WO1999043950A1

WO1999043950A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: WO1999043950A1
Application number: PCT/DE1999/000237
Authority: WO
Inventors: Martin Maier; Christian Preussner
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 1999-09-02
Also published as: EP1003965B1; DE59906080D1; JP2001522435A; DE19808068A1; EP1003965A1; JP4308923B2; US6186123B1; KR20010006536A

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) mit einem Düsenkörper (5) ist zur direkten Einspritzung von Brennstoff in den Brennraum (3) einer Brennkraftmaschine in eine Aufnahmebohrung (2) eines Zylinderkopfes (4) der Brennkraftmaschine einsetzbar. Ein an dem Düsenkörper (5) angeordneter Metallring (6) verformt sich bei Erwärmung und bewirkt nach dem Einsetzen des Brennstoffeinspritzventils (1) in die Aufnahmebohrung (2) erst bei Erwärmung eine radiale Verpressung des Brennstoffeinspritzventils (1) in der Aufnahmebohrung (2).

Description

Brennstoff einspritzventil

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil mit einem Düsenkörper, das zur direkten Einspritzung von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine in eine Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine einsetzbar ist.

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. Derartige Brennstoffeinspritzventile sind beispielsweise aus der DE 30 00 061 C2 und der GB-PS 759 524 bekannt. In der DE 30 00 061 C2 ist offenbart, eine Wärmeschutzhülse an dem Düsenkörper des Brennstoffeinspritzventils vorzusehen. Ein Flansch der Wärmeschutzhülse ist in eine Innenrille des Brennstoffeinspritzventils eingesetzt und mittels eines Dichtrings gegen die Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes abgedichtet. Am abspritzseitigen Ende weist die Wärmeschutzhülse einen ringförmigen, nach innen gebogenen Kragen auf, an welchem sich ein elastischer Wärmeschutzring abstützt. Der Wärmeschutzring ist zwischen dem abspritzseitigen Ende des Düsenkörpers des Brennstoffeinspritzventils und dem ringförmigen, nach innen gebogenen Kragen der Wärmeschutzhülse angeordnet.

Bei der aus der GB-PS 759 524 bekannten Brennstoffeinspritzdüse ist ein zwischen einer Stirnfläche des Düsenkörpers und einem Kragen einer Spannmutter eingelegtes, nachgiebiges Wärmeschutzglied als scheibenförmiger Wärmeschutzring aus einem wärmeisolierenden Werkstoff gebildet. Um die von dem Kragen und von dem Düsenkörper nicht bedeckte Innenseite des Wärmeschutzrings vor dem Angriff von Verbrennungsgasen zu schützen, ist diese Innenseite von einem aus einem dünnen Metallblech geformten Ring U-förmigen Querschnitts eingefaßt. 2

Nachteilig bei diesen bekannten Brennstoffeinspntzventilen ist, daß die thei mische Kopplung zwischen dem Dusenkorpei und dem Zyhndeikopf noch nicht ganz befriedigend gelost ist, da die ladiale Veipiessung aufgiund dei maximal zulassigen Montagekrafte begienzt ist Es besteht dahei wahrend des Betπebes dei Brennkiaftmaschme das Risiko einei Ubeihitzung des Dusenkorpers und einer sogenannten Vei kokung

Vorteile der Erfindung

Das ei indungsgemaße Brennstoff einspritzventil mit den kennzeichnenden Meikmalen des Hauptanspiuches hat demgegenüber den Voiteil, daß eine gute thermische Anbindung des

Biennstoffeinspπtzventils an den Zylinderkopf bei gleichzeitiger emfachei Montiei barkeit des Brennstoffeinspntzventils möglich ist Duich den an dem Dusenkorpei angeoidneten

Metallring, dei sich bei Ei warmung veifoimt und nach dem Einsetzen des

Brennstoffeinspntzventils in die Aufnahmebohiung des Z\ lιndeι kopfes ei st bei Ei w ai mung eine radiale Veipiessung des Brennstotteinspntzventils in dei Aufnahmebohiung bevwi kt, kann das Brennstoffemspritzventil leicht in die Aufnahmebohrung eingesetzt weiden und gewahileistet tiotzdem eine ausi eichend gioße radiale Verpiessung zwischen dem eingesetzten Biennstoffeinspπtzventil und dem Zylinderkopf, woduich eine gute thermische Kopplung gewährleistet ist Der Metallring verformt sich erst dann, wenn ei bei Betneb der Brennkiaftmaschme die erforderliche Tempeiatur erreicht

