Beschreibung
Kraftstoffeinspritzventil zur Anordnung an einem Brennraum einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil zur Anordnung an einem Brennraum einer Brennkraftmaschine umfassend einen Düsenhalter, an dem ein über eine Düsenspannmutter festgespannter, zum Hineinragen in den Brennraum ausgebilde- ter Düsenkörper zur Aufnahme einer Düsennadel angeordnet ist, und mindestens ein ringscheibenförmiges Dichtelement mit einer der Düsenspannmutter zugewandten oberen Auflagefläche und einer dem Brennraum zugewandten unteren Auflagefläche, welches den Düsenkörper umgibt und zur Abdichtung des Düsenhal- ters gegenüber dem Brennraum dient.
Eine Düsenspannmutter hält die beiden Hauptkomponenten des Kraftstoffin jektors - eine Einspritzdüse und einen Ventilkörper - fest zusammen. Die Einspritzdüse ragt im montierten Zu- stand des Kraftstoffin jektors im Zylinderkopf in einen Brennraum eines Kraftfahrzeugmotors hineinen, wobei der darüber angeordnete Ventilkörper die Einspritzdüse betätigt. Hierbei ist es notwendig, den Kraftstof fin jektor gegenüber dem Brennraum am Zylinderkopf abzudichten. Dies geschieht durch eine entsprechende Gestaltung der Düsenspannmutter, die mit einer entsprechenden Einrichtung, einem Dichtsitz, im Zylinderkopf zusammenwirkt .
An eine solche Dichtanordnung sind hohe Anforderungen ge- stellt. Einerseits ist die Dichtanordnung hohen thermischen Belastungen ausgesetzt (-40 0C bei Kaltstart im Winter, bis über +150 0C) bei Betriebsbedingungen und andererseits ist die Dichteinrichtung hohen mechanischen, insbesondere Vibrationsbelastungen, ausgesetzt. Darüber hinaus muss die Dicht- anordnung einen lang anhaltenden Belastungen, dauerhaften Dichtzustand zwischen Kraftstoffin jektor und Zylinderkopf gewährleisten .
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Hierfür wird im Stand der Technik z. B. an der Düsenspannmut- ter ein horizontaler Rand ausgebildet, welcher an einem in der Injektorbohrung vorgesehenen, ebenfalls horizontalen Rand ansitzt, und die Düsenspannmutter bzw. der Kraftstoffin jektor wird mit einer großen statischen Kraft gegen den Zylinderkopf gepresst. Durch das Vorsehen einer großen flächenmäßigen Ü- berdeckung der beiden Ränder soll eine dauerhafte fluiddichte Verbindung geschaffen werden.
Im Allgemeinen wird der Injektor mit einer Metalldichtscheibe zum Verbrennungsraum hin abgedichtet. Diese Abdichtung ist wegen der heißen Abgase und dem Druckverlust im Zylinder notwendig. Durch die hohen Verbrennungstemperaturen und hohen Zylinderdrücke ist eine Abdichtung nur mit einer Metalldicht- scheibe möglich, so dass keine Verbrennungsgase direkt am Injektor vorbei, in die Umgebung strömen können.
In der DE 101 02192 Al weißt eine Düsenspannmutter an einem freien Ende einen kegelstumpfförmigen Bereich auf, welcher in einen entsprechenden kegelstumpf förmigen Injektorbohrungsabschnitt einsetzbar ist. Im vormontierten Zustand, also wenn der Kraftstoffin jektor mit Düsenspannmutter in die kegelstumpfförmige Injektorbohrung eingesetzt ist, besteht zwischen Kegelstumpf an der Düsenspannmutter und der Kegel- stumpfbohrung im Zylinderkopf eine umlaufende Winkeldifferenz von 2° bis maximal 5°. Hierdurch ist eine Zentrierung des Kraftstoffin jektors in der Injektorbohrung sichergestellt, wobei anschließend der Kraftstoffin jektor mit einer großen statischen Kraft in die Bohrung gedrückt wird und sich zwi- sehen dem Kegelstumpf eine Düsenspannmutter und der Kegelbogen im Zylinderkopf eine gemeinsame Dichtfläche ausbildet.
Gemisch und die heißen Verbrennungsgasen strömen bis an die Dichtstellen von Düsenspannmutter und Düsenkörper, wie auch der Abdichtung zwischen Injektor und Zylinderkopf. In diesem Spalt lagert sich nun das unverbrannte Gemisch und die Abgase, z. B. H2O und S ab. Nach dem Abstellen des Motors kann es nun in der Auskühlphase zur Kondensation von Elektrolyten
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(Wasser) führen. Der Elektrolyt vergünstigt den Ionenaustausch und damit die Korrosion.
