EP3147493B1 - Brennstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

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EP3147493B1
EP3147493B1 EP16180972.8A EP16180972A EP3147493B1 EP 3147493 B1 EP3147493 B1 EP 3147493B1 EP 16180972 A EP16180972 A EP 16180972A EP 3147493 B1 EP3147493 B1 EP 3147493B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion chamber
groove
sealing ring
fuel injection
valve housing
Prior art date
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EP16180972.8A
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English (en)
French (fr)
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EP3147493A1 (de
Inventor
Ralf Kromer
Wilhelm Reinhardt
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Publication of EP3147493B1 publication Critical patent/EP3147493B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/14—Arrangements of injectors with respect to engines; Mounting of injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/242—Arrangement of spark plugs or injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F11/00—Arrangements of sealings in combustion engines 
    • F02F11/002—Arrangements of sealings in combustion engines  involving cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/09—Fuel-injection apparatus having means for reducing noise
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/85—Mounting of fuel injection apparatus
    • F02M2200/858—Mounting of fuel injection apparatus sealing arrangements between injector and engine

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection device according to the preamble of the main claim.
  • a fuel injection device known from the prior art is shown by way of example, in which a fuel injection valve installed therein is provided in a receiving bore of a cylinder head of an internal combustion engine.
  • intermediate elements are placed as support elements in the form of washers or the like on a shoulder of the receiving bore of the cylinder head. With the help of such intermediate elements, manufacturing and assembly tolerances are compensated and a bearing free of transverse forces is ensured even if the fuel injector is slightly inclined.
  • the fuel injection device is particularly suitable for use in fuel injection systems of mixture-compressing externally ignited internal combustion engines.
  • Different types of decoupling and / or damping elements can also be used at this installation point.
  • the valve housing is designed with one and the same outer diameter, facing the combustion chamber and facing away from the groove for a sealing ring serving to seal the fuel injector against the combustion chamber gases.
  • US2015034742 A1 , US2015053182 A1 and EP1357284 A1 disclose fuel injectors for fuel injection systems.
  • the fuel injection device with the characterizing features of claim 1 has the advantage that it allows low-noise and bending stress-reduced tilting of a fuel injection valve with the greatest possible tolerance independence.
  • the fuel injector comprises at least one fuel injector and a receiving bore in a cylinder head for the fuel injector, a sealing ring being provided in a groove of a valve housing on the outer circumference of the fuel injector, which is used to seal the fuel injector from the receiving bore.
  • the valve housing advantageously has a smaller outer diameter, directly facing away from the combustion chamber, from the groove for the sealing ring than the outer diameter directly facing the combustion chamber from the groove for the sealing ring.
  • the outer diameter for the valve housing, directly facing away from the combustion chamber is chosen precisely so that, taking into account the most extreme tolerance design of the valve housing outer diameter and the inner diameter of the receiving hole, no metallic contact of the fuel injector is facing away from the combustion chamber of the groove for the sealing ring on the wall of the receiving hole at the maximum possible The fuel injector is tilted.
  • a sealing ring calibrated in the groove towards the front of the combustion chamber offers the advantage of avoiding the penetration of combustion chamber gases into the groove area as best as possible, since in this way no harmful dead spaces are formed in the groove area, so that in addition to the critical destructive effects, there are also undesirable pumping or suction effects are avoided.
  • calibrating the sealing ring towards the front groove flank it is possible to completely dispense with an upper groove flank facing away from the combustion chamber and to continue the groove base diameter directly as the outer diameter of the valve housing facing away from the combustion chamber.
  • FIG. 1 a known embodiment of a fuel injector described in more detail.
  • the fuel injector 1 is part of the fuel injector.
  • the downstream end of the fuel injector 1, which is designed in the form of a direct injection valve for injecting fuel directly into a combustion chamber 17 of the internal combustion engine, is installed in a receiving bore 20 of a cylinder head 9.
  • a sealing ring 2, in particular made of Teflon TM, ensures optimal sealing of the fuel injector 1 with respect to the wall of the receiving bore 20 of the cylinder head 9.
  • a flat intermediate element 24 which is designed as a support element in the form of a washer, is inserted between a shoulder 21 of a valve housing 22 and a shoulder 23 of the receiving bore 20 that extends, for example, at right angles to the longitudinal extension of the receiving bore 20.
