Beschreibung
Titel
Brennstoff- Einspritzanlage mit Ausgleichselement
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoff- Einspritzanlage zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Brennstoff- Einspritzanlagen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Beispielsweise ist aus der DE 101 40 797 Al ein Brennstoff- Einspritzventil bekannt, welches ein Ausgleichselement zur Lagerung des Brennstoff- Einspritzventils in einem Zylinderkopf aufweist. Das Ausgleichselement weist an einem Ring Stege auf, welche sich entlang eines Ventilgehäuses erstrecken und an deren Ende Stützsegmente angeordnet sind. Die Stützsegmente sind dabei teilkreisförmig ausgebildet, um eine Beabstandung zwischen dem Brennstoff- Einspritzventil und der Aufnahmebohrung im Zylinderkopf sicherzustellen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Brennstoff- Einspritzanlage zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass es eine schwimmende Lagerung einer Brennstoff- Verteilerleitung, wie beispielsweise einem Rail, ermöglicht. Dabei ist die Brennstoff- Einspritzanlage sehr einfach aufgebaut und kann besonders kostengünstig bereitgestellt werden. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Brennstoff- Einspritzanlage Toleranzen zwischen der Brennstoff-Verteilerleitung, dem Zylinderkopf und dem Brennstoff- Einspritzventil ausgleichen und eine optimale Positionierung des Brennstoff- Einspritzventils in einer Aufnahmebohrung des Zylinderkopfs sicherstellen. Die erfindungsgemäße Einspritzanlage umfasst ein Ausgleichselement für einen Positions- und/oder Toleranzausgleich und ein separates Abstützelement. Das Abstützelement ist dabei zwischen dem Brennstoff- Einspritzventil und dem Zylinderkopf an einer Stufe der
Aufnahmebohrung angeordnet und weist in Radialrichtung ein Spiel auf. Das Abstützele- ment stellt eine Abstützung des Brennstoff- Einspritzventils in Axialrichtung des Brennstoff- Einspritzventils sicher. Das Ausgleichselement ist in Axialrichtung des Brennstoff- Einspritzventils zwischen einem ersten Dichtelement und einer zweiten Dichtung ange- ordnet. Das erste Dichtelement dichtet dabei zwischen dem Brennstoff- Einspritzventil und dem Zylinderkopf ab und die zweite Dichtung dichtet zwischen dem Brennstoff- Einspritzventil und der Brennstoff-Verteilerleitung ab. Durch die erfindungsgemäße Kombination des Ausgleichselement mit dem separaten Stützelement mit Radialspiel kann somit ein sicherer Toleranzausgleich ermöglicht werden, wobei bei einem Ausgleichsvor- gang als Drehpunkt die zweite Dichtung vorgesehen ist. Dies ist aufgrund des Radialspiels des Abstützelements möglich. Ferner sei angemerkt, dass selbstverständlich auch mehrere Brennstoff- Einspritzventile vorgesehen sein können und die Brennkraftmaschine auch mehrere Zylinder umfassen kann.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise ist das Ausgleichselement eine Manschette mit einem ringförmigen Fixierbereich und elastischen Elementen. Die Manschette ist dabei ringförmig vorgesehen und weist an einem ringförmigen Fixierbereich mehrere elastische Elemente auf. Die elasti- sehen Elemente sind vorzugsweise als wenigstens drei radial nach außen vorstehende Haken oder Nasen ausgebildet.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Ausgleichselement ein Wellenring. Der Wellenring weist dabei beispielsweise einen sinusähnlichen Verlauf mit vorspringenden und zurückgesetzten Wendepunkten auf, welche um einen imaginären Kreis angeordnet sind, um den Ring zu bilden.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst das Ausgleichselement ein Scheibenelement mit einem Scheibenbereich und einem in die Aufnahmebohrung im Zylinderkopf gerichteten Kragen. Der Kragen weist dabei eine vorbestimmte Elastizität auf und ist mit dem Brennstoff- Einspritzventil in Kontakt, wodurch der Positions- und Toleranzausgleich ermöglicht wird.
