EP2321521B1 - Kraftstoffeinspritzventil zur anordnung an einem brennraum einer brennkraftmaschine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a fuel injection valve for arrangement on a combustion chamber of an internal combustion engine comprising a nozzle holder, on which a nozzle body clamped by a nozzle clamping nut, designed to protrude into the combustion chamber nozzle nozzle for receiving a nozzle needle is arranged, and at least one annular disk-shaped sealing element with an upper bearing surface facing the nozzle retaining nut and a combustion chamber facing the lower support surface which surrounds the nozzle body and serves to seal the nozzle holder relative to the combustion chamber.
- a nozzle retaining nut holds the two main components of the fuel injector - an injector and a valve body - firmly together.
- the injection nozzle protrudes in the assembled state of the fuel injector in the cylinder head into a combustion chamber of a motor vehicle engine, wherein the valve body arranged above actuates the injection nozzle.
- the sealing arrangement is exposed to high thermal loads (-40 ° C at cold start in winter, to over +150 ° C) under operating conditions and on the other hand, the sealing device is exposed to high mechanical, in particular vibration loads.
- the sealing arrangement must ensure a long-lasting loads, permanent sealing state between the fuel injector and the cylinder head.
- the injector is sealed to the combustion chamber with a metal washer. This seal is necessary because of the hot exhaust gases and the pressure loss in the cylinder. Due to the high combustion temperatures and high cylinder pressures, sealing is only possible with a metal sealing disk, so that no combustion gases can flow directly past the injector into the environment.
- a nozzle retaining nut at a free end has a frusto-conical region which can be inserted into a corresponding frusto-conical injector bore section.
- the preassembled state that is, when the fuel injector is inserted with nozzle retaining nut in the frusto-conical Injektorbohrung, there is a circumferential angle difference of 2 ° to a maximum of 5 ° between the truncated cone on the nozzle retaining nut and the truncated cone bore in the cylinder head.
- the protection of the nozzle body from heat by coating and the installation of sleeves as heat sinks is known.
- the GB 1262164 discloses a copper sleeve for an injector for better heat dissipation.
- new combustion processes seem to ensure corrosion in this area, so that a direct seal in this area against corrosive substances from combustion gases is absolutely necessary.
- FIG. 1 shows partially in longitudinal section a detail of a fuel injection valve 10 with a nozzle retaining nut 20, which clamps a nozzle body 30.
- Schematically indicated at 40 is a combustion chamber in which the nozzle body 30 partially protrudes.
- a combustion chamber sealing element 50 is arranged at the interface nozzle retaining nut 20, nozzle body 30 and combustion chamber 40.
- the combustion chamber sealing element 50 comprises the part of the nozzle body 30 protruding beyond the nozzle retaining nut 20.
- the nozzle body 30 has a circular or annular cross-section in the longitudinal direction, that is to say in the injection direction.
- the combustion chamber sealing element 50 likewise has a corresponding annular cross section in the longitudinal direction.
- the outer diameter of the nozzle body cross section corresponds approximately to the inner diameter of the recess of the combustion chamber sealing element 50 (annular recess).
- the combustion chamber sealing element 50 has two end faces or bearing surfaces, an upper bearing surface 60, which faces the nozzle retaining nut 20, and a lower bearing surface 70, which faces the combustion chamber 40.
- FIG. 2 shows in longitudinal section a corresponding section according to FIG. 1 , wherein a further sealing element 80 is provided.
- This sealing element surrounds the nozzle body 30 in the region of a shoulder 90 of the nozzle body 30 in the contact area of the nozzle retaining nut 20 and the combustion chamber sealing element 50.
- the sealing element 80 may be formed as a separate ring element, which consists of very soft metals, heat-resistant polymers or other fuel-resistant materials.
- the inner diameter of this annular sealing element 50 corresponds approximately to the outer diameter of the nozzle body 30 so that it can be applied to the latter from the combustion chamber end of the nozzle body.
- FIG. 2A shows the enlarged area A. FIG. 2 , It can be seen that the sealing element 80 comes into abutment with the nozzle body 30 of the nozzle retaining nut 20 and the combustion chamber sealing element 50 in the assembled state of the fuel injection valve.
- FIG. 3 shows the same section as FIG. 2a wherein the sealing element 180 is formed here by vulcanizing a sealing area to the nozzle retaining nut 20.
- the vulcanization of the sealing element 180 takes place before the mounting of the combustion chamber sealing element 50.
- the sealing element 180 thus stands out as FIG. 3 can be seen only in contact with the nozzle body 30 and the nozzle retaining nut 20. A contact in the assembled state even with the combustion chamber sealing element 50 is not excluded.
