch die hindurch die elektrische Kontaktierung des Brennstoffeinspritzventils 1 erfolgt. Die elektrische Kontaktierung der einzelnen Brennstoffeinspritzventile 1 erfolgt über eine Kontaktschiene 41, die alle Brennstoffeinspritzventile 1 miteinander verbindet. Die Kontaktschiene 41 aus Kunststoff, in der alle notwendigen elektrischen Leitungen integriert sind, stellt eine lang gestreckte flache Platte dar. An einem Kontaktierungsende der Kontaktschiene 41 ist ein nicht dargestellter Zentralstecker, der z. B. bei vier zu kontaktierenden Brennstoffeinspritzventilen 1 fünfpolig ausgelegt ist, angebracht. Die Anzahl der in der Kontaktschiene 41 vorgesehenen elektrischen Leitungen verringert sich mit jedem Brennstoffeinspritzventil 1 um eine bis zum vom Zentralstecker am weitesten entfernt liegenden Brennstoffeinspritzventil 1, zu dem noch zwei elektrische Leitungen führen. Mit dem Brennstoffverteiler 11 bzw. den Ventilaufnahmen 16 ist die Kontaktschiene 41 durch Ultraschallschweißen oder Laserschweißen fest und dicht verbunden. Alternativ ist aber auch eine Clip-Verbindung denkbar.
Zu den Brennstoffeinspritzventilen 1 hin enden die elektrischen Leitungen der Kontaktschiene 41 als federnde Anschlüsse 44, die durch die Ausnehmung 40 in die Längsöffnung 17 hinein ragen. Diese Anschlüsse 44 korrespondieren mit den zwei aus dem Spulengehäuse 7 der Magnetspule 5 heraus ragenden Kontaktstiften 45, wodurch eine sichere elektrische Kontaktierung des Brennstoff einspritzventils 1 gewährleistet ist.

Claims

Brennstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, mit wenigstens einem Brennstoffverteiler (11) und mit wenigstens einem Brennstoffeinspritzventil (1) und wenigstens einer eine innere Längsöffnung (17) aufweisenden Ventilaufnahme (16) als Teil des Brennstoffverteilers (11), in die ein Brennstoffeinspritzventil (1) einbringbar ist, wobei die wenigstens eine Ventilaufnahme (16) mit ihrem einem Brennstoffversorgungskanal (13) des Brennstoffverteilers (11) abgewandten Ende (18) frei liegend abschließt und an diesem Ende (18) der Ventilaufnahme (16) wenigstens ein Sicherungselement (20) zur verliersicheren Befestigung des Brennstoffeinspritzventils (1) innerhalb der Ventilaufnahme (16) mit an- bzw. ausgeformt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventilaufnahme (16) eine von einer zylindrischen Form abweichende Kontur aufweist und/oder die Ventilaufnahme (16) eine innere Längsöffnung (17) zur Aufnahme eines Brennstoffeinspritzventils (1) besitzt, die eine von einer zylindrischen Form abweichende Kontur aufweist, wobei die Ventilaufnahme (16) und/oder die innere Längsöffnung (17) eine im Querschnitt dachfensterförmige Kontur also eine kreisförmige Kontur mit wenigstens einem abgeflachten Bereich besitzen.
Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Sicherungselement wenigstens eine radial nach innen gerichtete Rastnase (20) vorgesehen ist.
Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass drei voneinander beabstandete Rastnasen (20) an der Ventilaufnahme (16) ausgebildet sind.
Brennstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass jedes einzelne Brennstoffeinspritzventil (1) mit elektrischen Leitungen einer Kontaktschiene (41) verbunden ist, über die die elektrische Kontaktierung der Brennstoffeinspritzventile (1) erfolgt, wobei die Kontaktschiene (41) am Brennstoffverteiler (11) befestigt ist und mit einem Zentralstecker endet.
Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventilaufnahme (16) eine seitliche Ausnehmung (40) aufweist, durch die hindurch elektrische Anschlüsse (44) zur elektrischen Kontaktierung des Brennstoffeinspritzventils (1) geführt sind.
Brennstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abdichtung der Ventilaufnahme (16) gegenüber einem Ansaugrohr (3) oder einem anderen Zylinderkopfmodul mittels einer Axialdichtung (28, 37) und/oder einer Radialdichtung (33) erfolgt.
Brennstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils (1) gegenüber dem Brennstoffverteiler (11) mittels eines axial dichtenden Dichtelements (22) erfolgt, das zwischen einer Schulter (25) des Brennstoffverteilers (11) und dem stromaufwärtigen Ende des Brennstoffeinspritzventils (1) angeordnet ist.
Brennstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich nach dem Einbringen und Sichern des Brennstoffeinspritzventils (1) in der Ventilaufnahme (16) mehr als 50% der Gesamtlänge des Brennstoffeinspritzventils (1) innerhalb der Längsöffnung (17) der Ventilaufnahme (16) erstrecken.