Gemäß einer noch anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung um- fasst das Ausgleichselement eine Vielzahl von Rippen, die in Axialrichtung des Brennstoff-Einspritzventils ausgerichtet sind. Die Rippen sind zwischen dem Brennstoff- Einspritzventil und dem Zylinderkopf angeordnet und weisen eine Elastizität auf, um die
Ausgleichsfunktion zu ermöglichen. Vorzugsweise sind die Rippen dabei am Brennstoff- Einspritzventil oder an der Aufnahmebohrung im Zylinderkopf angespritzt.
Besonders bevorzugt sind die Rippen am Brennstoff- Einspritzventil angeordnet und zwi- sehen den Rippen und der Aufnahmebohrung im Zylinderkopf ist ein Spiel vorgesehen. Die Rippen können beispielsweise einstückig mit einem Gehäusebauteil des Brennstoff- Einspritzventils gespritzt werden.
Vorzugsweise ist das Ausgleichselement aus einem elastischen Kunststoff oder einem Blechmaterial, insbesondere einem Federblech, hergestellt.
Um eine möglichst große Fähigkeit eines Toleranzausgleichs sicherzustellen, ist das Ausgleichselement vorzugsweise möglichst nah am ersten Dichtelement angeordnet. Besonders bevorzugt sind das erste Dichtelement und das Ausgleichselement dabei unmittelbar benachbart angeordnet, wobei auch eine Berührung zwischen den beiden Bauteilen möglich ist. Besonders bevorzugt ist das Ausgleichselement dabei unmittelbar am Anfang der Aufnahmebohrung für das Brennstoff- Einspritzventil im Zylinderkopf angeordnet.
Für einen besonders großen Toleranzausgleich ist vorzugsweise an einem Fixierelement, wie beispielsweise einer Rail-Tasse, welche am Zylinderkopf zur Fixierung der Brennstoff- Verteilerleitung vorgesehen ist, eine Fixierung mit Spiel in Radialrichtung am Zylinderkopf möglich. Hierzu können am Fixierelement beispielsweise Bohrungen mit einem großen Durchmesser vorgesehen sein, welche das Radialspiel ermöglichen.
Besonders bevorzugt ist das zweite Dichtelement als Teflon- Ring ausgebildet. Dadurch kann einerseits die Abdichtfunktion zwischen dem Brennstoff- Einspritzventil und der Aufnahmebohrung im Zylinderkopf sichergestellt werden und andererseits kann der Teflonring sicher als Drehpunkt für einen Toleranzausgleich verwendet werden, ohne beschädigt zu werden.
Die erfindungsgemäße Brennstoff- Einspritzanlage kann sowohl in Otto -Motoren als auch in Dieselmotoren verwendet werden. Insbesondere die bei mehrzylindrigen Motoren gegebene Möglichkeit einer ungünstigen Addition von fertigungsbedingten Toleranzen oder Montagetoleranzen kann durch die erfindungsgemäße Brennstoff- Einspritzanlage hervor- ragend ausgeglichen werden.
Zeichnung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer Brennstoff- Einspritzanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie N-Il von Figur 1 mit einer
Draufsicht auf ein Ausgleichselement des ersten Ausführungsbeispiels,
Figur 3 eine schematische Draufsicht eines Ausgleichselements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Figur 4 eine schematische Schnittansicht eines Ausgleichselements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
Figur 5 eine schematische Schnittansicht einer Brennstoff- Einspritzanlage gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 eine Brennstoff- Einspritzanlage 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die Brennstoff- Einspritzanlage 1 ein Brennstoff- Einspritzventil 3, welches Brennstoff in einen Brennraum 2 einspritzt. Das Brennstoff- Einspritzventil 3 ist mit einer Brennstoff- Verteilerleitung 4, beispielsweise einem Rail, verbunden. Die Brennstoff- Verteilerleitung 4 verteilt einen unter Druck stehenden Brennstoff, z.B. Diesel, zu den vorhandenen Brennstoff- Einspritzventilen. Das Brennstoff- Einspritzventil 3 ist in einem Zylinderkopf 5 in einer Aufnahmebohrung 6 angeordnet. Fer- ner wird die Brennstoff- Verteilerleitung 4 an einer Verteilerleitungstasse 11 mittels einer Schraube 12 in einer Gewindebohrung 5a des Zylinderkopfes 5 befestigt. Dabei ist zwischen der Schraube 12 und der Verteilerleitungstasse 11 ein Spiel Sl vorgesehen.
