EP1941152B1 - Injektor mit dichtung und stützring - Google Patents

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EP1941152B1
EP1941152B1 EP06793710A EP06793710A EP1941152B1 EP 1941152 B1 EP1941152 B1 EP 1941152B1 EP 06793710 A EP06793710 A EP 06793710A EP 06793710 A EP06793710 A EP 06793710A EP 1941152 B1 EP1941152 B1 EP 1941152B1
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sealing
openings
injector according
ring
supporting ring
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Lorenz Zerle
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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    • F02M61/166—Selection of particular materials

Definitions

  • the invention relates to an injector, in particular for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine according to the closer defined in the preamble of claim 1.
  • Such an injector is z. B. from the DE 102 20 457 A1 known.
  • the injector disclosed therein has a pressure chamber which is sealed between a high-pressure region and a low-pressure region by means of a sealing element.
  • the sealing element is received between two annular walls of the pressure chamber and a pressure chamber bottom and formed annular.
  • the sealing element is formed as a solid one-piece metallic sealing ring, which means a press fit is received on the inner annular wall.
  • an injector which has a sealing element which is designed as a sealing ring with a support ring.
  • the shear-soft sealing ring is made of a mixture of polytetrafluoroethylene (PTFE) and bronze powder, so that extrusion by means of the support ring is to be prevented.
  • the support ring is to prevent a high-pressure build-up between the sealing ring and the support ring, so that a high migration of the sealing ring is avoided.
  • the support ring on the edge crescent-shaped cutouts and relief grooves.
  • the invention provides an injector, in particular for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, with a longitudinally displaceable in a valve housing valve member and a formed between the valve housing and the valve element annular pressure chamber with a valve disposed between the valve body and valve element sealing element, wherein the sealing element is a sealing ring and a assigned Support ring and the sealing ring has a radially inner sealing surface and a radially outer sealing surface, and wherein according to the invention the support ring has at least one opening which is spaced from a radially inner and radially outer edge region of the support ring.
  • the injector according to the invention has the advantage that in the proposed design of the sealing element, the defined by the at least one opening Leckagequeritessional is clearly defined and can not be changed and undefined by a deformation of the support ring. As a result, the tolerances of the effective opening cross-sections are defined and can be handled more easily.
  • the influence of micro-movement between different elements of the injector is reduced to the leakage surfaces, since the leakage surfaces are located radially in the inner region of the support ring and not at its edge region.
  • the at least one opening is arranged in the radially central region of the support ring, since then the opening and the surrounding sealing surface is located on the primary pressure force line acts on the sealing ring.
  • the importance of the radial contact pressures for the sealing effect is almost canceled.
  • the fuel penetrating into the radial gap can no longer increase the shear load in the sealing ring material and thus increase the risk of extrusion.
  • FIG. 1 and also the FIG. 2 each show a section of an injector 1 for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, in particular for fuel injection systems of the common rail type for motor vehicles.
  • a pressure chamber 3 is formed, which is arranged in an annular manner around a valve element 4 designed as an insert part.
  • the pressure chamber 3 is formed by two radially spaced annular walls 3A, 3B and a pressure chamber bottom 8.
  • the radially inner annular wall 3A is formed by the valve element 4 and the radially outer annular wall 3B through the housing 2.
  • the pressure chamber 3 is by means of a bore 5 with a high pressure inlet 6 of a high pressure source in fluid communication.
  • annular sealing element 7 is disposed within the pressure chamber 3 at the brennraum workedem end, which by the pressure prevailing in the pressure chamber 3 high pressure on the pressure chamber bottom 8 and against the radial side walls 3A, 3B of the pressure chamber 3 is pressed.
  • the operation and structural design of the other elements of the injector 1 may be of conventional type as in the DE 102 20 457 A1 and the DE 196 19 523 A1 described.
  • the sealing element 10 is formed in two parts and consists of a push-soft sealing ring 11 made of PTFE and bronze powder and an underlying support ring 12 made of sheet steel.
  • the task of the support ring 12 is to prevent a material extrusion of the sealing ring 11 and a high-pressure construction between the sealing ring 11 and the support ring 12 in order to avoid thereby a possible high migration of the sealing ring 11.
  • the sealing effect of the sealing ring 11 is effected by radial contact pressure of the sealing material to the valve element 4 and the radial wall of the pressure chamber 3, wherein the contact pressure must always be at least as large as the high pressure to prevent ingress of the pressure medium in the sealing area.