- FIG. 4 also shows the section corresponding to the FIG. 2A , Also in this embodiment, a sealing member 280 is formed by the scorching. In contrast to FIG. 3 However, the vulcanization of the sealing element 280 is carried out to the combustion chamber sealing element 50, namely in the region between the outer circumference of the nozzle body and in the inner circumference of the combustion chamber sealing element 50.
- FIG. 5 shows the the FIG. 2A corresponding section of the fuel injection valve.
- the gap formed by the shoulder of the nozzle body 30, the nozzle lock nut 20, and the combustion chamber seal member 50 is filled with a heat-resistant potting compound as the seal member 380.
- This potting compound is introduced after the screwing of the nozzle retaining nut 20 with the nozzle body 30. As a result, the seal member 380 abuts the nozzle body 30 and the nozzle lock nut 20.
- FIGS. 6 to 8 show embodiments of the invention in which by a geometric modification of the combustion chamber sealing member 150, 250, 350, a further additional seal is formed to seal against deposits by unburned mixture and exhaust gases in the gap between the nozzle lock nut 20 and nozzle body 30.
- an annular disk-shaped combustion chamber sealing element 150 is shown, which in the region of its inner diameter, radially inwardly, has a tongue 100 formed longitudinally in the axial direction towards the combustion chamber.
- This tongue 100 is in the cross-section of the combustion chamber sealing member 150 tapering radially inwardly below (toward the combustion chamber 40) formed so far that a sealing contact with the outer peripheral surface of the nozzle body 30 is made.
- FIG. 7 also shows an annular disk-shaped combustion chamber sealing element 250 with a tongue 200, which is formed in the axial direction of the fuel injection valve from the combustion chamber 40 away.
- the tongue 200 also runs in a tapered manner in cross-section of the combustion chamber sealing element 250 and forms a sealing contact with the nozzle body 30 in the region of the shoulder 90 of the nozzle body 30.
- annular disk shaped combustion chamber sealing member 350 is shown in FIG. 8 .
- this combustion chamber sealing element 350 tapers uniformly radially inwards and runs in cross section tapered to the outer diameter of the nozzle body and forms a sealing contact with this.
- the sealing takes place via a tongue 300, which is rectangular in cross section, of the combustion chamber sealing element 350.
- FIG. 9 shows a sealing element 400 which is formed by a radially inwardly projecting tongue on the nozzle lock nut 120.
- the nozzle retaining nut 120 has at its region adjacent to the combustion chamber sealing element 50 an extension 400 which protrudes radially inward to such an extent that it comes into sealing contact with the nozzle body 30 in the region of the shoulder 90.
- the tongue 400 is shown tapered in the present case, but may also have a different cross-sectional shape thereof.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil zur Anordnung an einem Brennraum einer Brennkraftmaschine umfassend einen Düsenhalter, an dem ein über eine Düsenspannmutter festgespannter, zum Hineinragen in den Brennraum ausgebildeter Düsenkörper zur Aufnahme einer Düsennadel angeordnet ist, und mindestens ein ringscheibenförmiges Dichtelement mit einer der Düsenspannmutter zugewandten oberen Auflagefläche und einer dem Brennraum zugewandten unteren Auflagefläche, welches den Düsenkörper umgibt und zur Abdichtung des Düsenhalters gegenüber dem Brennraum dient.
- Eine Düsenspannmutter hält die beiden Hauptkomponenten des Kraftstoffinjektors - eine Einspritzdüse und einen Ventilkörper - fest zusammen. Die Einspritzdüse ragt im montierten Zustand des Kraftstoffinjektors im Zylinderkopf in einen Brennraum eines Kraftfahrzeugmotors hineinen, wobei der darüber angeordnete Ventilkörper die Einspritzdüse betätigt. Hierbei ist es notwendig, den Kraftstoffinjektor gegenüber dem Brennraum am Zylinderkopf abzudichten. Dies geschieht durch eine entsprechende Gestaltung der Düsenspannmutter, die mit einer entsprechenden Einrichtung, einem Dichtsitz, im Zylinderkopf zusammenwirkt.
- An eine solche Dichtanordnung sind hohe Anforderungen gestellt. Einerseits ist die Dichtanordnung hohen thermischen Belastungen ausgesetzt (-40 °C bei Kaltstart im Winter, bis über +150 °C) bei Betriebsbedingungen und andererseits ist die Dichteinrichtung hohen mechanischen, insbesondere Vibrationsbelastungen, ausgesetzt. Darüber hinaus muss die Dichtanordnung einen lang anhaltenden Belastungen, dauerhaften Dichtzustand zwischen Kraftstoffinjektor und Zylinderkopf gewährleisten.