  • fuel injector 1 At its inlet end 3, fuel injector 1 has a plug-in connection to a fuel rail 4, which is sealed by a sealing ring 5 between a connector 6 of fuel distributor line 4, which is shown in section, and an inlet connector 7 of fuel injector 1.
  • the fuel injector 1 is pushed into a receiving opening 12 of the connecting piece 6 of the fuel distributor line 4.
  • the connecting piece 6 emerges in one piece from the actual fuel distributor line 4 and, upstream of the receiving opening 12, has a smaller-diameter flow opening 15 through which the fuel injector 1 flows.
  • the fuel injector 1 has an electrical connector 8 for making electrical contact for actuating the fuel injector 1.
  • a hold-down device 10 is provided between fuel injector 1 and connecting piece 6 in order to space fuel injector 1 and fuel distributor line 4 largely free of radial forces and to hold fuel injector 1 down securely in receiving bore 20 of cylinder head 9.
  • the hold-down device 10 is designed as a bow-shaped component, for example as a stamped and bent part.
  • the hold-down 10 has a partially annular base element 11, from which a hold-down bracket 13 extends, bent off, which is attached to a downstream end face 14 of the Connection piece 6 rests on the fuel distributor line 4 in the installed state.
  • the object of the invention is to achieve improved tilting options for the fuel injector 1 in a simple manner compared to the known built-in solutions of fuel injectors intended for direct injection in receiving bores of cylinder heads, in order to be able to produce the individual components in a simplified manner that is less sensitive to tolerances and greater deviations from the alignment of the Axes of the connecting piece 6 of the fuel distributor line 4, the fuel injector 1 and the receiving bore 20 of the cylinder head 9 to be able to compensate.
  • valve housing 22 of the fuel injector 1 is usually designed with one and the same outside diameter facing the combustion chamber and facing away from the combustion chamber of the groove for the sealing ring 2 serving to seal the fuel injector 1 against the combustion chamber gases.
  • the very narrow gap between fuel injector 1 and receiving bore 20 facing the combustion chamber of sealing ring 2 is also facing away from the combustion chamber to avoid the ingress of harmful combustion chamber gases, i.e. above sealing ring 2 in its narrow gap width. Tilting of the fuel injector 1 without the valve housing 22 touching the wall of the receiving bore 20 on both sides in the area of the sealing ring 2 is thereby severely restricted.
  • the fuel injection device according to the invention is characterized in that the valve housing 22 has a smaller outer diameter immediately facing away from the combustion chamber from the groove for the sealing ring 2 than the outer diameter directly facing the combustion chamber from the groove for the sealing ring 2, as in the embodiment not covered by the claimed invention the Figure 2 is shown.
  • a fuel injector 1 is provided in a receiving bore 20 of a cylinder head 9 which, according to the invention, has a valve housing 22 which, due to its optimized external geometry, allows greater tilting of the fuel injector 1 in the cylinder head 9 without this Valve housing 22 makes metallic contact with the receiving bore 20 of the cylinder head 9 on both sides.
  • the best installation position of the sealing ring 2 will be discussed later.
  • the receiving bore 20 usually runs in the area of the groove for the sealing ring 2 and the valve housing 22 both directly facing away from the combustion chamber and facing the groove on the fuel injector 1 in a cylindrical manner with a constant inner diameter.
  • the receiving bore 20 then extends further away from the combustion chamber, for example, in a conical manner in order to be able to optimally introduce the fuel injector 1, as is the case with the Figures 1 to 6 clarify.
  • the radial distance between the valve housing 22 and the receiving bore 20 directly facing away from the combustion chamber of the groove for the sealing ring 2 is greater than the radial distance between the valve housing 22 and the Receiving bore 20 facing the groove for the sealing ring 2 directly towards the combustion chamber.
  • the radial distance between the valve housing 22 and the receiving bore 20 directly facing away from the combustion chamber of the groove for the sealing ring 2 is ideally greater than the radial distance between the valve housing 22 and the receiving bore 20 facing the combustion chamber Groove for the sealing ring 2 over the entire length up to an edge at which the combustion chamber 17 begins.
  • valve housing 22 is shown in multiple steps facing the sealing ring 2, facing the combustion chamber.
