EP3234346A1 - Brennstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

Brennstoffeinspritzvorrichtung

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EP3234346A1
EP3234346A1 EP15784719.5A EP15784719A EP3234346A1 EP 3234346 A1 EP3234346 A1 EP 3234346A1 EP 15784719 A EP15784719 A EP 15784719A EP 3234346 A1 EP3234346 A1 EP 3234346A1
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EP
European Patent Office
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fuel injection
injection valve
injection device
decoupling element
receiving bore
Prior art date
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Application number
EP15784719.5A
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English (en)
French (fr)
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EP3234346B1 (de
Inventor
Johann Bayer
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
Publication of EP3234346A1 publication Critical patent/EP3234346A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3234346B1 publication Critical patent/EP3234346B1/de
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    • 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
    • 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
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/168—Assembling; Disassembling; Manufacturing; Adjusting
    • 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 relates to a fuel injection device according to the preamble of the main claim.
  • Fuel injection device shown in which a flat intermediate element is provided on a built-in a receiving bore of a cylinder head of an internal combustion engine fuel injection valve.
  • such intermediate elements are stored as support elements in the form of a washer on a shoulder of the receiving bore of the cylinder head.
  • the fuel injector is particularly suitable for use in fuel injection systems of
  • the intermediate element is a lower ring having a circular cross section which is disposed in a region in which both the fuel injection valve and the wall of the receiving bore in the cylinder head are frustoconical and serves as a compensation element for supporting and supporting the fuel injection valve.
  • Fuel injection devices are inter alia also from DE 100 27 662 AI, DE 100 38 763 AI and EP 1 223 337 AI known. These intermediate elements are characterized by the fact that they are all constructed in several parts or multi-layered and should partially take over sealing and damping functions. That from the
  • AI known intermediate element comprises a base and carrier body in which a sealant is inserted, which is penetrated by a nozzle body of the fuel injection valve.
  • a multilayer compensating element is known, consisting of two rigid rings and a sandwich between them
  • This compensating element allows both a tilting of the fuel injection valve to the axis of the
  • a likewise multi-layer intermediate element is also known from EP 1 223 337 AI, this intermediate element is composed of several washers, which consist of a damping material.
  • the damping material made of metal, rubber or PTFE is chosen and designed so that a noise attenuation of the vibrations generated by the operation of the fuel injection valve and noise is made possible.
  • the intermediate element must, however, include four to six layers to achieve a desired damping effect.
  • US 6,009,856 A also proposes to surround the fuel injector with a sleeve and to fill the resulting gap with an elastic, noise-damping mass. This kind of
  • the fuel injection device with the characterizing features of claim 1 has the advantage that very easy and inexpensive a captive for the decoupling element on the fuel injection valve can be applied, whereby slipping of the decoupling element is excluded prior to assembly of the fuel injection valve in the receiving bore.
  • the captive is inventively taken over by a compact, massive and yet filigree retaining ring, which is arranged below the decoupling element on the outer circumference of the fuel injection valve.
  • the retaining ring is distinguished by a particularly high degree of functional integration, since functional areas projecting in different directions are formed on the retaining ring, which represents a solid component.
  • Fuel injection device possible.
  • the decoupling element is characterized by a low height, which means that it can be used even in a small space.
  • the decoupling element also has a high fatigue strength even at high temperatures.
  • the decoupling element is
  • Figure 1 is a partially illustrated fuel injection device in a known
  • Figure 2 is a mechanical equivalent circuit diagram of the support of
  • Fuel injector in the cylinder head in direct fuel injection which represents a common spring mass damper system
  • FIG. 3 shows the transmission behavior of a spring mass damper shown in FIG.
  • FIG. 5 shows a detailed view V from FIG. 4 and FIG. 5
  • FIGS. 6 and 7 show an alternative embodiment of a securing ring according to the invention, wherein Figure 6 shows the installation situation in a view analogous to Figure 5 and Figure 7 shows the locking ring as a single component in an oblique plan view. Description of the embodiments
  • FIG. 1 is as an embodiment, a valve in the form of an injection valve 1 for
  • the fuel injection valve 1 is part of the fuel injection device. This is with a downstream end
  • Fuel injection valve 1 which is designed in the form of a direct-injection injector for direct injection of fuel into a combustion chamber 25 of the internal combustion engine, installed in a receiving bore 20 of a cylinder head 9.
  • a sealing ring 2 in particular made of Teflon TM, ensures optimum sealing of the
  • Cylinder Head 9 Between a shoulder 21 of a valve housing 22 and a e.g. at right angles to
  • the fuel injection valve 1 has at its inlet-side end 3 a plug connection to a fuel distributor line (fuel rail) 4, which is sealed by a sealing ring 5 between a connection piece 6 of the fuel distributor line 4, which is shown in section, and an inlet connection 7 of the fuel injection valve 1.