Durch die in den Unteianspruchen aufgeführten Maßnahmen sind voi teilhafte W eitelbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspi ltzventils möglich

Vorteilhaftei weise ist dei Außendurchmesser des Metallrings voi Eiwaimung kleinei als der Durchmesser der Aufnahmebohrung Diese Maßnahme ermöglicht eine leichte Montage des Brennstoffeinspntzventils in der Aufnahmebohrung Typischei weise wnd dei Metallring vor dem Einsetzen des Biennstoffeinspntzventiles in die Aufnahmebohi ung auf den Dusenkorper aufgesetzt bzw an diesem befestigt Dabei hei i seht in dei Regel Raumtemperatur Bei Betneb dei Biennkiaftmaschine eπ eicht das Biennstotfeinspntzventil Temperaturen von bis zu etwa 200 ° C Bei diesei Tempeiatui kann jedoch eine Verkokung auftreten Durch die Verformung des Metallringes bei der Erwärmung des Brennstoffeinspntzventils nach Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine verformt sich der Metallring und bewirkt eine radiale Verpressung des Brennstoffeinspntzventils in dei Aufnahmebohrung deigestalt, daß eine gute thermische Anbindung an den Zylinderkopf erfolgt Hierduich wnd Warme von dem Brennstoffemspritzventil über den Zylinderkopf 3 abgeleitet, wodurch die Betriebstemperatur des Brennstoffeinspritzventils bis unter 150 ° C abgesenkt werden kann, wodurch eine Verkokung vermieden wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Metallring in einer Nut des Düsenkörpers angeordnet. Hierdurch ist insbesondere eine noch leichtere Einsetzbarkeit des Brennstoffeinspritzventils in die Aufnahmebohrung und eine sichere axiale Halterung des Metallringes an dem Brennstoffeinspritzventil gewährleistet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Metallring durch ein Befestigungsmittel an einer Außenwand des Düsenkörpers befestigt. Das Befestigungsmittel kann beispielsweise durch eine Schweißung, durch eine Klemmung, durch Nieten, durch Schrauben etc. gebildet sein.

In einer Ausgestaltung besteht der Metallring vorzugsweise aus Bimetall. Beispielsweise ist dabei das Material des Metallrings auf seiner dem Düsenkörper zugewandten Innenseite Stahl und auf seiner dem Düsenkörper abgewandten Außenseite Aluminium.

In einer alternativen Ausgestaltung besteht der Metallring aus einem Metall mit Formerinnerungsvermögen (Memory Metall). In diesem Fall hat der Metallring im Temperaturbereich der Raumtemperatur einen Durchmesser, der kleiner als der Durchmesser der Aufnahmebohrung des Brennstoffeinspritzventiles ist, während er im Betriebstemperaturbereich des Brennstoffeinspritzventils einen entsprechend größeren Durchmesser aufweist, der die erforderliche radiale Verpressung gewährleistet.

In einer weiteren alternativen Ausgestaltung besteht der Metallring aus einem Metall mit einem Wärme-Ausdehnungskoeffizienten, der von dem Wärme-Ausdehnungskoeffizienten des Düsenkörpers verschieden ist. Bei Erwärmung auf die Betriebstemperatur dehnt sich der Metallring aus, kann jedoch, wenn er in der Nut des Düsenkörpers angeordnet ist, nur in radialer Richtung zur Aufnahmebohrung hin ausweichen und stellt somit die radiale Verpressung her. Das gleiche gilt für den Fall, in dem der Metallring an oder in der Nähe seiner Außenränder am Düsenkörper befestigt ist, da der zwischen den Befestigungen liegende Zwischenbereich des Metallringes bei Erwärmung auf die Betriebstemperatur nur in radialer Richtung zur Aufnahmebohrung hin ausweichen kann.

Bei allen Ausgestaltungen kann der Metallring zumindest teilweise mit einem weichen Metall beschichtet sein, um eine bessere Angleichung an das Brennstoffeinspritzventil bzw. die Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes zu ermöglichen. 4

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein in eine Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes eingesetztes, erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil in einer teilweise geschnittenen schematische Darstellung,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes II in Fig. 1 , wobei der

Metallring aus Bimetall besteht, und sich das Brennstoffeinspritzventil auf Betriebstemperatur befindet,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes II in Fig. 1 , wobei der Metallring aus einem Metall mit Formerinnerungsvermögen besteht und sich das Brennstoffeinspritzventil auf Raumtemperatur befindet, und

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes II in Fig. 1 , wobei der

Metallring aus einem Metall mit Formerinnerungsvermögen besteht und sich das Brennstoffeinspritzventil auf Betriebstemperatur befindet.