  • valve housing 22 of the fuel injector 1 facing the groove for the sealing ring 2 in the outer diameter can be constant or single or multiple stepped over the entire length up to an edge at which the combustion chamber 17 begins and the outer diameter of the valve housing 22
  • the groove for the sealing ring 2 directly facing away from the combustion chamber is smaller than any outer diameter of the valve housing 22 facing the groove for the sealing ring 2 up to the edge at which the combustion chamber 17 begins.
  • the gap width between the valve housing 22 of the fuel injector 1 and the wall of the receiving bore 20 facing the combustion chamber of the sealing ring 2 is typically only 50 to 100 ⁇ m in order to prevent combustion chamber gases from penetrating further into the receiving bore 20.
  • a typical dimension for a fuel injector 1 for direct injection of fuel into a combustion chamber 17 is 7.5 mm for the outside diameter in the area of the end on the injection side. For example, a tolerance of +/- 50 ⁇ m must be observed.
  • the inside diameter would accordingly be a typical value of 7.65 mm with a tolerance of +/- 25 ⁇ m.
  • the outer diameter of the valve housing 22 is made 1 to 10% smaller than the outer diameter directly facing the combustion chamber directly facing away from the combustion chamber of the groove for the sealing ring 2 the groove for the sealing ring 2.
  • a specific example provides that the outer diameter of the valve housing 22 facing away from the combustion chamber is 7.3 mm in relation to the above example. In terms of tolerance, metallic contact of fuel injector 1 away from the combustion chamber of the groove for sealing ring 2 on the wall of receiving bore 20 should therefore still be avoided with the smallest receiving bore 20 and the largest valve housing 22.
  • the outer diameter for the valve housing 22, directly facing away from the combustion chamber is chosen precisely so that, taking into account the most extreme tolerance design of the valve housing outer diameter and the inner diameter of the receiving bore 20, there is no metallic contact of the fuel injector 1 away from the combustion chamber of the groove for the sealing ring 2 on the wall the receiving bore 20 is present at the maximum possible tilting of the fuel injector 1.
  • the outer diameter of the valve housing 22 directly facing away from the combustion chamber of the groove for the sealing ring 2 should be 1 to 10% smaller than each of the outer diameter of the valve housing 22 facing the combustion chamber of the groove for the sealing ring 2 over the entire length up to an edge at which the Combustion chamber 17 begins.
  • the 10% reduction in the outer diameter In any case, it is theoretically conceivable.
  • the fuel injection device is designed according to the invention in such a way that the valve housing 22, immediately facing away from the groove for the sealing ring 2, has a conically tapering outer geometry, like this, away from the groove Figure 5 with a second embodiment in a detailed view of the end on the combustion chamber side of fuel injector 1 shows.
  • the conicity of the valve housing 22 is not shown true to scale, since the angle of the external geometrical slope can in reality be ⁇ 1 ° and this would not be recognizable.
  • Figure 6 shows a fuel injection device not covered by the claimed invention in a third embodiment in a detailed view of the end of the fuel injection valve 1 on the combustion chamber side 22 directly facing away from the combustion chamber, so that there is no upper groove flank at all and the outer geometry of the valve housing 22 can be produced particularly easily.
  • a maximum tilting of the fuel injector 1 without metallic contact facing away from the combustion chamber of the groove for the sealing ring 2 is possible without restriction.
  • sealing ring 2 when the fuel injector 1 is installed, does not sit in the middle of the groove, as shown, but rather sits on the lower groove flank of the groove facing the combustion chamber.
  • a sealing ring 2 calibrated all the way to the front towards the combustion chamber 17 in the groove offers the advantage of the best possible avoidance of the penetration of combustion chamber gases into the groove area, since in this way no harmful dead spaces are formed in the groove area, so that in addition to the destructive effects, undesirable pumping or Sucking effects are avoided.
  • publication DE 10 2009 045 692 A1 referring to the calibration of the sealing ring 2.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffeinspritzvorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
  • In der Figur 1 ist beispielhaft eine aus dem Stand der Technik bekannte Brennstoffeinspritzvorrichtung gezeigt, bei der in einer Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine ein darin eingebautes Brennstoffeinspritzventil vorgesehen ist. In bekannter Weise werden dabei Zwischenelemente als Abstützelemente in Form von Unterlegscheiben o.ä. auf einer Schulter der Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes abgelegt. Mit Hilfe solcher Zwischenelemente werden Fertigungs- und Montagetoleranzen ausgeglichen und eine querkraftfreie Lagerung auch bei leichter Schiefstellung des Brennstoffeinspritzventils sichergestellt. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung eignet sich besonders für den Einsatz in Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Anstelle des in Figur 1 gezeigten Zwischenelements können auch verschiedenartige Entkopplungs- und/oder Dämpfungselemente an dieser Einbaustelle eingesetzt werden. Brennraumzugewandt und brennraumabgewandt der Nut für einen der Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils gegenüber den Brennraumgasen dienenden Dichtring ist das Ventilgehäuse mit ein und demselben Außendurchmesser ausgeführt.