  • Fuel injection valve 1 is inserted into a receiving opening 12 of the connection piece 6 of the fuel distribution line 4.
  • the connecting piece 6 is in this case e.g. in one piece from the actual fuel distributor line 4 and has upstream of the receiving opening 12 a smaller diameter flow opening 15 through which the
  • the fuel injection valve 1 has via an electrical connection plug 8 for the electrical contacting for actuating the fuel injection valve 1.
  • a holding-down device 10 is provided between the fuel injection valve 1 and the connecting piece 6.
  • the hold-down 10 is designed as a bow-shaped component, e.g. as punching-bending part.
  • the hold-down device 10 has a part-ring-shaped base element 11, from which a hold-down bar 13 extends, which abuts against a downstream end face 14 of the connecting piece 6 on the fuel distributor line 4 in the installed state.
  • Idle operation can be achieved by a targeted design and geometry of the intermediate element 24, and on the other hand should be easy and inexpensive tolerance compensation, which allows tilting of the fuel injection valve by up to 1 °, and a lateral force-free operation under temperature influence allows.
  • the relevant noise source of the fuel injection valve 1 in the direct high-pressure injection are introduced during the valve operation in the cylinder head 9 forces (structure-borne sound), which lead to a structural excitation of the cylinder head 9 and are emitted from this as airborne sound.
  • a minimization of the introduced into the cylinder head 9 forces should be sought. In addition to reducing the forces caused by the injection, this can be done by influencing the
  • the bearing of the fuel injection valve 1 can be mapped on the passive intermediate member 24 in the receiving bore 20 of the cylinder head 9 as a conventional spring-mass damper system, as shown in Figure 2.
  • the mass M of the cylinder head 9 can be assumed to be infinite compared to the mass m of the fuel injection valve 1 in the first approximation.
  • the transmission behavior of such a system is characterized by a gain at low frequencies in the range of the resonant frequency f R and an isolation range above the decoupling frequency f E (see FIG. 3).
  • Fuel injection valve 1 during engine operation difficult.
  • the vehicle typically experiences the following quasi-static load conditions:
  • the decoupling element 25 is further designed with its cushion-like cross-section over its annular course that a lower, e.g. largely flat end face 26 is provided, which rests on a shoulder 23 of the receiving bore 20 in the cylinder head 9, and an upper end face 27 is provided which extends from radially outward to radially inwardly rising conical contact and contact with a spherically curved shoulder surface 21 of the valve housing 22 of the Fuel injection valve 1 has.
  • FIG. 4 shows a cross section through a decoupling element 25 in a mounting situation on a fuel injection valve 1 in the region of the disc-shaped intermediate element 24 shown in FIG
  • Decoupling element 25 is replaced.
  • Fuel injector 1 arranged by a retaining ring 29 below the
  • Decoupling element 25 is applied to the outer circumference of the fuel injection valve 1.
  • the retaining ring 29 is a closed plastic ring.
  • Circlip 29 is characterized as a solid component, which is made small and compact and has projecting in different directions functional areas.
  • the decoupling element 25 must be secured captive on the fuel injector 1 to allow a common assembly and disassembly of fuel injector 1 and decoupling element 25 at the OEM in the cylinder head 9 of the internal combustion engine. This way, the OEM only has to handle one overall assembly.
  • the decoupling element 25 and the retaining ring 29 are shown as a section V of Figure 4 in Figure 5.
  • the radially furthest inward functional area is a Haitee Scheme 30, which corresponds to a groove 31 introduced on the valve housing 22. Starting from the holding region 30 extends in the direction of the decoupling element 25 pointing oblique region 32 with a
  • Insertion bevel which should fulfill a Vorpositionierfunktion.
  • the radially outermost functional region is a securing region 33, which engages radially as far as the decoupling element 25 (with a small axial distance, at least in the installed state), such that the decoupling element 25 slips off
  • Fuel injection valve 1 is excluded before its installation in the receiving bore 20.
  • a downwardly projecting functional area is a centering area 34, which has an annular collar-like design and bears against the valve housing 22 with a clearance fit.
  • the locking ring 29 is just as compact and in his
  • Fuel injection valve 1 no contact between the wall of the receiving bore 20 of the cylinder head 9 and the retaining ring 29 is formed. This would again lead to a transverse force input to the fuel injection valve 1 and thus to undesirable bending. In addition, a secure holding the locking ring 29 would be on
  • Fuel injector 1 no longer guaranteed over the entire life.
  • the retaining ring 29 made of plastic is prior to its mounting on the
  • Fuel injector 1 conditioned.
  • the plastic is targeted with e.g. Water enriched to swell. This increases its ductility without cracks or the like. arise in the structure of the plastic.
  • the retaining ring 29 is stretched over a collar 37 on the valve housing 22. The resulting load is due to the specially conditioned state for the retaining ring 29 compatible.
