EP3234346B1 - Brennstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

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EP3234346B1
EP3234346B1 EP15784719.5A EP15784719A EP3234346B1 EP 3234346 B1 EP3234346 B1 EP 3234346B1 EP 15784719 A EP15784719 A EP 15784719A EP 3234346 B1 EP3234346 B1 EP 3234346B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel injection
injection valve
decoupling element
receiving bore
injection device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP15784719.5A
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English (en)
French (fr)
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EP3234346A1 (de
Inventor
Johann Bayer
Wilhelm Reinhardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
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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    • 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
    • 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.
  • a fuel injection device known from the prior art in which a flat intermediate element is provided on a fuel injection valve installed in a receiving bore of a cylinder head of an internal combustion engine.
  • such intermediate elements are deposited as support elements in the form of a washer on a shoulder of the receiving bore of the cylinder head.
  • manufacturing and assembly tolerances are compensated for and a lateral force-free bearing is ensured even when the fuel injector is slightly inclined.
  • the fuel injection device is particularly suitable for use in fuel injection systems of mixed-compression spark-ignition internal combustion engines.
  • the intermediate element is a washer with a circular cross-section, which is arranged in an area in which both the fuel injector and the wall of the mounting hole in the cylinder head run in the shape of a truncated cone, and serves as a compensating element for mounting and supporting the fuel injector.
  • Intermediate elements for fuel injection devices which are more complicated and much more complex to manufacture, are also known from DE 100 27 662 A1 , DE 100 38 763 A1 and EP 1 223 337 A1 known. These intermediate elements are characterized by the fact that they are all made up of several parts or several layers, and some of them are supposed to perform sealing and damping functions. That from the DE 100 27 662 A1 Known intermediate element comprises a base and carrier body, in which a sealant is used, which is penetrated by a nozzle body of the fuel injector. From the DE 100 38 763 A1 a multilayer compensation element is known, which is composed of two rigid rings and an elastic intermediate ring arranged between them in a sandwich-like manner. This compensating element enables both the tilting of the fuel injector to the axis of the receiving bore over a relatively large angular range and also a radial displacement of the fuel injector from the central axis of the receiving bore.
  • a multilayer intermediate element is also from the EP 1 223 337 A1 known, this intermediate element is composed of several washers, which consist of a damping material.
  • the damping material made of metal, rubber or PTFE is selected and designed in such a way that noise dampening of the vibrations and noises generated by the operation of the fuel injector is made possible.
  • the intermediate element must comprise four to six layers in order to achieve a desired damping effect.
  • the US 6,009,856 A also propose to surround the fuel injector with a sleeve and to fill the resulting space with an elastic, noise-damping compound.
  • this type of noise reduction is very complex, unfriendly to assemble and expensive.
  • the fuel injection device for fuel injection systems of internal combustion engines, in particular for the direct injection of fuel into a combustion chamber, is already known.
  • the fuel injection device comprises at least one fuel injection valve and a receiving bore for the fuel injection valve.
  • a sealing element is introduced between a valve housing of the fuel injection valve and a wall of the receiving bore.
  • the sealing element is arranged on the fuel injector in such a way that it is secured against loss, in that a securing O-ring is applied below the sealing element on the outer circumference of the fuel injector.
  • the O-ring is a closed ring made of a rubber such as Perbunan, which dissolves during the operation of the internal combustion engine.
  • a fuel injection device which comprises at least one fuel injection valve and a receiving bore for the fuel injection valve and in which a sealing washer is introduced between a valve housing of the fuel injection valve and a wall of the receiving bore and is fixed to the fuel injection valve by a prestressed elastomer ring.
  • the fuel injection device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that it is very simple and inexpensive to apply a loss protection for the decoupling element on the fuel injection valve, as a result of which the decoupling element cannot slip before the fuel injection valve is installed in the receiving bore.
  • the securing against loss is taken over according to the invention by a compact, massive and nevertheless filigree locking ring which is arranged below the decoupling element on the outer circumference of the fuel injection valve.
  • the retaining ring is characterized by a particularly high level of functional integration, since the retaining ring, which is a solid component, is formed with functional areas that protrude in different directions, which hold, secure, center, preposition and insert without damage and serving.
  • the decoupling element is characterized by a low overall height, which means that it can also be used in a small installation space.
  • the decoupling element also has great fatigue strength even at high temperatures.
  • the decoupling element is very simple and inexpensive to manufacture. The entire suspension of the system consisting of fuel injector and decoupling element can also be easily and quickly assembled or disassembled.
  • a valve in the form of an injection valve 1 for fuel injection systems of mixed-compression spark-ignition internal combustion engines is shown in a side view.
  • the fuel injection valve 1 is part of the fuel injection device.
  • the fuel injection valve 1 which is designed in the form of a direct injection fuel injector for the direct injection of fuel into a combustion chamber 25 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 an optimal seal of the fuel injection valve 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 at right angles to the longitudinal extension of the receiving bore 20 shoulder 23 of the receiving bore 20.