  • US2015034742 A1 , US2015053182 A1 und EP1357284 A1 offenbaren Brennstoffeinspritzvorrichtungen für Brennstoffeinspritzanlagen.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie geräuscharme und biegespannungsreduzierte Verkippungen eines Brennstoffeinspritzventils mit größtmöglicher Toleranzunabhängigkeit erlaubt. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung umfasst wenigstens ein Brennstoffeinspritzventil und eine Aufnahmebohrung in einem Zylinderkopf für das Brennstoffeinspritzventil, wobei am Außenumfang des Brennstoffeinspritzventils ein Dichtring in einer Nut eines Ventilgehäuses vorgesehen ist, der der Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils gegenüber der Aufnahmebohrung dient. Das Ventilgehäuse weist in vorteilhafter Weise unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring einen kleineren Außendurchmesser auf als den Außendurchmesser unmittelbar brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring. Idealerweise ist der Außendurchmesser für das Ventilgehäuse unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring genau so gewählt, dass unter Berücksichtigung der extremsten Toleranzauslegung von Ventilgehäuseaußendurchmesser und Innendurchmesser der Aufnahmebohrung gerade kein metallischer Kontakt des Brennstoffeinspritzventils brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring an der Wandung der Aufnahmebohrung bei maximal möglicher Verkippung des Brennstoffeinspritzventils vorliegt.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzvorrichtung möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist es, den Dichtring im eingebauten Zustand des Brennstoffeinspritzventils auf der unteren brennraumzugewandten Nutflanke der Nut aufsitzen zu lassen. Ein ganz nach vorn zum Brennraum hin in der Nut kalibrierter Dichtring bietet den Vorteil der bestmöglichen Vermeidung des Eindringens von Brennraumgasen in den Nutbereich, da auf diese Weise keine schädlichen Toträume im Nutbereich gebildet sind, so dass neben den kritischen Zerstörungseffekten auch unerwünschte Pump- oder Saugeffekte vermieden sind. Durch die Kalibrierung des Dichtrings zur vorderen Nutflanke hin ist es ermöglicht, auf eine obere, brennraumabgewandte Nutflanke ganz zu verzichten und den Nutgrunddurchmesser sogar unmittelbar als Außendurchmesser des Ventilgehäuses brennraumabgewandt fortzusetzen.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
    • Figur 1 eine teilweise dargestellte Brennstoffeinspritzvorrichtung in einer bekannten Ausführung,
    • Figur 2 eine nicht durch die beanspruchte Erfindung abgedeckte Brennstoffeinspritzvorrichtung in einer ersten Ausführung in einer Detailansicht des brennraumseitigen Endes des Brennstoffeinspritzventils,
    • Figuren 3 und 4 in einer Detailansicht entsprechend Figur 2 die bekannte Lösung (Figur 3) im Vergleich zur nicht durch die beanspruchte Erfindung abgedeckten Lösung (Figur 4) mit einer Verdeutlichung der Verkippungsmöglichkeiten der Brennstoffeinspritzventile,
    • Figur 5 eine erfindungsgemäß ausgeführte Brennstoffeinspritzvorrichtung in einer zweiten Ausführung in einer Detailansicht des brennraumseitigen Endes des Brennstoffeinspritzventils und
    • Figur 6 eine nicht durch die beanspruchte Erfindung abgedeckte Brennstoffeinspritzvorrichtung in einer dritten Ausführung in einer Detailansicht des brennraumseitigen Endes des Brennstoffeinspritzventils.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Zum Verständnis der Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur 1 eine bekannte Ausführungsform einer Brennstoffeinspritzvorrichtung näher beschrieben. In der Figur 1 ist als ein Ausführungsbeispiel ein Ventil in der Form eines Einspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen in einer Seitenansicht dargestellt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist Teil der Brennstoffeinspritzvorrichtung. Mit einem stromabwärtigen Ende ist das Brennstoffeinspritzventil 1, das in Form eines direkt einspritzenden Einspritzventils zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum 17 der Brennkraftmaschine ausgeführt ist, in eine Aufnahmebohrung 20 eines Zylinderkopfes 9 eingebaut. Ein Dichtring 2, insbesondere aus Teflon ™, sorgt für eine optimale Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils 1 gegenüber der Wandung der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9.