  • the assembly process has to be safe and reliable
  • a provided over the insertion short cylindrical section on the collar 37 helps to prevent inversion of the retaining ring 29 during mounting safely.
  • the circlip is provided with the oblique portion 32 having an insertion slope of e.g. 45 °.
  • Valve housing 22 introduced groove 31 ensures that the inclined portion 32 following holding portion 30 is caught, so that prevents that in the installed state no Otherwise, the pivoting capability of the fuel injection valve 1 would be significantly restricted, in the mounted state, the circlip 29 is designed with pressure in the groove 31, ie the maximum inner diameter of the circlip 29 is smaller After mounting the unit fuel injector 1 / decoupling element 25 / retaining ring 29 in the receiving bore 20, the plastic will reduce its moisture content back to its original level, whereby the interference fit on the fuel injector 1 is increased again.
  • the decoupling element 25 on its upper side, the conical or conical end face 27, which corresponds in the installed state with the convex spherical or convex, convex shoulder surface 21 of the valve housing 22 of the fuel injector 1.
  • the shoulder surface 21 of the valve housing 22 is formed on a radially outwardly projecting shoulder 28.
  • the shoulder surface 21 of the valve housing 22 does not have to be continuously curved in a spherical manner; It suffices such a shape in the contact area with the conical
  • the respective transitions of the upper end face 27 and the lower end face 26 to the two inner and outer annular surface areas of the decoupling element 25 may be rounded.
  • the geometry with a shallow angle or a large radius of the curvature on the spherically curved shoulder surface 21 of the valve housing 22 and the conical or tapered end face 27 of the decoupling element 25 allows in conjunction with a relatively large clearance radially inward toward the fuel injector 1 and with a small clearance radially outward to the wall of the receiving bore 20 toward the
  • Such a decoupling element 25 is inexpensive to manufacture and decouples the structure-borne noise in the desired manner. Together with the slightly convex curved shoulder surface 21 of the valve housing 22 results in a pivotable or tiltable connection for tolerance compensation. When offset between the fuel injection valve 1 and the receiving bore 20 within the tolerated manufacturing fluctuations, it may lead to a slight tilting of the fuel injection valve 1. Due to the pivotal connection between the fuel injection valve 1 and the decoupling element 25 then lateral forces are largely avoided in a misalignment of the fuel injection valve 1.
  • FIG. 6 shows the mounting situation and Figure 7 shows the retaining ring 29 as a single component in an oblique plan view.
  • This version of the locking ring 29 is a compact, solid, closed plastic ring.
  • This variant of the locking ring 29 advantageously offers the possibility of undirected assembly in the factory of the fuel injector 1.
  • the retaining ring 29 due to its formed as an oblique region 32 Rad ierfase be fed in a directional form in the assembly line, which leads to a certain susceptibility to errors.
  • the retaining ring 29 is executed on its top and bottom quasi symmetrical. Therefore, it does not matter in which position the retaining ring 29 is mounted on the fuel injection valve 1. He behaves the same in terms of installation and function in both directions. Similar to the ring-collar-like centering region 34 of the first embodiment, ring-shaped web regions 42 protrude upwards and downwards from the main body of the securing ring 29, of which e.g. six spaced apart over the entire ring are formed. The retaining ring 29 is constructed on the bottom and top only quasi symmetrical, since the interrupted web portions 42, the one easy

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Abstract

Die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzvorrichtung zeichnet sich besonders dadurch aus, dass eine geräuscharme und schwenkbare Konstruktion realisiert ist. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung umfasst wenigstens ein Brennstoffeinspritzventil (1) und eine Aufnahmebohrung (20) in einem Zylinderkopf (9) für das Brennstoffeinspritzventil (1) sowie ein Entkopplungselement (25) zwischen einem Ventilgehäuse (22) des Brennstoffeinspritzventils (1) und einer Wandung der Aufnahmebohrung (20). Das Entkopplungselement (25) ist dabei verliergesichert an dem Brennstoffeinspritzventil (1) vor dessen Montage in der Aufnahmebohrung (20) angeordnet, indem ein Sicherungsring (29) unterhalb des Entkopplungselements (25) am Außenumfang des Brennstoffeinspritzventils (1) angebracht ist und der Sicherungsring (29) ein geschlossener Kunststoff ring ist. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung eignet sich besonders zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine.

Description

Beschreibung
Titel
Brennstoffeinspritzvorrichtung
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 an einem in einer Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine eingebauten Brennstoffeinspritzventil ein flaches Zwischenelement vorgesehen ist. In bekannter Weise werden solche Zwischenelemente als Abstützelemente in Form einer Unterlegscheibe 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.