Fig. 5 eine dem Ausschnitt II der Fig. 2 bis 4 entsprechende Darstellung, bei der

Metallring an einer Außenwand des Düsenkörpers des Zylinderkopfes durch Nieten befestigt ist und wobei sich das Brennstoffeinspritzventil auf Raumtemperatur befindet, und

Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Darstellung, wobei sich das

Brennstoffeinspritzventil auf Betriebstemperatur befindet.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Brennstoffeinspritzventils 1 dargestellt, das in einer Aufnahmebohrung 2 eines auszugsweise geschnitten dargestellten Zylinderkopfes 4 angeordnet ist. Die Aufnahmebohrung 2 des Zylinderkopfes 4 ist als Stufenbohrung ausgebildet, die sich symmetrisch zu ihrer Längsachse bis zu einem Brennraum 3 einer Brennkraftmaschine erstreckt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in diese Aufnahmebohrung 2 eingesetzt und dient dem direkten Einspritzen von Brennstoff in den 5

Brennraum 3 der Brennkraftmaschine. Der Brennstoff tritt dabei über das dem Brennraum 3 zugewandte Ende des Brennstoffeinspritzventils 1 in den Brennraum 3 ein.

Der dem Brennraum 3 zugewandte Teil des Brennstoffeinspritzventiles 1 ist durch einen Düsenkörper 5 gebildet. In einer umlaufenden Nut 7 des Düsenkörpers 5 ist ein Metallring 6 angeordnet, der während des Betriebes der Brennkraftmaschine eine thermische Anbindung des Brennstoffeinspritzventils 1 an den Zylinderkopf 4 gewährleistet. Im in der Fig. 1 gezeigten Beispiel ist die Nut 7 mit dem Metallring 6 in der Nähe des abspritzseitigen Endes des Düsenkörpers 5 angeordnet. Durch diese Anordnung ist eine effiziente Abfuhr der bei Betrieb der Brennkraftmaschine vom Brennraum 3 auf das abspritzseitige Ende des Brennstoffeinspritzventils 1 übertretenden Wärme vom Brennstoffeinspritzventil 1 auf den Zylinderkopf 4 sichergestellt.

In der in Fig. 1 dargestellten Ansicht befindet sich das Brennstoffeinspritzventil 1 und damit auch der Metallring 6 auf Betriebstemperatur. Der Metallring 6 ist dabei dergestalt verformt, daß das Brennstoffeinspritzventil 1 in der Aufnahmebohrung 2 radial verpreßt ist. Da der Metallring vor Erwärmung bzw. vor Erreichen der Betriebstemperatur einen geringeren Durchmesser m aufweist als nach Erwärmung (Durchmesser M), kann das Brennstoffeinspritzventil 1 leicht in die Aufnahmebohrung 2 eingesetzt werden. Durch entsprechende Auswahl der Materialien bzw. der Form des Metallringes 6 wird nach Erwärmung eine ausreichend große radiale Verpressung bewirkt, so daß ein guter Wärmeübergang zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und dem Zylinderkopf 4 sichergestellt ist. Die Passung des Metallringes 6 zur Aufnahmebohrung 2 des Zylinderkopfes 4 im Betriebszustand entspricht dabei einer Übergangspassung.