  • the sealing ring 11 after FIGS. 3 and 4 has crescent-shaped cutouts (not shown) on the radially outer edge portion 13 of the support ring 12 in order to avoid a high migration of the sealing ring 11 due to a double seal by the sealing ring 11 and the support ring 12 and a pressure build-up between them.
  • the sickle-shaped leakage point opens a drainage possibility in a gap to the return or low pressure area when pressure medium, as in FIG. 4 shown penetrates into a gap 20 between the sealing ring 11 and the radially outer wall 3 B of the pressure chamber 3.
  • arrows 50 represent the axial primary high pressure load acting on the sealing ring due to the high pressure.
  • a secondary radial contact pressure 51 is generated which presses the sealing ring 11 against the radially spaced annular surfaces 3A, 3B of the pressure chamber 3.
  • an axial back pressure 52 which is transmitted through the support ring 12 to the sealing ring 11 acts.
  • FIG. 4 can be seen how an advance of pressure medium, such. As fuel, takes place under high pressure in the sealing gap 20 and leads to a deformation of the sealing ring 11. This results in a region 53 with increased thrust load in the sealing ring 11.
  • the Figures 5a, 5b and 5c show a support ring 30 of the sealing element 7 of the injector 1 of Figures 1 and 2 in a top view, in section and in a top view from below.
  • the support ring 30, which can be combined with a sealing ring according to FIG. 3, has a plurality of axially extending openings 31, which are distributed over the circumference of the support ring 30.
  • the openings 31 may be evenly distributed over the circumference of the support ring, for. B. at 90 ° angle, but also be distributed unevenly depending on the application.
  • the support ring 30 also has aligned in the radial direction grooves 32 which form a leakage path for the pressure medium in the radial direction inwardly toward a gap 54 on the underside of the support ring 30.
  • the grooves 32 are introduced by a forming process such as pressing in the support ring 30.
  • All of the grooves 32 had an outwardly radially sealing ridge 55 to safely prevent leakage flows between the annular surface 3B and the outer rim 30B.
  • four grooves 32 are uniform, d. H. at 90 ° to each other, distributed over the circumference of the support ring 30.
  • the number of grooves 32 and their distribution over the circumference of the support ring 30 vary.
  • an opening 31 can be arranged relative to a groove 32 with an arbitrary angular offset ⁇ .
  • the opening 31 is preferably provided in the region of the groove 32.
  • the openings 31 may be formed as round openings, such as holes. Preferably, they are formed with an opening diameter of about 0.1 mm at an inner diameter of the support ring 30 of about 8 mm and an outer diameter of about 10 mm.
  • the opening cross-sections can vary depending on the functional requirement in terms of shape, location and geometric design.
  • the openings are arranged away from the radially inner edge 30A and from the radially outer edge 30B of the support ring 30, preferably in the radial direction of the annular surface in the center of the support ring, which merges at its inner edge into an axially aligned gutter 56.
  • a double seal is particularly efficiently prevented by sealing ring and support ring and thus a high migration of the sealing ring, wherein the arrangement of the leakage openings in the central region of the support ring is advantageous in that a possible deformation of the support ring 30 has no effect on the Size of the leakage openings can take. As a result, the sealing element 7 is much less susceptible to tolerances.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor insbesondere zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem in einem Ventilgehäuse längsverschiebbaren Ventilelement und einer zwischen Ventilgehäuse und Ventilelement ausgebildeten ringförmigen Druckkammer mit einem darin zwischen Ventilgehäuse und Ventilelement angeordneten Dichtelement, wobei das Dichtelement einen Dichtring und einen zugeordneten Stützring (30) aufweist und der Dichtring eine radial innen liegende Dichtfläche und eine radial außen liegenden Dichtfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (30) zumindest eine Öffnung (31) aufweist, die von einem radial inneren und radial äußeren Randbereich (30A, 30B) des Stützrings (30) beabstandet ist (Figur 5a).

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Injektor insbesondere zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
  • Solch ein Injektor ist z. B. aus der DE 102 20 457 A1 bekannt. Der darin offenbarte Injektor weist eine Druckkammer auf, welche zwischen einem Hochdruckbereich und einem Niederdruckbereich mittels eines Dichtelements abgedichtet ist. Das Dichtelement ist dabei zwischen zwei ringförmigen Wandungen der Druckkammer und einem Druckkammerboden aufgenommen und ringförmig ausgebildet. Das Dichtelement ist als massiver einteiliger metallischer Dichtring ausgebildet, welcher mittels eines Presssitzes an der inneren ringförmigen Wandung aufgenommen ist.