Eine andere Art eines einfachen Zwischenelements für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung ist bereits aus der DE 101 08 466 AI bekannt. Bei dem Zwischenelement handelt es ich um einen Unterlegring mit einem kreisförmigen Querschnitt, der in einem Bereich, in dem sowohl das Brennstoffeinspritzventil als auch die Wandung der Aufnahmebohrung im Zylinderkopf kegelstumpfförmig verlaufen, angeordnet ist und als Ausgleichselement zur Lagerung und Stützung des Brennstoffeinspritzventils dient.
Kompliziertere und in der Herstellung deutlich aufwändigere Zwischenelemente für
Brennstoffeinspritzvorrichtungen sind u.a. auch aus den DE 100 27 662 AI, DE 100 38 763 AI und EP 1 223 337 AI bekannt. Diese Zwischenelemente zeichnen sich dadurch aus, dass sie allesamt mehrteilig bzw. mehrlagig aufgebaut sind und z.T. Dicht- und Dämpfungsfunktionen übernehmen sollen. Das aus der
DE 100 27 662 AI bekannte Zwischenelement umfasst einen Grund- und Trägerkörper, in dem ein Dichtmittel eingesetzt ist, das von einem Düsenkörper des Brennstoffeinspritzventils durchgriffen wird. Aus der DE 100 38 763 AI ist ein mehrlagiges Ausgleichselement bekannt, das sich aus zwei starren Ringen und einem sandwichartig dazwischen
angeordneten elastischen Zwischenring zusammensetzt. Dieses Ausgleichselement ermöglicht sowohl ein Verkippen des Brennstoffeinspritzventils zur Achse der
Aufnahmebohrung über einen relativ großen Winkelbereich als auch ein radiales
Verschieben des Brennstoffeinspritzventils aus der Mittelachse der Aufnahmebohrung.
Ein ebenfalls mehrlagiges Zwischenelement ist auch aus der EP 1 223 337 AI bekannt, wobei dieses Zwischenelement aus mehreren Unterlegscheiben zusammengesetzt ist, die aus einem Dämpfungsmaterial bestehen. Das Dämpfungsmaterial aus Metall, Gummi oder PTFE ist dabei so gewählt und ausgelegt, dass eine Geräuschdämpfung der durch den Betrieb des Brennstoffeinspritzventils erzeugten Vibrationen und Geräusche ermöglicht wird. Das Zwischenelement muss dazu jedoch vier bis sechs Lagen umfassen, um einen gewünschten Dämpfungseffekt zu erzielen.
Zur Reduzierung von Geräuschemissionen schlägt die US 6,009,856 A zudem vor, das Brennstoffeinspritzventil mit einer Hülse zu umgeben und den entstehenden Zwischenraum mit einer elastischen, geräuschdämpfenden Masse auszufüllen. Diese Art der
Geräuschdämpfung ist allerdings sehr aufwändig, montageunfreundlich und kostspielig.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sehr einfach und kostengünstig eine Verliersicherung für das Entkopplungselement auf dem Brennstoffeinspritzventil aufbringbar ist, wodurch ein Abrutschen des Entkopplungselements vor der Montage des Brennstoffeinspritzventils in der Aufnahmebohrung ausgeschlossen ist. Die Verliersicherung wird erfindungsgemäß von einem kompakten, massiven und trotzdem filigranen Sicherungsring übernommen, der unterhalb des Entkopplungselements am Außenumfang des Brennstoffeinspritzventils angeordnet ist. Der Sicherungsring zeichnet sich trotz seiner sehr einfachen und leicht herstellbaren Geometrie und Konturgebung durch eine besonders hohe Funktionsintegration aus, da an dem ein massives Bauelement darstellenden Sicherungsring in verschiedene Richtungen abstehende Funktionsbereiche ausgeformt sind, die dem Halten, Sichern, Zentrieren, Vorpositionieren und dem beschädigungsfreien Einführen und Aufbringen dienen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen
Brennstoffeinspritzvorrichtung möglich.
Das Entkopplungselement zeichnet sich durch eine geringe Bauhöhe aus, wodurch es auch bei kleinem Bauraum einsetzbar ist. Das Entkopplungselement besitzt zudem eine große Dauerfestigkeit auch bei hohen Temperaturen. Das Entkopplungselement ist
fertigungstechnisch sehr einfach und kostengünstig herstellbar. Die gesamte Aufhängung des Systems aus Brennstoffeinspritzventil und Entkopplungselement kann zudem einfach und schnell moniert bzw. demontiert werden.