Ferner umfasst die Brennstoff- Einspritzanlage 1 ein erstes Dichtelement, ein zweites Dichtelement 8, ein Ausgleichselement 9 und einen Abstützring 10. Das erste Dichtelement 7 dichtet dabei zwischen dem Brennstoff- Einspritzventil 3 und dem Zylinderkopf 5 an einem zum Brennraum 2 gerichteten Ende des Brennstoff- Einspritzventils 3 ab. Das zwei-
te Dichtelement 8 dichtet zwischen dem Brennstoff- Einspritzventil 3 und der Brennstoff- Verteilerleitung 4 an einem zur Brennstoff- Verteilerleitung 4 gerichteten Ende des Brennstoff-Einspritzventils 3 ab. Der Abstützring 10 stützt das Brennstoff- Einspritzventil 3 in Axialrichtung X-X des Brennstoff- Ventils an einer Stufe 6a der Aufnahmebohrung 6 ab. Dabei ist zwischen dem Abstützring 10 und der Aufnahmebohrung 6 ein Spiel S2 vorhanden. Das Ausgleichselement 9 ist am Brennstoff- Einspritzventil 3 in einem Bereich zwischen dem ersten Dichtelement 7 und dem zweiten Dichtelement 8, genauer an einem Bereich zwischen dem Abstützring 10 und dem zweiten Dichtelement 8 angeordnet.
Das Ausgleichselement 9 ist im Detail aus Figur 2 ersichtlich. Wie in Figur 2 gezeigt, um- fasst das Ausgleichselement 9 einen ringförmigen Fixierbereich 9a, mit welchem das Ausgleichselement an dem Brennstoff- Einspritzventil 3 befestigt ist, und mehrere elastische Elemente 9b, welche einstückig mit dem ringförmigen Fixierbereich 9a gebildet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die elastischen Elemente 9b drei nach außen vorste- hende Hakenelemente. Die elastischen Elemente 9b befinden sich mit der Aufnahmebohrung 6 in Kontakt und ermöglichen eine federnde Abstützung des Brennstoff- Einspritzventils 3 in Radialrichtung.
Wenn aufgrund von herstellungsbedingten Toleranzen oder aufgrund von Montagetole- ranzen der verschiedenen einzelnen Bauteile der Brennstoff- Einspritzanlage 1 im montierten Zustand eine Spannung entstehen würde, kann diese nun durch die erfindungsgemäße Bauteile-Anordnung ausgeglichen werden. Aufgrund des Spiels S2 des Brennstoff- Einspritzventils 3 im Bereich des Abstützrings 10 sowie des Spiels Sl bei der Befestigung der Verteilerleitungstasse 11 am Zylinderkopf 5 kann das Brennstoff- Einspritzventil 3 sich um einen Drehpunkt D, welcher sich im Bereich des ersten Dichtelements 7 befindet, drehen. Dabei tritt in Abhängigkeit von vorhandenen Spannungen eine Verformung an den elastischen Elementen 9b des Ausgleichselements 9 auf. Durch die Anordnung des Ausgleichselements 9 beim Brennstoff- Einspritzventil 3 können dabei Toleranzen in allen Richtungen ausgeglichen werden. Dabei ist es bevorzugt, dass das Ausgleichselement 9 möglichst nahe am Rand der Aufnahmebohrung 6 angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist eine obere Fläche des Ausgleichselements 9 dabei bündig mit einer Oberfläche des Zylinderkopfs 5. Der Abstützring 10 stützt ferner das Brennstoff- Einspritzventil 3 in Axialrichtung X-X ab, ermöglicht aber aufgrund des Spiels S2 ebenfalls die Drehung des Brennstoff- Einspritzventils 3 um den Drehpunkt D für einen Positions- und Toleranzaus- gleich. Da für die Abdichtung des Brennstoff- Einspritzventils 2 separate Dichtelemente 7, 8 verwendet werden, kann weiterhin problemlos die Dichtigkeit am Brennstoff- Einspritzventil 3 sichergestellt werden. Um möglichst hohe Lasten aufnehmen zu können,
