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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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In der
1 ist beispielhaft eine aus dem Stand der Technik bekannte Brennstoffeinspritzvorrichtung gezeigt, deren Zulaufstutzen mittels eines bekannten Dichtrings aus Elastomer gegen die Aufnahmetasse einer Brennstoffverteilerleitung abgedichtet ist. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung eignet sich besonders für den Einsatz in Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Derartige Brennstoffeinspritzventile sind zahlreich bekannt, beispielhaft sei die
DE 103 59 299 A1 genannt.
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Bekannt ist aus der
DE 10 2017 207 091 A1 bereits ein Brennstoffeinspritzventil, das zulaufseitig einen konischen Anschlussstutzen aufweist. Der Anschlussstutzen umfasst dabei einen Dichtabschnitt, an dem ein ringförmiges Dichtelement zur Abdichtung gegenüber der Aufnahmetasse einer Brennstoffverteilerleitung angeordnet ist. Das ringförmige Dichtelement umschließt den Dichtabschnitt bezüglich einer Längsachse umfänglich. Ferner ist das ringförmige Dichtelement mittels eines Stützrings am unteren Ende des Dichtabschnitts abgestützt. Der Dichtabschnitt des Anschlussstutzens ist zumindest in dem Bereich, in dem das ringförmige Dichtelement und der Stützring den Anschlussstutzen umschließen, mit einem sich entlang der Längsachse vergrößernden Umfang, also einer Konizität ausgestaltet.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Abdichtung eines Zulaufstutzens gegenüber der Aufnahmeöffnung einer Brennstoffverteilerleitung realisiert ist. Dazu ist am Zulaufstutzen in vorteilhafter Weise ein Stützring vorgesehen, der den zulaufseitigen Dichtring untergreift, wobei der Stützring an einer dem Dichtring zugewandten oberen Stirnseite eines ringförmigen Stützelements, das am Außenumfang des Zulaufstutzens befestigt ist, unmittelbar aufliegt.
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Ein besonderer Vorteil ergibt sich bei sogenannten Langventilen, die aufgrund ihrer besonderen Einbausituation im Zylinderkopf eine große axiale Länge aufweisen müssen. Erfindungsgemäß kann auf zusätzliche metallische Verlängerungen des Zulaufstutzens verzichtet werden. Der Zulaufstutzen kann so über seine gesamte axiale Erstreckung vergleichsweise dünnwandig ausgeführt werden, während alleinig durch das kleine und kompakte Stützelement die erforderliche radiale Bauteilauflage für den Stützring zur Verfügung gestellt ist.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
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In vorteilhafter Weise ist die obere Stirnseite des ringförmigen Stützelements konisch schräg verlaufend ausgeführt, wobei auch der Stützring eine zur oberen Stirnseite der Kunststoffumspritzung hin gerichtete kegelförmige Innenseite besitzt, um eine optimierte Anlage des Stützrings an dem ringförmigen Stützelement und eine ideale Krafteinleitung zu gewährleisten.
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Besonders vorteilhaft ist es, dass der Stützring eine dem Dichtring zugewandte V-förmige Auflagefläche aufweist. Erfindungsgemäß ist der vom Dichtring beaufschlagte Stützring mit dieser V-förmigen Kegelauflage für den Dichtring versehen, die dafür sorgt, dass bei erhöhten Drücken ein geringfügiges radiales Ausweichen des Stützrings nach radial innen und außen ermöglicht ist und damit radiale Spalte stets vermieden werden.
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In vorteilhafter Weise besitzt der Stützring im Bereich mit der V-förmigen Auflagefläche eine etwas größere radiale Erstreckung als über die restliche axiale Erstreckung des Stützrings. Auf diese Weise kann der Stützring bereits mit einer geringen radialen Pressung in diesem oberen Bereich des Stützrings in den Aufnahmeraum zwischen Brennstoffeinspritzventil und Anschlussstutzen eingebracht werden. Durch den Fluiddruck wirken über den Dichtring zwei Kraftkomponenten auf die beiden Flanken der V-förmigen Auflagefläche des Stützrings. Diese Kräfte bewirken, dass es zu einer geringfügigen elastischen Verformung des Stützrings kommt, und zwar in den dünnwandigen Bereichen radial innen und außen unterhalb der Auflagefläche im radial etwas größeren oberen Bereich. Dies verhindert, dass der Dichtring zwischen den Stützring und die Wandungen der Aufnahmeöffnung bzw. des Anschlussstutzens extrudieren kann, da keine unerwünschten Spalte auftreten können.