- Hierfür wird im Stand der Technik z. B. an der Düsenspannmutter ein horizontaler Rand ausgebildet, welcher an einem in der Injektorbohrung vorgesehenen, ebenfalls horizontalen Rand ansitzt, und die Düsenspannmutter bzw. der Kraftstoffinjektor wird mit einer großen statischen Kraft gegen den Zylinderkopf gepresst. Durch das Vorsehen einer großen flächenmäßigen Überdeckung der beiden Ränder soll eine dauerhafte fluiddichte Verbindung geschaffen werden.
- Im Allgemeinen wird der Injektor mit einer Metalldichtscheibe zum Verbrennungsraum hin abgedichtet. Diese Abdichtung ist wegen der heißen Abgase und dem Druckverlust im Zylinder notwendig. Durch die hohen Verbrennungstemperaturen und hohen Zylinderdrücke ist eine Abdichtung nur mit einer Metalldichtscheibe möglich, so dass keine Verbrennungsgase direkt am Injektor vorbei, in die Umgebung strömen können.
- In der
DE 101 02192 A1 weißt eine Düsenspannmutter an einem freien Ende einen kegelstumpfförmigen Bereich auf, welcher in einen entsprechenden kegelstumpfförmigen Injektorbohrungsabschnitt einsetzbar ist. Im vormontierten Zustand, also wenn der Kraftstoffinjektor mit Düsenspannmutter in die kegelstumpfförmige Injektorbohrung eingesetzt ist, besteht zwischen Kegelstumpf an der Düsenspannmutter und der Kegelstumpfbohrung im Zylinderkopf eine umlaufende Winkeldifferenz von 2° bis maximal 5°. Hierdurch ist eine Zentrierung des Kraftstoffinjektors in der Injektorbohrung sichergestellt, wobei anschließend der Kraftstoffinjektor mit einer großen statischen Kraft in die Bohrung gedrückt wird und sich zwischen dem Kegelstumpf eine Düsenspannmutter und der Kegelbogen im Zylinderkopf eine gemeinsame Dichtfläche ausbildet. - Gemisch und die heißen Verbrennungsgasen strömen bis an die Dichtstellen von Düsenspannmutter und Düsenkörper, wie auch der Abdichtung zwischen Injektor und Zylinderkopf. In diesem Spalt lagert sich nun das unverbrannte Gemisch und die Abgase, z. B. H2O und S ab. Nach dem Abstellen des Motors kann es nun in der Auskühlphase zur Kondensation von Elektrolyten (Wasser) führen. Der Elektrolyt vergünstigt den Ionenaustausch und damit die Korrosion.
- Im Stand der Technik ist es weiter bekannt, die Düse mit der Düsenspannmutter ohne weiter zusätzliche Abdichtungen festzuschrauben. Die
DE 10 2004 049 277 A1 schlägt vor, ein Dämpfungselement zwischen Injektor und Zylinderkopf einzubauen zur Reduzierung von Schwingungsübertragungen. Aus derUS 2005/0016501 A1 ist eine aus mehreren Teilen zusammengesetzte Dichtvorrichtung zwischen Injektor und Zylinderkopfausnehmung bekannt. Auch dieUS 3 695 235 beschreibt eine mehrteilige Dichtungsanordnung zwischen Zylinderkopfausnehmung und Injektor. - Des Weiteren ist der Schutz des Düsenkörpers vor Wärme durch Beschichten und der Einbau von Hülsen als Wärmeableitungen bekannt. Beispielsweise ist aus der
US 2002/0152995 A1 eine Hülse als Hitzeschutz für den Düsenkörper bekannt. DieGB 1262164 - Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzventil zur Anordnung an einem Brennraum einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, welcher eine verbesserte Abdichtung des Düsenschaftes im Bereich der Düsenspannmutter zum Brennraum vorsieht.
- Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Kraftstoffeinspritzventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- Figur 1:
- einen über eine Düsenspannmutter festgespannten Düsenkörper wie im Stand der Technik bekannt;
- Figur 2:
- die Anordnung nach
Figur 1 mit einer nicht zur Erfindung gehörigen ersten zusätzlichen, separaten Abdichtung; - Figur 2a:
- einen Teilausschnitt A der
Figur 2 ; - Figur 3:
- einen Ausschnitt entsprechend
Figur 2A mit einer nicht beanspruchten zweiten Variante der zusätzlichen separaten Abdichtung; - Figur 4:
- einen Ausschnitt entsprechend
Figur 2a mit einer dritten Variante der zusätzlichen, separaten Abdichtung; - Figur 5:
- einen Ausschnitt entsprechend
Figur 2a mit einer nicht beanspruchten vierten Variante der zusätzlichen separaten Abdichtung; - Figuren 6-8:
- jeweils einen Ausschnitt entsprechend
Figur 2A mit jeweils unterschiedlichen geometrischen Abänderungen der Brennraumabdichtung gemäß der Erfindung, und - Figur 9:
- einen Ausschnitt entsprechend
Figur 2A mit einer nicht beanspruchten geometrischen Abänderung der Düsenspannmutter. -
Figur 1 zeigt teilweise im Längsschnitt einen Ausschnitt eines Kraftstoffeinspritzventils 10 mit einer Düsenspannmutter 20, welche einen Düsenkörper 30 festspannt. Schematisch angedeutet ist bei 40 ein Brennraum, in welchen der Düsenkörper 30 teilweise hineinragt. An der Schnittstelle Düsenspannmutter 20, Düsenkörper 30 und Brennraum 40 ist ein Brennraumdichtelement 50 angeordnet. Das Brennraumdichtelement 50 umfasst den über die Düsenspannmutter 20 hinausragenden Teil des Düsenkörpers 30. Der Düsenkörper 30 weist einen Kreis bzw. kreisringförmigen Querschnitt in Längsrichtung das heißt in Einspritzrichtung auf. Ebenfalls weist das Brennraumdichtelement 50 einen hiermit korrespondierenden ringförmigen Querschnitt in Längsrichtung auf. Der Außendurchmesser des Düsenkörperquerschnitts entspricht in etwa dem Innendurchmesser der Ausnehmung des Brennraumdichtelements 50 (ringförmige Ausnehmung). Das Brennraumdichtelement 50 weißt zwei Stirnseiten oder Auflageflächen auf, eine obere Auflagefläche 60, welche der Düsenspannmutter 20 zugewandt ist, und eine untere Auflagefläche 70, welche dem Brennraum 40 zugewandt ist. -
Figur 2 zeigt im Längsschnitt einen entsprechenden Ausschnitt gemäßFigur 1 , wobei ein weiteres Dichtungselement 80 vorgesehen ist. Dieses Dichtungselement umgreift den Düsenkörper 30 im Bereich eines Absatzes 90 des Düsenkörpers 30 im Kontaktbereich der Düsenspannmutter 20 und des Brennraumdichtelements 50. Das Dichtungselement 80 kann dabei als separates Ringelement ausgebildet sein, das aus sehr weichen Metallen, hitzebeständigen Polymeren oder anderen kraftstoffbeständigen Materialien besteht. Der Innendurchmesser dieses ringförmigen Dichtungselements 50 entspricht in etwa dem Außendurchmesser des Düsenkörpers 30, sodass es vom brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers auf diesen aufgebracht werden kann.Figur 2A zeigt den vergrößerten Bereich A ausFigur 2 . Es ist zu erkennen, dass das Dichtungselement 80 im zusammengebauten Zustand des Kraftstoffeinspritzventils in Anlage kommt mit dem Düsenkörper 30 der Düsenspannmutter 20 und dem Brennraumdichtelement 50. -
Figur 3 zeigt den gleichen Ausschnitt wieFigur 2a , wobei das Dichtungselement 180 hier durch Anvulkanisieren eines Dichtungsbereichs an die Düsenspannmutter 20 gebildet ist. Das Anvulkanisieren des Dichtungselements 180 erfolgt dabei vor dem Montieren des Brennraumdichtelements 50. Das Dichtungselement 180 steht somit wie ausFigur 3 zu ersehen lediglich in Kontakt mit dem Düsenkörper 30 und der Düsenspannmutter 20. Ein Kontakt im fertig montierten Zustand auch mit dem Brennraumdichtelement 50 ist dabei allerdings nicht ausgeschlossen. -
Figur 4 zeigt ebenfalls den Ausschnitt entsprechend dem derFigur 2A . Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Dichtungselement 280 über das Anvulkanisieren gebildet. Im Gegensatz zuFigur 3 erfolgt das Anvulkanisieren des Dichtungselements 280 jedoch an das Brennraumdichtungselement 50, nämlich im Bereich zwischen dem Außenumfang des Düsenkörpers und den im Innenumfang des Brennraumdichtungselements 50. - Auch