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 mit einem scheibenförmigen Zwischenelement,
Figur 2 ein mechanisches Ersatzschaltbild der Abstützung des
Brennstoffeinspritzventils im Zylinderkopf bei der Kraftstoffdirekteinspritzung, das ein gewöhnliches Feder- Masse- Dämpfer- System wiedergibt,
Figur 3 das Übertragungsverhalten eines in Figur 2 gezeigten Feder- Masse- Dämpfer-
Systems mit einer Verstärkung bei niedrigen Frequenzen im Bereich der Resonanzfrequenz fR und einem Isolationsbereich oberhalb der Entkoppelfrequenz fE,
Figur 4 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße
Brennstoffeinspritzvorrichtung in einer Einbausituation an einem Brennstoffeinspritzventil im Bereich des in Figur 1 gezeigten scheibenförmigen Zwischenelements,
Figur 5 eine Detailansicht V aus Figur 4 und
Figuren 6 und 7 eine alternative Ausführung eines erfindungsgemäßen Sicherungsrings, wobei Figur 6 die Einbausituation in einer Ansicht analog Figur 5 zeigt und Figur 7 den Sicherungsring als Einzelbauteil in einer schrägen Draufsicht zeigt. 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 25 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 des Zylinderkopfes niederzuhalten, ist ein Niederhalter 10 zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und dem Anschlussstutzen 6 vorgesehen. Der Niederhalter 10 ist als bügeiförmiges 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.
Gegenüber den bekannten Zwischenelementelösungen soll einerseits auf einfache Art und Weise eine verbesserte Geräuschdämpfung, vor allen Dingen im geräuschkritischen
Leerlaufbetrieb, durch eine gezielte Auslegung und Geometrie des Zwischenelements 24 erreicht werden, und andererseits soll einfach und kostengünstig ein Toleranzausgleich, der ein Verkippen des Brennstoffeinspritzventils um bis zu 1° erlaubt, und ein querkraftfreier Betrieb unter Temperatureinfluss ermöglicht sein. Die maßgebliche Geräuschquelle des Brennstoffeinspritzventils 1 bei der direkten Hochdruckeinspritzung sind die während des Ventilbetriebs in den Zylinderkopf 9 eingeleiteten Kräfte (Körperschall), die zu einer strukturellen Anregung des Zylinderkopfs 9 führen und von diesem als Luftschall abgestrahlt werden. Um eine Geräuschverbesserung zu erreichen, ist daher eine Minimierung der in den Zylinderkopf 9 eingeleiteten Kräfte anzustreben. Neben der Verringerung der durch die Einspritzung verursachten Kräfte kann dies durch eine Beeinflussung des
Übertragungsverhaltens zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und dem Zylinderkopf 9 erreicht werden.
Im mechanischen Sinne kann die Lagerung des Brennstoffeinspritzventils 1 auf dem passiven Zwischenelement 24 in der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 als ein gewöhnliches Feder- Masse- Dämpfer- System abgebildet werden, wie dies in Figur 2 dargestellt ist. Die Masse M des Zylinderkopfs 9 kann dabei gegenüber der Masse m des Brennstoffeinspritzventils 1 in erster Näherung als unendlich groß angenommen werden. Das Übertragungsverhalten eines solchen Systems zeichnet sich durch eine Verstärkung bei niedrigen Frequenzen im Bereich der Resonanzfrequenz fR und einen Isolationsbereich oberhalb der Entkoppelfrequenz fE aus (siehe Figur 3). Die Entkopplung des Brennstoffeinspritzventils 1 vom Zylinderkopf 9 mit Hilfe einer geringen Federsteifigkeit c des Entkopplungselements 25, das ringförmig, insbesondere als geschlossener Ring, und im Querschnitt polsterartig ausgeführt ist, wird neben dem geringen Bauraum durch eine Einschränkung der zulässigen axialen Maximalbewegung des
Brennstoffeinspritzventils 1 während des Motorbetriebs erschwert. Im Fahrzeug treten typischerweise folgende quasi-statische Lastzustände auf:
1. die nach der Montage durch einen Niederhalter 10 aufgebrachte statische Niederhaltekraft
2. die bei Leerlauf-Betriebsdruck vorliegende Kraft FL und
3. die bei nominalem Systemdruck vorliegende Kraft FSys.
Um die geräuschentkoppelnden Maßnahmen bei typischen Randbedingungen der
Kraftstoffdirekteinspritzung (geringer Bauraum, große Kräfte, geringe axiale
Gesamtbewegung des Brennstoffeinspritzventils 1) auf einfache und kostengünstige Weise umsetzen zu können, ist das Entkopplungselement 25 mit seinem polsterartigen Querschnitt über seinen ringförmigen Verlauf weiterhin so gestaltet, dass eine untere, z.B. weitgehend ebene Stirnfläche 26 vorgesehen ist, die auf einer Schulter 23 der Aufnahmebohrung 20 im Zylinderkopf 9 aufliegt, und eine obere Stirnfläche 27 vorgesehen ist, die von radial außen nach radial innen konisch ansteigend verläuft und Anlagekontakt mit einer sphärisch gewölbten Schulterfläche 21 des Ventilgehäuses 22 des Brennstoffeinspritzventils 1 hat.