In Fig. 2 ist der Teilausschnitt II von Fig. 1 für ein erstes Ausfuhrungsbeispiel des Metallrings 6 dargestellt, in dem dieser aus einem Bimetall besteht. Der dem Brennstoffeinspritzventil 1 zugewandte innere Teil 9 des Metallrings 6 besteht dabei beispielsweise aus Stahl und der äußere Teil 8 des Metallrings 6 besteht dabei z. B. aus Aluminium. In Fig. 2 ist der Betriebszustand dargestellt, bei dem die Brennkraftmaschine in Betrieb ist und das Brennstoffeinspritzventil 1 und damit auch der Metallring 6 entsprechend erwärmt sind. Der Metallring 6 ist in diesem Zustand dergestalt verformt, daß er einen Bereich mit einem größten Außendurchmesser M aufweist, wie in Fig. 2 zu erkennen ist. Dieser größte Außendurchmesser M wäre, wenn das Brennstoffeinspritzventil 1 nicht in die Aufnahmebohrung 2 eingesetzt wäre, größer als der Durchmesser D der Aufnahmebohrung 2 des Brennstoffeinspntzventils 1 , so daß im eingesetzten Zustand eine entsprechend große radiale Verpressung des Brennstoffeinspritzventils in der Aufnahmebohrung 2 sichergestellt ist. In Fig. 3 ist der Teilausschnitt II von Fig. 1 für ein zweites Ausführungsbeispiel des Metallrings 6 dargestellt. Im zweiten Ausführungsbeispiel besteht der Metallring 6 aus einem Metall 10 mit einem Formerinnerungsvermögen bzw. ist der Metallring 6 aus einem Memory Metall hergestellt, das bei einer Erwärmung in einem bestimmten Temperaturbereich immer wieder die gleiche Form annimmt. In Fig. 3 ist dabei der Zustand des Metallrings 6 vor Erreichen der Betriebstemperatur, d. h. bei Raumtemperatur dargestellt. In diesem Zustand ist der größte Durchmesser m des Metallringes 6 kleiner als der Durchmesser D der Aufnahmebohrung, so daß das Brennstof feinspritz ventil 1 leicht in die Aufnahmebohrung 2 eingesetzt werden kann. Im gezeigten Beispiel ist der Durchmesser m bei Raumtemperatur kleiner als der Außendurchmesser des Düsenkörpers 5 außerhalb der Nut 7, er könnte aber auch etwas größer sein, solange er kleiner als der Durchmesser D der Aufnahmebohrung 2 ist.

Bei Erreichen der Betriebstemperatur verformt sich der Metallring 6, der aus einem Metall 10 mit Formerinnerungsvermögen besteht, dergestalt, daß der Bereich mit dem größten Durchmesser einen Durchmesser M erhält, der im nicht eingesetzten Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 größer als der Durchmesser D der Aufnahmebohrung 2 ist. Auf diese Weise wird, wie in Fig. 4 dargestellt ist, eine ausreichend große radiale Verpressung mit dem Zylinderkopf 4 erreicht, da der Metallring 6 an der Wandung der Aufnahmebohrung 2 anliegt, so daß eine gute Wärmeübertragung gewährleistet ist.

Alternativ zu dem Metall mit Formerinnerungsvermögen kann der Metallring 6 auch aus einem Metall mit einem Wärme-Ausdehnungskoeffizienten bestehen, der verschieden von dem Wärme-Ausdehnungskoeffizienten des Düsenkörpers 5, beispielsweise größer als dieser, ist. Der Metallring ist in diesem Fall in der Nut 7 über Formschluß verspannt, dehnt sich bei Erwärmung aus und stellt, da er nicht in Längsrichtung ausweichen kann, eine radiale Verpressung in der Aufnahmebohrung 2 her.

Der Metallring 6 der erläuterten Ausführungsbeispiele ist idealerweise derart ausgebildet, daß er selbst im erwärmten bzw. heißen Betriebszustand Bereiche mit einem Durchmesser aufweist, der kleiner als der Durchmesser des Düsenkörpers 5 ist, so daß der Metallring 6 weiterhin in der Nut 7 gehalten ist. Weiterhin weist der Metallring 6 des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels, wenn er sich im Bereich der Raumtemperatur befindet bzw. kalt ist, einen Durchmesser m auf, der kleiner als der Durchmesser D der Aufnahmebohrung 2 ist, so daß das Brennstoffeinspritzventil 1 leicht in die Aufnahmebohrung 2 eingesetzt werden kann. 7

In den Fig. 5 und 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Fig. 5 und 6 zeigen dabei einen Teilausschnitt eines Brennstoffeinspritzventils 1 , das entsprechend dem in Fig. 1 gezeigten Brennstoffeinspritzventil in eine Aufnahmebohrung 2 eines Zylinderkopfes 4 eingesetzt ist. Der in den Fig. 5 und 6 gezeigte Ausschnitt entspricht dem Ausschnitt 2 von Fig. 1 , wobei der Düsenkörper 5 in diesem Fall keine Nut 7 zum Halten des Metallringes 6 aufweist. Der Metallring 6 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist durch ein Befestigungsmittel in Form von Nieten 1 1 an einer Außenwand des Düsenkörpers 5 befestigt. Wie in den Fig. 5 und 6 zu erkennen ist, ist der Metallring 6 in der Nähe seines oberen Randes fest mit dem Düsenkörper 5 verbunden. In Fig. 5 ist der Fall dargestellt, in dem sich das