  • the fuel injection valve 1 has at its inlet end 3 a plug connection to a fuel rail 4, which is sealed by a sealing ring 5 between a connecting piece 6 of the fuel rail 4, which is shown in section, and an inlet nozzle 7 of the fuel injector 1.
  • the fuel injection valve 1 is inserted into a receiving opening 12 of the connecting piece 6 of the fuel distributor line 4.
  • the connecting piece 6 emerges, for example, in one piece from the actual fuel distributor line 4 and has, upstream of the receiving opening 12, a smaller-diameter flow opening 15, via which the flow to the fuel injection valve 1 takes place.
  • the fuel injector 1 has via an electrical connector 8 for the electrical contact for actuating the fuel injector 1.
  • a hold-down device 10 is provided between the fuel injector 1 and the connecting piece 6.
  • the hold-down device 10 is designed as a bow-shaped component, e.g. as a stamped and bent part.
  • the hold-down device 10 has a partially ring-shaped base element 11, from which a hold-down bracket 13 extends, which bears against a downstream end face 14 of the connecting piece 6 on the fuel distributor line 4 in the installed state.
  • the mounting of the fuel injection valve 1 on the passive intermediate element 24 in the receiving bore 20 of the cylinder head 9 can be represented as a conventional spring-mass damper system, as shown in FIG Figure 2 is shown.
  • the mass M of the cylinder head 9 can be assumed to be infinitely large compared to the mass m of the fuel injector 1.
  • the transmission behavior of such a system is characterized by an amplification at low frequencies in the range of the resonance frequency f R and an isolation range above the decoupling frequency f E (see Figure 3 ).
  • the decoupling element 25 with its cushion-like cross-section is further designed over its annular course so 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 rises conically from radially outside to radially inside and makes contact with a spherically curved shoulder surface 21 of the valve housing 22 of the Has fuel injector 1.
  • FIG 4 is a cross section through a decoupling element 25 in an installation situation on a fuel injection valve 1 in the area of the in Figure 1 shown disc-shaped intermediate element 24, wherein the intermediate element 24 is replaced by the decoupling element 25.
  • the decoupling element 25 is arranged on the fuel injection valve 1 in such a way that it is secured against loss, in that a securing ring 29 is applied below the decoupling element 25 on the outer circumference of the fuel injection valve 1.
  • the locking ring 29 represents a closed plastic ring.
  • the locking ring 29 is characterized as a solid component that is small and compact and has functional areas that protrude in different directions.
  • the decoupling element 25 must be securely attached to the fuel injector 1 in order to enable the fuel injector 1 and the decoupling element 25 to be assembled and disassembled at the OEM in the cylinder head 9 of the internal combustion engine. In this way, the OEM only has to handle one complete assembly.
  • the radially furthest inward functional area is a holding area 30, which corresponds to a groove 31 made in the valve housing 22.
  • an inclined area 32 pointing in the direction of the decoupling element 25 extends with an insertion bevel, which is intended to perform a pre-positioning function.
  • the radially outermost functional area is a securing area 33, which engages radially under the decoupling element 25 (with a small axial distance, at least in the installed state), so that the decoupling element 25 cannot slip off the fuel injector 1 before it is installed in the receiving bore 20 .
  • a downwardly projecting functional area is a centering area 34, which is designed like a ring collar and bears against the valve housing 22 with a clearance fit.
  • the locking ring 29 is just as compact and its outer dimensions are such that, in the event of the fuel injection valve 1 being deflected / tilted, there is no contact between the wall of the receiving bore 20 of the cylinder head 9 and the locking ring 29. This would again lead to a lateral force input on the fuel injection valve 1 and thus to an undesirable bend. In addition, a secure holding of the locking ring 29 on the fuel injector 1 would no longer be guaranteed over the entire service life.
  • the retaining ring 29 made of plastic is conditioned before it is installed on the fuel injector 1.
  • the plastic is specifically enriched with water to swell. This increases its elasticity without tears or the like. arise in the structure of the plastic.
  • the locking ring 29 is stretched over a collar 37 on the valve housing 22.
  • the resulting load is compatible due to the specially conditioned condition for the locking ring 29.
  • the fuel injection valve 1 has an insertion slope of, for example, 30 ° on its collar 37. A short cylindrical section on the collar 37 provided above the insertion slope helps to reliably prevent the locking ring 29 from being turned over during assembly.
  • the locking ring 29 is equipped with the inclined area 32, which has an insertion bevel of, for example, 45 °.
  • the groove 31 made on the valve housing 22 ensures that the holding area 30 following the inclined area 32 is caught, so that it is prevented that none in the installed state Contact or a seat "on block" on the decoupling element 25 is present. Otherwise, the pivotability of the fuel injection valve 1 would be considerably restricted.
  • the locking ring 29 is designed with pressure in the groove 31, that is to say the maximum inner diameter of the locking ring 29 is smaller than the minimum outer diameter of the groove base on the valve housing 22.