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In vorteilhafter Weise ist das ringförmige Stützelement ein metallisches Bauteil und durch Drehen, Stanzen oder Ziehen einfach und kostengünstig herstellbar, was auch zutrifft, wenn das ringförmige Stützelement als Stanz-Biege-Teil ausgeführt ist.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine teilweise dargestellte Brennstoffeinspritzvorrichtung in einer bekannten Ausführung,
- 2 eine bekannte hydraulische Schnittstelle im Bereich einer Aufnahmeöffnung der Brennstoffverteilerleitung,
- 3 eine erste hydraulische Schnittstelle im Bereich einer Aufnahmeöffnung der Brennstoffverteilerleitung mit einem an einem Brennstoffeinspritzventil erfindungsgemäß angeordneten Stützring und einem ersten ringförmigen Stützelement,
- 4 eine zweite hydraulische Schnittstelle im Bereich einer Aufnahmeöffnung der Brennstoffverteilerleitung mit einem an einem Brennstoffeinspritzventil erfindungsgemäß angeordneten Stützring,
- 5A und 5B ein zweites ringförmiges Stützelement in Draufsicht und Querschnitt gemäß 4,
- 6A und 6B ein drittes ringförmiges Stützelement in Draufsicht und Querschnitt und
- 7 eine dritte hydraulische Schnittstelle im Bereich einer Aufnahmeöffnung der Brennstoffverteilerleitung mit einem an einem Brennstoffeinspritzventil erfindungsgemäß angeordneten Stützring.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Zum Verständnis der Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 eine bekannte Ausführungsform einer Brennstoffeinspritzvorrichtung näher beschrieben. In der 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 16 der Brennkraftmaschine ausgeführt ist, in eine Aufnahmebohrung 20 eines Zylinderkopfes 9 eingebaut. Ein Dichtring 2, insbesondere aus PTFE oder PTFE mit Füllstoffen, sorgt für eine optimale Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils 1 gegenüber der Wandung der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9.
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Zwischen einem Absatz 21 eines Ventilgehäuses 22 (nicht gezeigt) oder einer unteren Stirnseite 21 eines Abstützelements 19 (1) und einer z.B. rechtwinklig zur Längserstreckung der Aufnahmebohrung 20 verlaufenden Schulter 23 der Aufnahmebohrung 20 ist ein Zwischenelement 24 eingelegt, das z.B. als Dämpfungs- oder Entkopplungselement dient. Mit Hilfe eines solchen Zwischenelements 24 werden auch Fertigungs- und Montagetoleranzen ausgeglichen und eine querkraftfreie Lagerung auch bei leichter Schiefstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 sichergestellt.
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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 (Railtasse) 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.
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Der elektrische Anschlussstecker 8 ist über entsprechende elektrische Verbindungen mit einem nicht gezeigten Aktuator verbunden, durch dessen Erregung eine Hubbewegung einer Ventilnadel erzielbar ist, wodurch eine Betätigung eines Ventilschließkörpers, der zusammen mit einer Ventilsitzfläche einen Dichtsitz bildet, ermöglicht ist. Diese letztgenannten Bauteile sind nicht explizit dargestellt und können jegliche hinlänglich bekannte Bauformen aufweisen. Der Aktuator kann beispielsweise elektromagnetisch, piezoelektrisch oder magnetostriktiv betrieben werden.
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Um das Brennstoffeinspritzventil 1 und die Brennstoffverteilerleitung 4 weitgehend radialkraftfrei voneinander zu beabstanden und das Brennstoffeinspritzventil 1 sicher in der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 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.
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In der 2 ist eine bekannte hydraulische Schnittstelle im Bereich der Aufnahmeöffnung 12 der Brennstoffverteilerleitung 4 dargestellt. Der Dichtring 5 ist zwischen der Innenwand der Aufnahmeöffnung 12 und dem metallischen Zulaufstutzen 7, der bei so genannten Langventilen mit besonders großer axialer Erstreckung ein zusätzliches Anbauteil am eigentlichen Zulaufstutzen 7 darstellt, verspannt. Zudem ist ein Stützring 25 unterhalb des Dichtrings 5 vorgesehen, der sich z.B. an einer konisch verlaufenden Schulter 26 des metallischen Zulaufstutzens 7 bzw. dessen Anbauteils abstützt. Bei dem in der 2 dargestellten metallischen Zulaufstutzen 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 ist also ein konisch verlaufender Abschnitt vorgesehen, der vom Stützring 25 mit einer ebenfalls konisch verlaufenden Innenöffnung und teilweise vom Dichtring 5 umgeben ist. Aufgrund einer Kraftaufteilung der Radialkraft an der konisch verlaufenden Wandung des Zulaufstutzens 7 u.a. auch in eine axiale Kraftkomponente besteht die Gefahr eines einseitigen Verrutschens des Dichtrings 5 nach oben vom konischen Abschnitt weg, wenn die Axialkraft des Stützrings 25 größer als die Verschiebekraft des Dichtrings 5 ist. Dieses Verrutschen könnte mit einer Reduzierung der Pressung des Dichtrings 5 einhergehen. Bei dieser Ausführung des Brennstoffeinspritzventils 1 weist dieses deshalb zur Verliersicherung an seinem zulaufseitigen Ende 3 im Bereich eines Endkragens 29 eine Radialstützscheibe 30 auf. Die Radialstützscheibe 30 ist dabei als dünne, aber kompakte Scheibe ausgeführt, die aus einem Kunststoff (z.B. PEEK, PPS, POM) oder aus einem Metall (z.B. Aluminium) bestehen kann. Die Radialstützscheibe 30 wird z.B. über einen Hilfsdorn axial von oben auf das Brennstoffeinspritzventil 1 montiert. Alternativ kann die Radialstützscheibe 30 mittels eines Spreizgreifers oder eines ähnlichen Werkzeugs montiert werden. Insofern ist die Radialstützscheibe 30 in Strömungsrichtung gesehen noch vor dem Dichtring 5 angeordnet.