  • Des Weiteren ist aus der DE 10 2004 015 133 A1 ein Injektor bekannt, welcher ein Dichtelement aufweist, welches als Dichtring mit einem Stützring ausgebildet ist. Der schubweiche Dichtring ist aus einer Mischung aus Polytetraflourethylen (PTFE) und Bronzepulver hergestellt, so dass eine Extrusion mittels des Stützringes verhindert werden soll. Auch soll der Stützring verhindern, dass zwischen Dichtring und Stützring ein Hochdruckaufbau stattfindet, damit ein Hochwandern des Dichtrings vermieden wird. Dazu weist der Stützring am Rand sichelförmige Ausschnitte und Entlastungsnuten auf.
  • Dadurch kann es jedoch im Betrieb des Injektors zu plastischen Verformungen des Stützrings in Folge einer Hochdruckbelastung kommen, so dass der effektive Querschnitt der Aussparung nicht definiert und sehr toleranzbehaftet ist.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die Erfindung sieht einen Injektor insbesondere zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vor, mit einem in einem Ventilgehäuse längsverschiebbaren Ventilelement und einer zwischen Ventilgehäuse und Ventilelement ausgebildeten ringförmigen Druckkammer mit einem darin zwischen Ventilgehäuse und Ventilelement angeordneten Dichtelement, wobei das Dichtelement einen Dichtring und einen zugeordneten Stützring aufweist und der Dichtring eine radial innen liegende Dichtfläche und eine radial außen liegenden Dichtfläche aufweist, und wobei erfindungsgemäß der Stützring zumindest eine Öffnung aufweist, die von einem radial inneren und radial äußeren Randbereich des Stützrings beabstandet ist.
  • Der erfindungsgemäße Injektor weist den Vorteil auf, dass bei der vorgeschlagenen Ausbildung des Dichtelements die durch die wenigstens eine Öffnung festgelegte Leckagequerschnittsfläche klar definiert ist und sich nicht durch eine Verformung des Stützrings verändern und undefiniert werden kann. Dadurch sind auch die Toleranzen der effektiven Öffnungsquerschnitte definiert und können so leichter gehandhabt werden.
  • Durch die definierte Ausbildung der Öffnungsquerschnitte im Stützring ist weiterhin die Extrusionsgefahr des Dichtelements reduziert.
  • Des Weiteren wird der Einfluss einer Mikrobewegung zwischen verschiedenen Elementen des Injektors auf die Leckageflächen reduziert, da die Leckageflächen radial im inneren Bereich des Stützringes liegen und nicht an seinem Randbereich.
  • Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn die wenigstens eine Öffnung im radial mittleren Bereich des Stützrings angeordnet ist, da sich dann die Öffnung und die sie umgebende Dichtfläche auf der primären Druckkraftlinie befindet, die auf den Dichtring wirkt. Dadurch wird die Bedeutung der radialen Anpressdrücke für die Dichtwirkung nahezu aufgehoben. Im Falle von Dichtringen mit radialer Formabweichung oder auch geringfügigen Beschädigungen kann der in den radialen Spalt eindringende Kraftstoff nicht mehr die Schubbelastung im Dichtringmaterial steigern und somit die Extrusionsgefahr erhöhen.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
    • Zeichnung
  • In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Aüsführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffhochdruckvorrichtung und die Wirkungsweise eines Dichtelements schematisch vereinfacht dargestellt, welche in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden. Es zeigt
    • Figur 1 eine schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Injektors mit einem Dichtelement;
    • Figur 2 einen Bereich X der Figur 1 in vergrößertem Maßstab;
    • Figur 3 das Wirkprinzip eines Dichtelements ohne erfindungsgemäße Öffnungen;
    • Figur 4 eine weitere Veranschaulichung des Wirkprinzips eines Dichtelements ohne erfindungsgemäße Öffnungen;
    • Figur 5a eine Draufsicht auf einen Stützring eines Dichtelements mit wahlweise angeordneten Bohrungen in Alleinstellung;
    • Figur 5b einen Querschnitt durch den Stützring der Figur 5a; Figur 5c ein Ansicht des Stützrings der Figuren 5a und 5b von unten; und
    • Figur 5d einen vergrößerten Querschnitt durch den Stützring der Figur 5b.
    Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Die Figur 1 und auch die Figur 2 zeigen jeweils einen Ausschnitt eines Injektors 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftstoffeinspritzanlagen der Common-Rail-Bauart für Kraftfahrzeuge.