  • the decoupling element 25 has on its upper side the conical or conical end face 27, which in the installed state corresponds to the spherical or spherical, convexly curved shoulder surface 21 of the valve housing 22 of the fuel injection valve 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 spherically arched throughout; such a shape is sufficient in the contact area with the conical end face 27 of the decoupling element 25.
  • the respective transitions of the upper end face 27 and the lower end face 26 to the two inner and outer annular jacket surfaces of the decoupling element 25 can be rounded.
  • a pivotable or tiltable connection is created for tolerance compensation. If there is an offset between the fuel injection valve 1 and the receiving bore 20 within the scope of the tolerated production fluctuations, the fuel injection valve 1 may be slightly skewed. The pivotable connection between the fuel injection valve 1 and the decoupling element 25 then largely prevents lateral forces when the fuel injection valve 1 is tilted.
  • FIG. 6 and 7 An alternative embodiment of a locking ring 29 according to the invention is shown, wherein Figure 6 shows the installation situation and Figure 7 the locking ring 29 as a single component in an oblique plan view.
  • This embodiment of the locking ring 29 also represents a compact, solid, closed plastic ring.
  • This variant of the locking ring 29 advantageously offers the possibility of non-directional assembly in the production plant of the fuel injector 1.
  • the locking ring 29 In the in the Figures 4 and 5 In the embodiment shown, the locking ring 29 must be fed in a directed manner in the assembly line due to its prepositioning chamfer designed as an inclined region 32, which results in a certain susceptibility to errors.
  • the locking ring 29 is designed quasi symmetrically on its top and bottom. It is therefore irrelevant in which position the circlip 29 is mounted on the fuel injector 1. It behaves the same in both installation directions with regard to installation and function. Similar to the ring collar-like centering region 34 of the first exemplary embodiment, web-section-shaped web regions 42 protrude upward and downward from the base body of the securing ring 29, of which e.g. six spaced apart are formed over the entire ring.
  • the locking ring 29 is only quasi-symmetrical on the top and bottom, since the interrupted web areas 42, which have a slightly trapezoidal cross-section, e.g. are arranged offset by 30 ° so that the gaps between the web areas 42 on one side are always opposite web areas 42 on the other side. Such a shape has advantages in terms of strength as well as injection molding.

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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 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 A1 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 A1 ,
    DE 100 38 763 A1 und EP 1 223 337 A1 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 A1 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 A1 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 A1 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.
  • Aus der DE 198 07 819 C1 ist bereits eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum, bekannt. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung umfasst wenigstens ein Brennstoffeinspritzventil und eine Aufnahmebohrung für das Brennstoffeinspritzventil. Außerdem ist ein Dichtelement zwischen einem Ventilgehäuse des Brennstoffeinspritzventils und einer Wandung der Aufnahmebohrung eingebracht. Das Dichtelement ist dabei verliergesichert am Brennstoffeinspritzventil angeordnet, indem ein sichernder O-Ring unterhalb des Dichtelements am Außenumfang des Brennstoffeinspritzventils aufgebracht ist. Der O-Ring ist ein geschlossener Ring aus einem Kautschuk wie Perbunan, der sich während des Betriebs der Brennkraftmaschine auflöst.
  • Auch aus der DE 42 40 514 A1 ist bereits eine Brennstoffeinspritzvorrichtung bekannt, die wenigstens ein Brennstoffeinspritzventil und eine Aufnahmebohrung für das Brennstoffeinspritzventil umfasst und bei der eine Dichtscheibe zwischen einem Ventilgehäuse des Brennstoffeinspritzventils und einer Wandung der Aufnahmebohrung eingebracht und von einem vorgespannten Elastomerring am Brennstoffeinspritzventil fixiert ist.
    • 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 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.
  • 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. 1. die nach der Montage durch einen Niederhalter 10 aufgebrachte statische Niederhaltekraft FNH,
    2. 2. die bei Leerlauf-Betriebsdruck vorliegende Kraft FL und
    3. 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 Kunststoffring 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 Halteebereich 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 Kunststoffring 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 Vorpositionierfase 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 (12)

  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,
    wobei 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 Kunststoffring ist, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Sicherungsring (29) ein massives Bauelement darstellt, das in verschiedene Richtungen abstehende Funktionsbereiche aufweist.
  2. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der radial am weitesten nach innen stehende Funktionsbereich ein Haltebereich (30) ist, der mit einer am Ventilgehäuse (22) eingebrachten Nut (31) korrespondiert.
  3. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein ausgehend vom Haltebereich (30) in Richtung zum Entkopplungselement (25) zeigender Schrägbereich (32) mit einer Einführschräge zur Vorpositionierung vorgesehen ist.
  4. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    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.
  5. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein nach unten abstehendender Funktionsbereich ein Zentrierbereich (34) ist, der ringkragenartig ausgeführt ist.
  6. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    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.
  7. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 6,
    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.
  8. 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.
  9. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Entkopplungselement (25) ein gespritztes Kunststoffelement oder ein kaltverformtes Aluminiumelement ist.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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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