In der Figur 4 ist ein Querschnitt durch ein Entkopplungselement 25 in einer Einbausituation an einem Brennstoffeinspritzventil 1 im Bereich des in Figur 1 gezeigten scheibenförmigen Zwischenelements 24 dargestellt, wobei das Zwischenelement 24 durch das
Entkopplungselement 25 ersetzt ist.
Erfindungsgemäß ist das Entkopplungselement 25 verliergesichert am
Brennstoffeinspritzventil 1 angeordnet, indem ein Sicherungsring 29 unterhalb des
Entkopplungselements 25 am Außenumfang des Brennstoffeinspritzventils 1 aufgebracht ist. Der Sicherungsring 29 stellt dabei einen geschlossenen Kunststoff ring dar. Der
Sicherungsring 29 zeichnet sich als ein massives Bauelement aus, das klein und kompakt ausgeführt ist und das in verschiedene Richtungen abstehende Funktionsbereiche aufweist. Das Entkopplungselement 25 muss verliersicher am Brennstoffeinspritzventil 1 befestigt werden, um eine gemeinsame Montage und Demontage von Brennstoffeinspritzventil 1 und Entkopplungselement 25 beim OEM in den Zylinderkopf 9 der Brennkraftmaschine zu ermöglichen. Auf diese Weise muss der OEM nur eine Gesamtbaugruppe handhaben. In einer vergrößerten Detailansicht sind in der Figur 5 das Entkopplungselement 25 und der Sicherungsring 29 als Ausschnitt V der Figur 4 gezeigt. Der radial am weitesten nach innen stehende Funktionsbereich ist ein Haiteebereich 30, der mit einer am Ventilgehäuse 22 eingebrachten Nut 31 korrespondiert. Ausgehend vom Haltebereich 30 erstreckt sich ein in Richtung zum Entkopplungselement 25 zeigender Schrägbereich 32 mit einer
Einführschräge, der eine Vorpositionierfunktion erfüllen soll. Der radial am weitesten nach außen stehende Funktionsbereich ist ein Sicherungsbereich 33, der radial soweit das Entkopplungselement 25 (mit einem zumindest im eingebauten Zustand geringen axialen Abstand) untergreift, dass ein Abrutschen des Entkopplungselements 25 vom
Brennstoffeinspritzventil 1 vor dessen Einbau in der Aufnahmebohrung 20 ausgeschlossen ist. Ein nach unten abstehendender Funktionsbereich ist ein Zentrierbereich 34, der ringkragenartig ausgeführt ist und mit einer Spielpassung an dem Ventilgehäuse 22 anliegt. Erfindungsgemäß ist der Sicherungsring 29 genauso kompakt und in seinen
Außenabmessungen gestaltet, dass im Auslenkungs-/Verkippungsfall des
Brennstoffeinspritzventils 1 kein Kontakt zwischen der Wandung der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 und dem Sicherungsring 29 entsteht. Dies würde wieder zu einem Querkrafteintrag auf das Brennstoffeinspritzventil 1 und somit zur unerwünschten Biegung führen. Außerdem wäre ein sicheres Halten des Sicherungsrings 29 am
Brennstoffeinspritzventil 1 über die gesamte Lebensdauer nicht mehr gewährleistet.
Der Sicherungsring 29 aus Kunststoff wird vor seiner Montage auf dem
Brennstoffeinspritzventil 1 konditioniert. Dabei wird der Kunststoff gezielt mit z.B. Wasser zum Aufquellen angereichert. Hierdurch erhöht sich seine Dehnbarkeit, ohne dass Risse o.ä. im Gefüge des Kunststoffs entstehen. Anschließend wird der Sicherungsring 29 über einen Bund 37 am Ventilgehäuse 22 gedehnt. Die dabei entstehende Belastung ist aufgrund des speziell konditionierten Zustands für den Sicherungsring 29 verträglich. Um dem
Montageprozess sicher und zuverlässig durchführen zu können, besitzt das
Brennstoffeinspritzventil 1 an seinem Bund 37 eine Einführschräge von z.B. 30°. Ein über der Einführschräge vorgesehener kurzer zylindrischer Abschnitt am Bund 37 hilft dabei, ein Umstülpen des Sicherungsringes 29 beim Montieren sicher zu unterbinden. Um ein radiales Vorpositionieren des Sicherungsringes 29 zu ermöglichen, ist der Sicherungsring mit dem Schrägbereich 32 ausgestattet, der eine Einführschräge von z.B. 45° besitzt. Die am