  • Innerhalb eines Gehäuses 2 des Injektors 1 ist eine Druckkammer 3 ausgebildet, die ringförmig um ein als Einsatzteil ausgebildetes Ventilelement 4 angeordnet ist. Die Druckkammer 3 wird gebildet durch zwei radial beabstandete Ringwände 3A, 3B und einen Druckkammerboden 8. Dabei wird die radial innen liegende Ringwand 3A durch das Ventilelement 4 gebildet und die radial außen liegende Ringwand 3B durch das Gehäuse 2. Die Druckkammer 3 steht mittels einer Bohrung 5 mit einem Hochdruckeinlass 6 einer Hochdruckquelle in Fluidverbindung.
  • Am Umfang des Ventilelements 4 ist innerhalb der Druckkammer 3 an deren brennraumseitigem Ende ein ringförmiges Dichtelement 7 angeordnet, welches durch den in der Druckkammer 3 herrschenden Hochdruck auf den Druckkammerboden 8 und gegen die radialen Seitenwände 3A, 3B der Druckkammer 3 gepresst wird.
  • Die Wirkungsweise und konstruktive Gestaltung der weiteren Elemente des Injektors 1 können von herkömmlicher Art sein wie in der DE 102 20 457 A1 und der DE 196 19 523 A1 beschrieben.
  • Zur Verdeutlichung der Vorteile der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Dichtelements 7 zeigen die Figuren 3 und 4 die Dichtelementwirkungsweise anhand eines Dichtelementes 10 bekannter Bauart.
  • Das Dichtelement 10 ist zweiteilig ausgebildet und besteht aus einem schubweichen Dichtring 11 aus PTFE und Bronzepulver sowie einem darunter angeordneten Stützring 12 aus Stahlblech. Die Aufgabe des Stützrings 12 ist es, eine Materialextrusion des Dichtrings 11 und einen Hochdruckaufbau zwischen Dichtring 11 und Stützring 12 zu verhindern, um ein dadurch mögliches Hochwandern des Dichtrings 11 zu vermeiden.
  • Die Dichtwirkung des Dichtrings 11 erfolgt durch radiale Anpressung des Dichtmaterials an das Ventilelement 4 und die radiale Wandung der Druckkammer 3, wobei der Anpressdruck stets mindestens so groß sein muss, wie der Hochdruck, um ein Eindringen des Druckmediums in den Dichtungsbereich zu verhindern.
  • Der Dichtring 11 nach Figur 3 und 4 weist sichelförmige Ausstanzungen (nicht dargestellt) am radial äußeren Randbereich 13 des Stützrings 12 auf, um ein Hochwandern des Dichtrings 11 infolge einer Doppelabdichtung durch den Dichtring 11 und den Stützring 12 und eines Druckaufbaus zwischen diesen zu vermeiden. Die sichelförmige Leckagestelle eröffnet eine Abflussmöglichkeit in einem Spalt zum Rücklauf bzw. Niederdruckbereich, wenn Druckmittel, wie in Figur 4 gezeigt, in einen Spalt 20 zwischen den Dichtring 11 und die radial äußere Wandung 3B der Druckkammer 3 eindringt.
  • In den Figuren 3 und 4 ist die Druck- bzw. Schubbelastung auf den Dichtring 11 durch Pfeile gekennzeichnet.
  • In Figur 3 stellen die Pfeile 50 die axiale primäre Hochdruckbelastung dar, die aufgrund des Hochdrucks auf den Dichtring wirkt. Dadurch wird ein sekundärer radialer Anpressdruck 51 erzeugt, welcher den Dichtring 11 an die radial beabstandeten Ringflächen 3A, 3B der Druckkammer 3 drückt. Von unten wirkt ein axialer Gegendruck 52, welcher durch den Stützring 12 auf den Dichtring 11 übertragen wird.
  • In Figur 4 ist zu erkennen, wie ein Vordringen von Druckmittel, wie z. B. Kraftstoff, unter Hochdruck in den Dichtspalt 20 stattfindet und zu einer Verformung des Dichtrings 11 führt. Dadurch ergibt sich ein Bereich 53 mit erhöhter Schubbelastung im Dichtring 11.
  • Die Figuren 5a, 5b und 5c zeigen einen Stützring 30 des Dichtelements 7 des Injektors 1 der Figuren 1 und 2 in einer Aufsicht von oben, im Schnitt und in einer Aufsicht von unten. Der Stützring 30, welcher mit einem Dichtring gemäß Figur 3 kombiniert werden kann, weist mehrere axial verlaufende Öffnungen 31 auf, welche über den Umfang des Stützrings 30 verteilt sind. Die Öffnungen 31 können über den Umfang des Stützrings gleichmäßig verteilt sein, z. B. im 90°-Winkel, aber je nach Anwendungsfall auch ungleichmäßig verteilt sein.