Im Stand der Technik ist es weiter bekannt, die Düse mit der Düsenspannmutter ohne weiter zusätzliche Abdichtungen festzuschrauben. Des Weiteren ist der Schutz des Düsenkörpers vor Wärme durch Beschichten und der Einbau von Hülsen als Wärmeableitungen bekannt. Neue Verbrennungsverfahren scheinen aber genau in diesem Bereich für Korrosion zu sorgen, so dass eine direkte Abdichtung in diesem Bereich vor korrosiv wirkenden Substanzen aus Verbrennungsgasen zwingend erforderlich ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzventil zur Anordnung an einem Brennraum einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, welcher eine verbesserte Abdichtung des Düsenschaftes im Bereich der Düsenspannmutter zum Brennraum vorsieht.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Kraftstoffeinspritz- ventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1: einen über eine Düsenspannmutter festgespannten Dü- senkörper wie im Stand der Technik bekannt;
Figur 2: die Anordnung nach Figur 1 mit einer erfindungsgemäßen ersten zusätzlichen, separaten Abdichtung;
Figur 2a: einen Teilausschnitt A der Figur 2;
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Figur 3: einen Ausschnitt entsprechend Figur 2A mit einer erfindungsgemäßen zweiten Variante der zusätzlichen separaten Abdichtung;
Figur 4: einen Ausschnitt entsprechend Figur 2a mit einer erfindungsgemäßen dritten Variante der zusätzlichen, separaten Abdichtung;
Figur 5: einen Ausschnitt entsprechend Figur 2a mit einer erfindungsgemäßen vierten Variante der zusätzlichen separaten Abdichtung;
Figuren 6-8: jeweils einen Ausschnitt entsprechend Figur
2A mit jeweils unterschiedlichen geometrischen Abänderungen der Brennraumabdich- tung, und
Figur 9: einen Ausschnitt entsprechend Figur 2A mit einer geometrischen Abänderung der Düsenspannmutter .
Figur 1 zeigt teilweise im Längsschnitt einen Ausschnitt eines Kraftstoffeinspritzventils 10 mit einer Düsenspannmutter 20, welche einen Düsenkörper 30 festspannt. Schematisch angedeutet ist bei 40 ein Brennraum, in welchen der Düsenkörper 30 teilweise hineinragt. An der Schnittstelle Düsenspannmut- ter 20, Düsenkörper 30 und Brennraum 40 ist ein Brennraumdichtelement 50 angeordnet. Das Brennraumdichtelement 50 um- fasst den über die Düsenspannmutter 20 hinausragenden Teil des Düsenkörpers 30. Der Düsenkörper 30 weist einen Kreis bzw. kreisringförmigen Querschnitt in Längsrichtung das heißt in Einspritzrichtung auf. Ebenfalls weist das Brennraumdichtelement 50 einen hiermit korrespondierenden ringförmigen Querschnitt in Längsrichtung auf. Der Außendurchmesser des Düsenkörperguerschnitts entspricht in etwa dem Innendurchmesser der Ausnehmung des Brennraumdichtelements 50 (ringförmige Ausnehmung) . Das Brennraumdichtelement 50 weißt zwei Stirnseiten oder Auflageflächen auf, eine obere Auflagefläche 60, welche der Düsenspannmutter 20 zugewandt ist, und eine untere Auflagefläche 70, welche dem Brennraum 40 zugewandt ist.
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Figur 2 zeigt im Längsschnitt einen entsprechenden Ausschnitt gemäß Figur 1, wobei ein weiteres Dichtungselement 80 vorgesehen ist. Dieses Dichtungselement umgreift den Düsenkörper 30 im Bereich eines Absatzes 90 des Düsenkörpers 30 im Kontaktbereich der Düsenspannmutter 20 und des Brennraumdichtelements 50. Das Dichtungselement 80 kann dabei als separates Ringelement ausgebildet sein, das aus sehr weichen Metallen, hitzebeständigen Polymeren oder anderen kraftstoffbeständigen Materialien besteht. Der Innendurchmesser dieses ringförmigen Dichtungselements 50 entspricht in etwa dem Außendurchmesser des Düsenkörpers 30, sodass es vom brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers auf diesen aufgebracht werden kann. Figur 2A zeigt den vergrößerten Bereich A aus Figur 2. Es ist zu er- kennen, dass das Dichtungselement 80 im zusammengebauten Zustand des Kraftstoffeinspritzventils in Anlage kommt mit dem Düsenkörper 30 der Düsenspannmutter 20 und dem Brennraumdichtelement 50.