Ventilgehäuse 22 eingebrachte Nut 31 sorgt dafür, dass der dem Schrägbereich 32 folgende Haltebereich 30 gefangen wird, so dass verhindert ist, dass im eingebauten Zustand kein Kontakt oder ein Sitz„auf Block" an dem Entkopplungselement 25 vorliegt. Hierdurch würde ansonsten die Schwenkbarkeit des Brennstoffeinspritzventils 1 erheblich eingeschränkt werden. Im montierten Zustand ist der Sicherungsring 29 mit Pressung in der Nut 31 ausgelegt, d.h. der maximale Innendurchmesser des Sicherungsringes 29 ist kleiner als der minimale Außendurchmesser des Nutgrundes am Ventilgehäuse 22. Nach der Montage der Baueinheit Brennstoffeinspritzventil 1/Entkopplungselement 25/Sicherungsring 29 in der Aufnahmebohrung 20 wird der Kunststoff seinen Feuchtigkeitsgehalt wieder auf das ursprüngliche Maß abbauen, wodurch der Festsitz am Brennstoffeinspritzventil 1 nochmals erhöht wird.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Entkopplungselement 25 an seiner Oberseite die konisch bzw. kegelig verlaufende Stirnfläche 27 auf, die im eingebauten Zustand mit der ballig bzw. sphärisch ausgeführten, konvex gewölbten Schulterfläche 21 des Ventilgehäuses 22 des Brennstoffeinspritzventils 1 korrespondiert. Die Schulterfläche 21 des Ventilgehäuses 22 ist dabei an einer radial nach außen stehenden Schulter 28 ausgebildet. Die Schulterfläche 21 des Ventilgehäuses 22 muss nicht durchgehend sphärisch gewölbt verlaufen; es genügt eine solche Ausformung im Kontaktbereich mit der konisch
verlaufenden Stirnfläche 27 des Entkopplungselements 25. Die jeweiligen Übergänge der oberen Stirnfläche 27 und der unteren Stirnfläche 26 zu den beiden inneren und äußeren Ringmantelflächen des Entkopplungselements 25 können abgerundet sein. Die Geometrie mit einem flachen Winkel bzw. einem großen Radius der Wölbung an der sphärisch gewölbten Schulterfläche 21 des Ventilgehäuses 22 und der konisch bzw. kegelig verlaufenden Stirnfläche 27 des Entkopplungselements 25 ermöglicht in Verbindung mit einem relativ großen Spiel nach radial innen zum Brennstoffeinspritzventil 1 hin und mit einem geringen Spiel nach radial außen zur Wandung der Aufnahmebohrung 20 hin den
Einsatz eines spritzbaren Kunststoffelements oder eines kaltverformten Aluminiumelements. Ein solches Entkopplungselement 25 ist kostengünstig zu fertigen und entkoppelt den Körperschall in der gewünschten Weise. Zusammen mit der geringfügig konvex gewölbten Schulterfläche 21 des Ventilgehäuses 22 entsteht eine schwenkbare bzw. verkippbare Verbindung zum Toleranzausgleich. Bei Versatz zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und der Aufnahmebohrung 20 im Rahmen der tolerierten Fertigungsschwankungen kann es zu einer leichten Schiefstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 kommen. Durch die schwenkbare Verbindung zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und dem Entkopplungselement 25 werden dann Querkräfte bei einer Schiefstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 weitgehend vermieden. Ein über die Schulter 23 der Aufnahmebohrung 20 in Richtung zum Sicherungsring 29 ragender und schräg ausgeführter Kragen 38 am Entkopplungselement 25 kann für eine noch bessere Stabilisierung des Entkopplungselements 25 im Verkippungsfall sorgen bzw. ermöglicht die sehr kompakte Ausführung des Sicherungsrings 29, da das Entkopplungselement 25 im Bereich des Kragens 38 bei geringen radialen Abmessungen des Sicherungsringes 29 bereits sicher Untergriffen ist.
In den Figuren 6 und 7 ist eine alternative Ausführung eines erfindungsgemäßen
Sicherungsrings 29 dargestellt, wobei Figur 6 die Einbausituation zeigt und Figur 7 den Sicherungsring 29 als Einzelbauteil in einer schrägen Draufsicht. Auch diese Ausführung des Sicherungsrings 29 stellt einen kompakten, massiven, geschlossenen Kunststoff ring dar. Diese Variante des Sicherungsrings 29 bietet in vorteilhafter Weise die Möglichkeit einer ungerichteten Montage im Fertigungswerk des Brennstoffeinspritzventils 1. Bei der in den Figuren 4 und 5 gezeigten Ausführung muss der Sicherungsring 29 aufgrund seiner als Schrägbereich 32 ausgebildeten Vorposition ierfase in gerichteter Form in der Montagelinie zugeführt werden, was eine gewisse Fehleranfälligkeit mit sich führt.