ist das erste Dichtelement 7 vorzugsweise ein Teflonring mit einer vorbestimmten Höhe in Axialrichtung. Erfindungsgemäß kann somit die Brennstoff- Einspritzanlage in ihrem montierten Zustand in eine neutrale, kraftfreie Position gebracht werden, da ein Positions- und Toleranzausgleich möglich ist. Dadurch können insbesondere auch in Axialrichtung X-X lange Einspritzventile verbaut werden, welche aufgrund ihres Hebelarms häufig eine hohe Kraft auf die Brennstoff- Verteilerleitung ausüben. Der separate Abstützring 10 stellt dabei immer eine Abstützung des Brennstoff- Einspritzventils 3 am Zylinderkopf 5 in Axialrichtung X-X sicher.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 3 eine Brennstoff- Einspritzanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Der Unterschied der Brennstoff- Einspritzanlage des zweiten Ausführungsbeispiels gegenüber der des ersten Ausführungsbeispiels liegt in einem unterschiedlichen Ausgleichselement. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, ist als Ausgleichselement des zweiten Ausführungsbeispiels ein Wellenring 20 vorgesehen. Der Wellenring weist eine sinusartige, ringförmige Kurvenform auf mit abwechselnd radial nach außen und radial nach innen gebil- deten Abstützbereichen. Dadurch stützt sich der Wellenring 20 zwischen dem Brennstoff- Einspritzventil 3 und der Aufnahmebohrung 6 im Zylinderkopf 5 ab. Die sonstige Funktion entspricht dabei dem Ausgleichselement 9 des ersten Ausführungsbeispiels, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Figur 4 zeigt eine Brennstoff- Einspritzanlage gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit einer weiteren Alternative für ein Ausgleichselement. Das Ausgleichselement des dritten Ausführungsbeispiels ist dabei eine Scheibe 30 mit einem Scheibenbereich 30a und einem einstückig daran gebildeten Kragen 31. Der Kragen 31 ist mittig in der Scheibe 30 angeordnet und ist am Brennstoff- Einspritzventil 3 befestigt, z.B. mittels Klemmen. Die Scheibe 30 ist an der Oberfläche des Zylinderkopfs 5 aufgelegt und ein Verbindungsbereich 32 ragt teilweise in die Aufnahmebohrung 6 im Zylinderkopf 5 hinein. Dieser Verbindungsbereich 32 zwischen dem Scheibenbereich 30a und dem Kragen 31 ermöglicht die notwendigen Ausgleichsbewegungen und weist daher eine vorbestimmte Elastizität auf. Das Ausgleichselement des dritten Ausführungsbeispiels kann aus Kunststoff oder aus einem metallischen Material hergestellt sein. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Figur 5 zeigt eine Brennstoff- Einspritzanlage 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet sind.
Wie aus Figur 5 ersichtlich ist, entspricht die Brennstoff- Einspritzanlage des vierten Ausführungsbeispiels im Wesentlichen der des ersten Ausführungsbeispiels, wobei das Ausgleichselement zum Positions- und/oder Toleranzausgleich eine Rippenanordnung 40 ist. Die Rippenanordnung 40 umfasst einen zylinderförmigen Basisbereich 41 sowie eine Vielzahl von Rippen 42. Die Rippenanordnung 40 ist dabei derart am Brennstoff- Einspritzventil 3 befestigt, dass die Rippen 42 in Richtung der Brennstoff- Verteilerleitung 4 zeigen. Dabei weisen die Rippen 42 eine gewisse Elastizität auf. Wie aus Figur 5 ersichtlich ist, ist zwischen den Rippen 42 und der Aufnahmebohrung 6 im Zylinderkopf 5 ein Spiel S3 vorgesehen. Durch dieses Spiel S3 wird bei einem Toleranzausgleich nicht sofort eine oder mehrere der Rippen 42 verformt, sondern zuerst muss dieses Spiel S3 überwunden werden, bis eine oder mehrere Rippen 42 mit der Aufnahmebohrung 6 in Kontakt kommen und anschließend eine Verformung und Kraftaufnahme aufgrund der Toleranzunterschiede auftritt. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen wer- den kann.