  • Der Stützring 30 weist weiterhin in radialer Richtung ausgerichtete Nuten 32 auf, die an der Unterseite des Stützrings 30 einen Leckageweg für das Druckmittel in radialer Richtung nach innen hin zu einem Spalt 54 bilden. Bevorzugt sind die Nuten 32 durch einen Umformprozess wie Pressen in den Stützring 30 eingebracht.
  • Alle Nuten 32 wiesen einen nach außen radial dichtenden Steg 55 auf, um Leckageströme zwischen Ringfläche 3B und äußerem Rand 30B sicher vermeiden.
  • Bei der gezeigten Ausführung sind vier Nuten 32 gleichmäßig, d. h. im 90°-Winkel zueinander, über den Umfang des Stützrings 30 verteilt. Jedoch kann je nach Anwendungsfall die Anzahl der Nuten 32 und deren Verteilung über den Umfang des Stützrings 30 variieren.
  • Gemäß Figur 5a und 5c kann eine Öffnung 31 relativ zu einer Nut 32 mit einem beliebigen Winkelversatz α angeordnet sein.
  • Bei der gezeigten Anordnung mit 0° Winkelversatz ist die Öffnung 31 vorzugsweise im Bereich der Nut 32 vorgesehen.
  • Die Öffnungen 31 können als runde Öffnungen, wie Bohrungen, ausgebildet sein. Vorzugsweise sind sie mit einem Öffnungsdurchmesser von ca. 0,1 mm bei einem Innendurchmesser des Stützrings 30 von ca. 8 mm und einem Außendurchmesser von ca. 10 mm ausgebildet.
  • Die Öffnungsquerschnitte können je nach Funktionsanforderung in Form, Lage und geometrischer Ausbildung variieren.
  • Erfindungsgemäß sind die Öffnungen vom radial inneren Rand 30A und vom radial äußeren Rand 30B des Stützrings 30 entfernt angeordnet, vorzugsweise in radialer Richtung der Ringfläche mittig des Stützrings, welche an ihrem inneren Rand in einen axial ausgerichteten Bundsteg 56 übergeht.
  • Durch die definierte Ausbildung der Öffnungen 31 wird eine Doppelabdichtung durch Dichtring und Stützring und somit ein Hochwandern des Dichtrings besonders effizient verhindert, wobei dabei die Anordnung der Leckageöffnungen im zentralen Bereich des Stützrings dahingehend vorteilhaft ist, dass eine mögliche Verformung des Stützrings 30 keinen Einfluss auf die Größe der Leckageöffnungen nehmen kann. Dadurch wird das Dichtelement 7 wesentlich weniger toleranzanfällig.

Claims (9)

  1. Injektor (1), insbesondere zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem in einem Ventilgehäuse (2) längsverschiebbaren Ventilelement (4) und einer zwischen Ventilgehäuse (2) und Ventilelement (4) ausgebildeten ringförmigen Druckkammer (3) mit einem darin zwischen Ventilgehäuse (2) und Ventilelement (4) angeordneten Dichtelement (7), wobei das Dichtelement (7) einen Dichtring und einen zugeordneten Stützring (30) aufweist und der Dichtring eine radial innen liegende Dichtfläche und eine radial außen liegenden Dichtfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (30) zumindest eine Öffnung (31) aufweist, die von einem radial inneren und radial äußeren Randbereich (30A, 30B) des Stützrings (30) beabstandet ist.
  2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (30) weiterhin zumindest eine Nut (32) aufweist, die einen Leckageweg in radialer Richtung nach innen hin bildet.
  3. Injektor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Nut (32) nach außen hin einen Steg (55) aufweist.
  4. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Öffnungen (31) über den Umfang des Stützrings (30) verteilt angeordnet sind.
  5. Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (31) über den Umfang gleich verteilt sind.
  6. Injektor nach Anspruch oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (31) bezüglich der wenigstens einen Nut (32) in einem Winkel (α) relativ zur Nutlage angeordnet sind.
  7. Injektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Öffnung (31) mittig zur Nut, unter Winkellage 0° angeordnet ist.
  8. Injektor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (31) etwa kreisförmige axiale Öffnungen, insbesondere Bohrungen oder Ausstanzungen, sind.
  9. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (31) einen Durchmesser von wenigstens annähernd 0,1 mm aufweisen.
EP06793710A 2005-10-11 2006-09-21 Injektor mit dichtung und stützring Active EP1941152B1 (de)

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JP (1) JP2009511838A (de)
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