  • Zwischen einem Absatz 21 eines Ventilgehäuses 22 und einer z.B. rechtwinklig zur Längserstreckung der Aufnahmebohrung 20 verlaufenden Schulter 23 der Aufnahmebohrung 20 ist ein flaches Zwischenelement 24 eingelegt, das als Abstützelement in Form einer Unterlegscheibe ausgeführt ist. Mit Hilfe eines solchen Zwischenelements 24 werden Fertigungs- und Montagetoleranzen ausgeglichen und eine querkraftfreie Lagerung auch bei leichter Schiefstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 sichergestellt.
  • Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist an seinem zulaufseitigen Ende 3 eine Steckverbindung zu einer Brennstoffverteilerleitung (Fuel Rail) 4 auf, die durch einen Dichtring 5 zwischen einem Anschlussstutzen 6 der Brennstoffverteilerleitung 4, der im Schnitt dargestellt ist, und einem Zulaufstutzen 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 abgedichtet ist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in eine Aufnahmeöffnung 12 des Anschlussstutzens 6 der Brennstoffverteilerleitung 4 eingeschoben. Der Anschlussstutzen 6 geht dabei z.B. einteilig aus der eigentlichen Brennstoffverteilerleitung 4 hervor und besitzt stromaufwärts der Aufnahmeöffnung 12 eine durchmesserkleinere Strömungsöffnung 15, über die die Anströmung des Brennstoffeinspritzventils 1 erfolgt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 verfügt über einen elektrischen Anschlussstecker 8 für die elektrische Kontaktierung zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1.
  • Um das Brennstoffeinspritzventil 1 und die Brennstoffverteilerleitung 4 weitgehend radialkraftfrei voneinander zu beabstanden und das Brennstoffeinspritzventil 1 sicher in der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 niederzuhalten, ist ein Niederhalter 10 zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und dem Anschlussstutzen 6 vorgesehen. Der Niederhalter 10 ist als bügelförmiges Bauteil ausgeführt, z.B. als Stanz-Biege-Teil. Der Niederhalter 10 weist ein teilringförmiges Grundelement 11 auf, von dem aus abgebogen ein Niederhaltebügel 13 verläuft, der an einer stromabwärtigen Endfläche 14 des Anschlussstutzens 6 an der Brennstoffverteilerleitung 4 im eingebauten Zustand anliegt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, gegenüber den bekannten Einbaulösungen von für die Direkteinspritzung vorgesehenen Brennstoffeinspritzventilen in Aufnahmebohrungen von Zylinderköpfen auf einfache Art und Weise verbesserte Verkippungsmöglichkeiten für das Brennstoffeinspritzventil 1 zu erreichen, um die einzelnen Bauteile toleranzunempfindlicher vereinfacht herstellen zu können und größere Abweichungen von der Flucht der Achsen des Anschlussstutzens 6 der Brennstoffverteilerleitung 4, des Brennstoffeinspritzventils 1 sowie der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 ausgleichen zu können.
  • Wie in Figur 1 gezeigt, wird üblicherweise brennraumzugewandt und brennraumabgewandt der Nut für den der Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils 1 gegenüber den Brennraumgasen dienenden Dichtring 2 das Ventilgehäuse 22 des Brennstoffeinspritzventils 1 mit ein und demselben Außendurchmesser ausgeführt. Damit ist also der sehr enge Spalt zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und der Aufnahmebohrung 20 brennraumzugewandt des Dichtrings 2 zur Vermeidung des Eindringens von schädlichen Brennraumgasen auch brennraumabgewandt, also oberhalb des Dichtrings 2 in seiner geringen Spaltbreite beibehalten. Dadurch wird eine Verkippung des Brennstoffeinspritzventils 1, ohne dass das Ventilgehäuse 22 die Wandung der Aufnahmebohrung 20 im Bereich des Dichtrings 2 beidseitig berührt, stark eingeschränkt.