Figur 3 zeigt den gleichen Ausschnitt wie Figur 2a, wobei das Dichtungselement 180 hier durch Anvulkanisieren eines Dichtungsbereichs an die Düsenspannmutter 20 gebildet ist. Das Anvulkanisieren des Dichtungselements 180 erfolgt dabei vor dem Montieren des Brennraumdichtelements 50. Das Dichtungs- element 180 steht somit wie aus Figur 3 zu ersehen lediglich in Kontakt mit dem Düsenkörper 30 und der Düsenspannmutter 20. Ein Kontakt im fertig montierten Zustand auch mit dem Brennraumdichtelement 50 ist dabei allerdings nicht ausgeschlossen .
Figur 4 zeigt ebenfalls den Ausschnitt entsprechend dem der Figur 2A. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Dichtungselement 280 über das Anvulkanisieren gebildet. Im Gegensatz zu Figur 3 erfolgt das Anvulkanisieren des Dichtungsele- ments 280 jedoch an das Brennraumdichtungselement 50, nämlich im Bereich zwischen dem Außenumfang des Düsenkörpers und den im Innenumfang des Brennraumdichtungselements 50.
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Auch Figur 5 zeigt den der Figur 2A entsprechenden Ausschnitt des Kraftstoffeinspritzventils . Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Spalt, der von dem Absatz des Düsenkörpers 30, der Düsenspannmutter 20 und dem Brennraumdichtungselement 50 gebildet ist, mit einer hitzebeständigen Vergussmasse als Dichtungselement 380 gefüllt. Diese Vergussmasse ist nach der Verschraubung der Düsenspannmutter 20 mit dem Düsenkörper 30 eingebracht. Folglich grenzt das Dichtungselement 380 an den Düsenkörper 30 und die Düsenspannmutter 20 an.
Die Figuren 6 bis 8 zeigen Beispiele, bei denen durch eine geometrische Abänderung des Brennraumdichtelements 150, 250, 350 eine weitere zusätzliche Abdichtung gebildet ist, um ge- gegenüber Ablagerungen durch unverbranntes Gemisch und Abgase im Spalt zwischen Düsenspannmutter 20 und Düsenkörper 30 zu dichten. In Figur 6 ist ein ringscheibenförmiges Brennraumdichtelement 150 gezeigt, welches im Bereich seines Innendurchmessers, radial innen, eine im Längsschnitt in Achsrichtung zum Brennraum hin ausgebildete Zunge 100 aufweißt. Diese Zunge 100 ist im Querschnitt des Brennraumdichtelements 150 spitz zulaufend nach radial innen unten (in Richtung Brennraum 40) soweit ausgebildet, dass ein Dichtkontakt mit der Außenumfangsf lache des Düsenkörpers 30 hergestellt ist.
Figur 7 zeigt ebenfalls ein ringscheibenförmiges Brennraumdichtelement 250 mit einer Zunge 200, die in Achsrichtung des Kraftstoffeinspritzventils vom Brennraum 40 weg ausgebildet ist. Wie die Zunge 100 der Figur 6 verläuft auch die Zunge 200 im Querschnitt des Brennraumdichtelements 250 spitz zu- laufend und bildet im Bereich des Absatzes 90 des Düsenkörpers 30 einen Dichtkontakt mit dem Düsenkörper 30.
Auch in Figur 8 ist ein ringscheibenförmiges Brennraumdichtelement 350 gezeigt. Im Bereich seines radial inneren Durch- messers verjüngt sich dieses Brennraumdichtelement 350 gleichförmig radial nach innen und verläuft im Querschnitt spitz zulaufend zum Außendurchmesser des Düsenkörpers und bildet mit diesem einen Dichtkontakt. Die Abdichtung erfolgt
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bei diesem Beispiel also über eine im Querschnitt rechteck- förmige Zunge 300 des Brennraumdichtelements 350.
Figur 9 zeigt ein Dichtungselement 400 welches durch eine ra- dial nach innen ragende Zunge an der Düsenspannmutter 120 gebildet ist. Hierzu weist die Düsenspannmutter 120 an ihrem dem Brennraumdichtelement 50 benachbarten Bereich einen Fortsatz 400 auf, der radial einwärts soweit vorsteht, dass er in Dichtkontakt mit dem Düsenkörper 30 im Bereich des Absatzes 90 gelangt. Die Zunge 400 ist im vorliegenden Fall spitz zulaufend gezeigt, kann jedoch auch eine im Querschnitt abweichende Form davon aufweisen.
Die Erfindung ist nicht Beschränkt auf die vorstehend be- schriebenen bevorzugten Ausführungsformen. Es sind vielmehr auch Abweichungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche umfasst sind.