Brennstoffeinspritzventil im Bereich der Raumtemperatur befindet. In diesem Zustand weist der Metallring 6 einen Durchmesser m auf, der kleiner als der Durchmesser D der Aufnahmebohrung 2, so daß das Brennstoffeinspritzventil 1 problemlos in die Aufnahmebohrung 2 eingesetzt werden kann. Bei Erwärmung des Brennstoffeinspritzventils und somit des Metallringes 6 auf die Betriebstemperatur verformt sich der Metallring 6, wie in Fig. 6 dargestellt ist, in gleicher Weise wie unter Bezug auf die Fig. 2 und 4 erläutert wurde, so daß eine radiale Verpressung mit dem Zylinderkopf 4 erreicht wird. Es ist anzumerken, daß der in den Fig. 5 und 6 dargestellte Fall, in dem der Metallring 6 nur in der Nähe eines Randes mit dem Düsenkörper 5 verbunden ist, erfordert, daß der Metallring 6 aus einem Bimetall oder aus einem Metall mit Formerinnerungsvermögen besteht. Nur in diesen beiden Fällen kann sich der Metallring 6 bei Erwärmung auf die Betriebstemperatur dergestalt verformen, daß die erforderliche radiale Verpressung mit Zylinderkopf 4 erreicht wird. Für den Fall, daß der Metallring 6 aus einem Metall besteht, das einen Wärme-Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich von dem Wärme-Ausdehnungskoeffizienten des Düsenkörpers 5 unterscheidet, muß der Metallring 6 in der Nähe seiner beiden Randbereiche jeweils fest mit der Außenwand des Düsenkörpers 5 verbunden sein. Vorteühafterweise ist der Wärme-Ausdehnungskoeffizient des Metallrings 6 größer als der des Düsenkörpers 5. Bei Erwärmung auf die Betriebstemperatur verformt sich dabei der mittlere Bereich des Metallringes 6 in radialer Richtung zur Aufnahmebohrung 2 hin, wodurch eine radiale Verpressung erreicht werden kann.

Beide Ausführungsformen des Metallringes 6 können mit einem weichem Metall beschichtet werden, um eine bessere Angleichung an die Nut 7 des Düsenkörpers 5 und die Aufnahmebohrung 2 des Zylinderkopfes 4 zu ermöglichen.

Claims

Ansprüche

1. Brennstoffeinspritzventil (1) mit einem Düsenkörper (5), das zur direkten Einspritzung von Brennstoff in den Brennraum (3) einer Brennkraftmaschine in eine Aufnahmebohrung (2) eines Zylinderkopfes (4) der Brennkraftmaschine einsetzbar ist, gekennzeichnet durch einen an dem Düsenkörper (5) angeordneten Metallring (6), der sich bei Erwärmung verformt und nach dem Einsetzen des Brennstoffeinspritzventils (1) in die Aufnahmebohrung (2) erst bei Erwärmung eine radiale Verpressung des Brennstoffeinspritzventils (1) in der Aufnahmebohrung (2) bewirkt.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Metallrings (6) vor Erwärmung kleiner als der Durchmesser der Aufnahmebohrung (2) ist.

3. Brennstoff einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (6) in einer Nut (7) des Düsenkörpers (5) angeordnet ist.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (6) durch ein Befestigungsmittel (11) an einer Außenwand des Düsenkörpers (5) befestigt ist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (6) aus einem Bimetall (8, 9) besteht.

6 Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (6) auf seinei dem Dusenkorpei (5) zugewandten Innenseite aus Stahl (9), und auf seiner dem Dusenkorper (5) abgewandten Außenseite aus Aluminium (8) besteht

7. Brennstoffeinspritzventil nach einem dei Anspi uche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (6) aus einem Metall (10) mit Formeπnnerungsvermogen besteht

8 Brennstoffemspritzventil nach einem der Anspiuche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (6) aus einem Metall mit einem Warme-Ausdehnungskoeffizienten besteht, der von dem des Dusenkorpers (5) vei schieden ist

9 Brennstoffemspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (6) zumindest teilweise mit einem weichen Metall beschichtet ist