Figur 5 zeigt den derFigur 2A entsprechenden Ausschnitt des Kraftstoffeinspritzventils. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Spalt, der von dem Absatz des Düsenkörpers 30, der Düsenspannmutter 20 und dem Brennraumdichtungselement 50 gebildet ist, mit einer hitzebeständigen Vergussmasse als Dichtungselement 380 gefüllt. Diese Vergussmasse ist nach der Verschraubung der Düsenspannmutter 20 mit dem Düsenkörper 30 eingebracht. Folglich grenzt das Dichtungselement 380 an den Düsenkörper 30 und die Düsenspannmutter 20 an. - Die
Figuren 6 bis 8 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen durch eine geometrische Abänderung des Brennraumdichtelements 150, 250, 350 eine weitere zusätzliche Abdichtung gebildet ist, um gegegenüber Ablagerungen durch unverbranntes Gemisch und Abgase im Spalt zwischen Düsenspannmutter 20 und Düsenkörper 30 zu dichten. InFigur 6 ist ein ringscheibenförmiges Brennraumdichtelement 150 gezeigt, welches im Bereich seines Innendurchmessers, radial innen, eine im Längsschnitt in Achsrichtung zum Brennraum hin ausgebildete Zunge 100 aufweißt. Diese Zunge 100 ist im Querschnitt des Brennraumdichtelements 150 spitz zulaufend nach radial innen unten (in Richtung Brennraum 40) soweit ausgebildet, dass ein Dichtkontakt mit der Außenumfangsfläche des Düsenkörpers 30 hergestellt ist. -
Figur 7 zeigt ebenfalls ein ringscheibenförmiges Brennraumdichtelement 250 mit einer Zunge 200, die in Achsrichtung des Kraftstoffeinspritzventils vom Brennraum 40 weg ausgebildet ist. Wie die Zunge 100 derFigur 6 verläuft auch die Zunge 200 im Querschnitt des Brennraumdichtelements 250 spitz zulaufend und bildet im Bereich des Absatzes 90 des Düsenkörpers 30 einen Dichtkontakt mit dem Düsenkörper 30. - Auch in
Figur 8 ist ein ringscheibenförmiges Brennraumdichtelement 350 gezeigt. Im Bereich seines radial inneren Durchmessers verjüngt sich dieses Brennraumdichtelement 350 gleichförmig radial nach innen und verläuft im Querschnitt spitz zulaufend zum Außendurchmesser des Düsenkörpers und bildet mit diesem einen Dichtkontakt. Die Abdichtung erfolgt bei diesem Beispiel also über eine im Querschnitt rechteckförmige Zunge 300 des Brennraumdichtelements 350. -
Figur 9 zeigt ein Dichtungselement 400 welches durch eine radial nach innen ragende Zunge an der Düsenspannmutter 120 gebildet ist. Hierzu weist die Düsenspannmutter 120 an ihrem dem Brennraumdichtelement 50 benachbarten Bereich einen Fortsatz 400 auf, der radial einwärts soweit vorsteht, dass er in Dichtkontakt mit dem Düsenkörper 30 im Bereich des Absatzes 90 gelangt. Die Zunge 400 ist im vorliegenden Fall spitz zulaufend gezeigt, kann jedoch auch eine im Querschnitt abweichende Form davon aufweisen. - Die Erfindung ist nicht Beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen. Es sind vielmehr auch Abweichungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche umfasst sind.
Claims (2)
- Kraftstoffeinspritzventil zur Anordnung an einem Brennraum (40) einer Brennkraftmaschine umfassend:einen Düsenhalter, an dem ein über eine Düsenspannmutter (20) festgespannter, zum Hineinragen in den Brennraum (40) ausgebildeter Düsenkörper (30) zur Aufnahme einer Düsennadel angeordnet ist, und mindestens ein ringscheibenförmiges Brennraumdichtelement (150; 250; 350) mit einer der Düsenspannmutter (20) zugewandten oberen Auflagefläche (60) und einer dem Brennraum (40) zugewandten unteren Auflagefläche (70), welches den Düsenkörper (30) umgibt undzur Abdichtung des Düsenhalter gegenüber dem Brennraum (40) dient, wobei mindestens ein zusätzliches Dichtungselement (100; 200; 280; 300) zum Abdichten des Düsenkörpers (30) im Bereich der Düsenspannmutter (20) vorgesehen ist,dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Dichtungselement (100; 200; 280; 300) durch einen Teilbereich des Brennraumdichtelements (150; 250; 350) in Form einer geometrischen Abänderung gebildet ist, wodurch ein Dichtkontakt mit der Außenumfangsfläche des Düsenkörpers (30) hergestellt ist, um gegenüber Ablagerungen durch unverbranntes Gemisch und Abgase im Spalt zwischen Düsenspannmutter (20) und Düsenkörper (30) zu dichten.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (80) aus sehr weichen Metallen, hitzebeständigen Polymeren oder anderen kraftstoffbeständigen Materialien gebildet ist.
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