  • Im Gegensatz dazu zeichnet sich die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzvorrichtung dadurch aus, dass das Ventilgehäuse 22 unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 einen kleineren Außendurchmesser aufweist als den Außendurchmesser unmittelbar brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring 2, wie dies in der nicht durch die beanspruchte Erfindung abgedeckten Ausführungsform der Figur 2 dargestellt ist. Auf diese Weise ist ein Brennstoffeinspritzventil 1 in einer Aufnahmebohrung 20 eines Zylinderkopfes 9 bereitgestellt, das erfindungsgemäß ein Ventilgehäuse 22 besitzt, das durch seine optimierte Außengeometrie eine stärkere Verkippung des Brennstoffeinspritzventils 1 im Zylinderkopf 9 erlaubt, ohne dass das Ventilgehäuse 22 die Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 beidseitig metallisch berührt.
  • Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass der Dichtring 2 in der Figur 2 und allen weiteren Figuren mit einem größeren Außendurchmesser als dem Innendurchmesser der Aufnahmebohrung 20 dargestellt ist, um zu verdeutlichen, dass der Dichtring 2 vor dem Einbau in der Aufnahmebohrung 20 in der Tat einen größeren Durchmesser besitzt, der natürlich im eingebauten Zustand auf den Innendurchmesser der Aufnahmebohrung 20 zur optimalen Abdichtung reduziert und kalibriert wird. Auf die beste Einbaulage des Dichtrings 2 wird später noch eingegangen.
  • In den Figuren 3 und 4 sind in einer Detailansicht entsprechend Figur 2 die bekannte Lösung (Figur 3) im Vergleich zur nicht durch die beanspruchte Erfindung abgedeckten Lösung (Figur 4) mit einer Verdeutlichung der Verkippungsmöglichkeiten der Brennstoffeinspritzventile 2 dargestellt. Dabei wird deutlich, dass durch den verkleinerten Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 brennraumabgewandt der Nut des Dichtrings 2 der axiale Abstand x der Anlagepunkte, die beim Verkippen des Brennstoffeinspritzventils 1 bereits unter sehr kleinen Winkeln in der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 entstehen, deutlich auf einen axialen Abstand x' verkürzt wird. Durch diesen reduzierten axialen Abstand der maximal vorliegenden Anlagepunkte kann das Brennstoffeinspritzventil 1 bei gleichem radialen Spalt zwischen der Wandung der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 und dem Ventilgehäuse 22 deutlich stärker gekippt werden.
  • Die Aufnahmebohrung 20 verläuft üblicherweise, aus herstellungstechnischen Gründen und zur Vermeidung des Eindringens von schädlichen Brennraumgasen, im Bereich der Nut für den Dichtring 2 sowie des Ventilgehäuses 22 sowohl unmittelbar brennraumabgewandt als auch brennraumzugewandt der Nut am Brennstoffeinspritzventil 1 zylindrisch mit einem konstanten Innendurchmesser. Weiter brennraumabgewandt verläuft die Aufnahmebohrung 20 dann beispielsweise konisch erweitert, um das Brennstoffeinspritzventil 1 optimal einführen zu können, wie das die Figuren 1 bis 6 verdeutlichen.
  • Durch die erfindungsgemäße Maßnahme der Reduzierung des Außendurchmessers des Ventilgehäuses 22 unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 ist der radiale Abstand zwischen dem Ventilgehäuse 22 und der Aufnahmebohrung 20 unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 größer als der radiale Abstand zwischen dem Ventilgehäuse 22 und der Aufnahmebohrung 20 unmittelbar brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring 2. Dabei ist in idealer Weise der radiale Abstand zwischen dem Ventilgehäuse 22 und der Aufnahmebohrung 20 unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 größer als der radiale Abstand zwischen dem Ventilgehäuse 22 und der Aufnahmebohrung 20 brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring 2 auf der ganzen Länge bis zu einer Kante, an der der Brennraum 17 beginnt. In allen Figuren ist das Ventilgehäuse 22 brennraumzugewandt des Dichtrings 2 mehrfach gestuft dargestellt. Allerdings gilt, dass das Ventilgehäuse 22 des Brennstoffeinspritzventils 1 brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring 2 im Außendurchmesser konstant oder einfach oder mehrfach gestuft auf der ganzen Länge bis zu einer Kante, an der der Brennraum 17 beginnt, ausgeführt sein kann und der Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 kleiner ist als jeder Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring 2 bis zu der Kante, an der der Brennraum 17 beginnt.