Der Sicherungsring 29 ist auf seiner Ober- und Unterseite quasi symmetrisch ausgeführt. Deshalb ist es egal, in welcher Lage der Sicherungsring 29 auf dem Brennstoffeinspritzventil 1 montiert wird. Er verhält sich bezüglich Montage und Funktion in beiden Einbaurichtungen gleich. Ähnlich dem ringkragenartigen Zentrierbereich 34 des ersten Ausführungsbeispiels stehen vom Grundkörper des Sicherungsrings 29 nach oben und unten ringabschnittförmige Stegbereiche 42 ab, von denen z.B. sechs voneinander beabstandet über den Gesamtring ausgeformt sind. Der Sicherungsring 29 ist dabei auf der Unter- und Oberseite nur quasi symmetrisch aufgebaut, da die unterbrochenen Stegbereiche 42, die einen leicht
trapezförmigen Querschnitt aufweisen, z.B. um 30° versetzt angeordnet sind, so dass den Lücken zwischen den Stegbereichen 42 der einen Seite immer Stegbereiche 42 auf der anderen Seite gegenüberliegen. Eine solche Ausformung hat sowohl festigkeits- als auch spritzgusstechnische Vorteile.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum, wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung wenigstens ein Brennstoffeinspritzventil (1) und eine
Aufnahmebohrung (20) für das Brennstoffeinspritzventil (1) umfasst, und ein
Entkopplungselement (25) zwischen einem Ventilgehäuse (22) des Brennstoffeinspritzventils (1) und einer Wandung der Aufnahmebohrung (20) eingebracht ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Entkopplungselement (25) verliergesichert am Brennstoffeinspritzventil (1) angeordnet ist, indem ein Sicherungsring (29) unterhalb des Entkopplungselements (25) am Außenumfang des Brennstoffeinspritzventils (1) aufgebracht ist und der Sicherungsring (29) ein geschlossener Kunststoff ring ist.
2. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sicherungsring (29) ein massives Bauelement darstellt, das in verschiedene Richtungen abstehende Funktionsbereiche aufweist.
3. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der radial am weitesten nach innen stehende Funktionsbereich ein Haiteebereich (30) ist, der mit einer am Ventilgehäuse (22) eingebrachten Nut (31) korrespondiert.
4. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass ausgehend ein vom Haltebereich (30) in Richtung zum Entkopplungselement (25) zeigender Schrägbereich (32) mit einer Einführschräge zur Vorpositionierung vorgesehen ist.
5. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der radial am weitesten nach außen stehende Funktionsbereich ein Sicherungsbereich (33) ist, der radial soweit das Entkopplungselement (25) untergreift, dass ein Abrutschen des Entkopplungselements (25) vom Brennstoffeinspritzventil (1) vor dessen Einbau in der Aufnahmebohrung (20) ausgeschlossen ist.
6. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein nach unten abstehendender Funktionsbereich ein Zentrierbereich (34) ist, der ringkragenartig ausgeführt ist.
7. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sicherungsring (29) auf seiner Ober- und Unterseite jeweils mehrere
ringabschnittförmige Stegbereiche (42) aufweist, die voneinander beabstandet über den Gesamtring ausgeformt sind.
8. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die ringabschnittförmigen Stegbereiche (42) in einer Projektion in eine Ebene zueinander versetzt ausgeformt sind, so dass den Lücken zwischen den Stegbereichen (42) der einen Seite immer Stegbereiche (42) auf der anderen Seite gegenüberliegen.
9. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Entkopplungselement (25) ringförmig, insbesondere als geschlossener Ring, ausgeführt ist, der eine untere Stirnfläche (26) hat, die auf einer Schulter (23) der
Aufnahmebohrung (20) aufliegt, und der eine obere Stirnfläche (27) hat, die von radial außen nach radial innen konisch ansteigend verläuft und Anlagekontakt mit einer sphärisch gewölbten Schulterfläche (21) des Ventilgehäuses (22) des Brennstoffeinspritzventils (1) hat.
10. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Entkopplungselement (25) ein gespritztes Kunststoffelement oder ein
kaltverformtes Aluminiumelement ist.
11. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungselement (25) derart eingebaut ist, dass ein relativ großes Spiel nach radial innen zum Brennstoffeinspritzventil (1) hin und ein sehr geringes Spiel nach radial außen zur Wandung der Aufnahmebohrung (20) hin vorliegt.
12. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das Entkopplungselement (25) im Bereich seiner oberen, konisch verlaufenden Stirnfläche (27) eine schwenkbare bzw. verkippbare Verbindung mit dem
Brennstoffeinspritzventil (1) zum Toleranzausgleich eingeht.
13. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Aufnahmebohrung (20) für das Brennstoffeinspritzventil (1) in einem Zylinderkopf (9) ausgebildet ist und die Aufnahmebohrung (20) eine Schulter (23) besitzt, die senkrecht zur Erstreckung der Aufnahmebohrung (20) verläuft und auf der das Entkopplungselement (25) aufliegt.
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