  • Die Spaltbreite zwischen dem Ventilgehäuse 22 des Brennstoffeinspritzventils 1 und der Wandung der Aufnahmebohrung 20 beträgt brennraumzugewandt des Dichtrings 2 typischerweise nur 50 bis 100 µm, um zu vermeiden, dass Brennraumgase in die Aufnahmebohrung 20 weiter eindringen. Eine typische Abmessung für ein Brennstoffeinspritzventil 1 zur Direkteinspritzung von Brennstoff in einen Brennraum 17 ist für den Außendurchmesser 7,5 mm im Bereich des abspritzseitigen Endes. Dabei ist z.B. eine Toleranz von +/- 50 µm einzuhalten. Für die Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 wäre für den Innendurchmesser entsprechend ein typischer Wert von 7,65 mm mit einer Toleranz von +/- 25 µm.
  • Um eine metallische Verkantung und eine zweiseitige metallische Anlage bereits bei sehr kleinen Verkippungswinkeln des Brennstoffeinspritzventils 1 in der Aufnahmebohrung 20 zu vermeiden, ist der Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 um 1 bis 10 % kleiner ausgeführt als der Außendurchmesser unmittelbar brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring 2. Ein konkretes Beispiel sieht vor, dass der Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 brennraumabgewandt bezogen auf das obige Beispiel 7,3 mm beträgt. Toleranzbezogen soll also bei kleinster Aufnahmebohrung 20 und größtem Ventilgehäuse 22 immer noch ein metallischer Kontakt des Brennstoffeinspritzventils 1 brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 an der Wandung der Aufnahmebohrung 20 vermieden sein. Idealerweise ist der Außendurchmesser für das Ventilgehäuse 22 unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 genau so gewählt, dass unter Berücksichtigung der extremsten Toleranzauslegung von Ventilgehäuseaußendurchmesser und Innendurchmesser der Aufnahmebohrung 20 gerade kein metallischer Kontakt des Brennstoffeinspritzventils 1 brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 an der Wandung der Aufnahmebohrung 20 bei maximal möglicher Verkippung des Brennstoffeinspritzventils 1 vorliegt.
  • Wie Figur 4 verdeutlicht, soll der Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 dabei um 1 bis 10 % kleiner sein als jeder der Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring 2 auf der ganzen Länge bis zu einer Kante, an der der Brennraum 17 beginnt. Aus Stabilitätsgründen des Ventilgehäuses 22 wird eine Überschreitung der 10 %igen Verkleinerung des Außendurchmessers kaum sinnvoll sein; theoretisch denkbar ist sie aber jedenfalls.
  • Zur noch sichereren Auslegung ist erfindungsgemäß die Brennstoffeinspritzvorrichtung so ausgeführt, dass das Ventilgehäuse 22 unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 eine sich von der Nut entfernend konisch verjüngende Außengeometrie besitzt, wie dies Figur 5 mit einer zweiten Ausführung in einer Detailansicht des brennraumseitigen Endes des Brennstoffeinspritzventils 1 zeigt. In der Figur 5 ist die Konizität des Ventilgehäuses 22 nicht maßstabsgetreu gezeigt, da der Winkel der Außengeometrieschräge in der Realität < 1° betragen kann und dies nicht erkennbar darstellbar wäre.
  • Figur 6 zeigt eine nicht durch die beanspruchte Erfindung abgedeckte Brennstoffeinspritzvorrichtung in einer dritten Ausführung in einer Detailansicht des brennraumseitigen Endes des Brennstoffeinspritzventils 1. Dabei wird deutlich, dass die Nut für den Dichtring 2 am Ventilgehäuse 22 einen Nutgrund mit einem Durchmesser besitzt, der sich als Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 brennraumabgewandt direkt fortsetzt, so dass überhaupt keine obere Nutflanke existiert und die Außengeometrie des Ventilgehäuses 22 besonders einfach herstellbar ist. In diesem Fall ist eine maximale Verkippung des Brennstoffeinspritzventils 1 ohne metallischen Kontakt brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 uneingeschränkt möglich.
  • In allen Ausführungsfällen der Figuren 2, 4, 5 und 6 ist es sinnvoll und vorteilhaft, dass der Dichtring 2 im eingebauten Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1, nicht wie gezeigt in der Mitte der Nut sitzt, sondern auf der unteren brennraumzugewandten Nutflanke der Nut aufsitzt. Ein ganz nach vorn zum Brennraum 17 hin in der Nut kalibrierter Dichtring 2 bietet den Vorteil der bestmöglichen Vermeidung des Eindringens von Brennraumgasen in den Nutbereich, da auf diese Weise keine schädlichen Toträume im Nutbereich gebildet sind, so dass neben den Zerstörungseffekten auch unerwünschte Pump- oder Saugeffekte vermieden sind. In diesem Zusammenhang sei auf die Druckschrift DE 10 2009 045 692 A1 hinsichtlich der Kalibrierung des Dichtrings 2 verwiesen. Gemäß dieser Kalibrierung des Dichtrings 2 zur vorderen Nutflanke hin sowie der Fixierung des Dichtrings 2 an der am Nutgrund ausgeformten Wulst (Bezugszeichen 30 dieser Druckschrift) ist es ermöglicht, auf eine obere, brennraumabgewandte Nutflanke im Extremfall ganz zu verzichten und den Nutgrunddurchmesser sogar unmittelbar als Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 brennraumabgewandt fortzusetzen. Auch in diesem Fall des geringen Außendurchmessers ist ein konischer Verlauf der Außengeometrie des Ventilgehäuses 22 vom Dichtring 2 weg ebenso noch denkbar.

Claims (8)

  1. Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum (17), wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung wenigstens ein Brennstoffeinspritzventil (1) und eine Aufnahmebohrung (20), die vorzugsweise in einem Zylinderkopf (9) eingebracht ist, für das Brennstoffeinspritzventil (1) umfasst, wobei am Außenumfang des Brennstoffeinspritzventils (1) ein Dichtring (2) in einer Nut eines Ventilgehäuses (22) vorgesehen ist, der der Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils (1) gegenüber der Aufnahmebohrung (20) dient, wobei das Ventilgehäuse (22) unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring (2) einen kleineren Außendurchmesser aufweist als den Außendurchmesser unmittelbar brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring (2),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Ventilgehäuse (22) unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring (2) eine sich von der Nut entfernend konisch verjüngende Außengeometrie besitzt.
  2. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Aufnahmebohrung (20) im Bereich der Nut für den Dichtring (2) sowie des Ventilgehäuses (22) sowohl unmittelbar brennraumabgewandt als auch brennraumzugewandt der Nut am Brennstoffeinspritzventil (1) zylindrisch mit einem konstanten Innendurchmesser verläuft.
  3. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der radiale Abstand zwischen dem Ventilgehäuse (22) und der Aufnahmebohrung (20) unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring (2) größer ist als der radiale Abstand zwischen dem Ventilgehäuse (22) und der Aufnahmebohrung (20) unmittelbar brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring (2).
  4. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der radiale Abstand zwischen dem Ventilgehäuse (22) und der Aufnahmebohrung (20) unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring (2) größer ist als der radiale Abstand zwischen dem Ventilgehäuse (22) und der Aufnahmebohrung (20) brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring (2) auf der ganzen Länge bis zu einer Kante, an der der Brennraum (17) beginnt.
  5. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Ventilgehäuse (22) des Brennstoffeinspritzventils (1) brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring (2) im Außendurchmesser konstant oder einfach oder mehrfach gestuft auf der ganzen Länge bis zu einer Kante, an der der Brennraum (17) beginnt, ausgeführt ist und der Außendurchmesser des Ventilgehäuses (22) unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring (2) kleiner ist als jeder Außendurchmesser des Ventilgehäuses (22) brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring (2) bis zu der Kante, an der der Brennraum (17) beginnt.
  6. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Außendurchmesser des Ventilgehäuses (22) unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring (2) um 1 bis 10 % kleiner ist als der Außendurchmesser unmittelbar brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring (2).
  7. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Außendurchmesser des Ventilgehäuses (22) unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring (2) um 1 bis 10 % kleiner ist als jeder der Außendurchmesser brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring (2) auf der ganzen Länge bis zu einer Kante, an der der Brennraum (17) beginnt.
  8. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Dichtring (2) im eingebauten Zustand des Brennstoffeinspritzventils (1) auf der unteren brennraumzugewandten Nutflanke der Nut aufsitzt.
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