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In der 3 ist eine erste erfindungsgemäße hydraulische Schnittstelle im Bereich der Aufnahmeöffnung 12 der Brennstoffverteilerleitung 4 mit einem an dem Brennstoffeinspritzventil 1 erfindungsgemäß angeordneten Stützring 25 dargestellt.
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Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist eine zumindest einen Teil des Ventilgehäuses 22 bildende Kunststoffumspritzung 18 auf, die dabei u.a. den metallischen Zulaufstutzen 7 über einen Großteil seiner Erstreckung umgibt. Die Kunststoffumspritzung 18 erstreckt sich in axialer Ausdehnung bis in die Nähe der hydraulischen Schnittstelle mit der Brennstoffverteilerleitung 4 hin. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der den Dichtring 5 untergreifende Stützring 25 an einer dem Dichtring 5 zugewandten oberen Stirnseite 28 eines an dem Zulaufstutzen 7 befestigten, ringförmigen Stützelements 32 unmittelbar aufliegt. Bei dem Stützelement 32 handelt es sich um einen metallischen, in seiner radialen und axialen Ausdehnung sehr kompakten Ring, der z.B. mittels einer Schweißnaht 33 oder mittels mehrerer über den Umfang des Zulaufstutzens 7 verteilter Heftpunkte unmittelbar am Außenumfang des Zulaufstutzens 7 befestigt ist. An die Schweißnaht 33 oder die Heftpunkte sind keine so hohen Anforderungen gestellt wie an eine Dichtschweißnaht. Alternativ zu einem stoffschlüssigen Verbindungsverfahren kann das ringförmige Stützelement 32 auch durch Pressen oder plastische Verformung wie Crimpen oder Bördeln befestigt werden.
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Im vorliegenden Fall ist die obere Stirnseite 28 des ringförmigen Stützelements 32 konisch schräg verlaufend ausgeführt. Gleiches gilt für die konisch verlaufende Schulter 26 des metallischen Zulaufstutzens 7. Die obere Stirnseite 28 des Stützelements 32 und die konisch verlaufende Schulter 26 des metallischen Zulaufstutzens 7 gehen beispielsweise mit einer gleichen Neigung fließend ineinander über und bilden so umlaufend einen einheitlichen oberen Schrägabschluss. Während der Stützring 25 ausschließlich die obere Stirnseite 28 des Stützelements 32 kontaktiert, findet der Dichtring 5 seine Auflage an der konisch verlaufenden Schulter 26 des metallischen Zulaufstutzens 7 und natürlich an der Oberseite des Stützrings 25. Zwischen dem oberen Ende der Kunststoffumspritzung 18 und der Unterseite des Stützelements 32 verbleibt ein axialer Abstand, durch den der Zulaufstutzen 7 nach radial außen frei liegt und der als Montagenut 34 z.B. dafür dient, die Schweißnaht 33 anbringen zu können. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass der Zulaufstutzen 7 insbesondere bei Langventilen über seine gesamte axiale Erstreckung vergleichsweise dünnwandig ausgeführt werden kann, während alleinig durch das kleine und kompakte Stützelement 32 die erforderliche radiale Bauteilauflage für den Stützring 25 zur Verfügung gestellt ist. Erfindungsgemäß kann auf zusätzliche metallische Verlängerungen des Zulaufstutzens 7, wie eine z.B. in 2 gezeigt ist, verzichtet werden.
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Das ringförmige Stützelement 32 kann z.B. durch Drehen, Stanzen oder Ziehen hergestellt sein und beispielsweise aus einem nichtrostenden, austenitischen Stahl wie 1.4310 bestehen.
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In der 4 ist eine zweite erfindungsgemäße hydraulische Schnittstelle im Bereich der Aufnahmeöffnung 12 der Brennstoffverteilerleitung 4 mit einem an dem Brennstoffeinspritzventil 1 erfindungsgemäß angeordneten Stützring 25 dargestellt. Hier zeichnet sich das Stützelement 32 dadurch aus, dass die dem Dichtring 5 zugewandte obere Stirnseite 28 des Stützelements 32 plan im rechten Winkel zur Ventillängsachse verläuft.
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In diesem Falle ist ein erfindungsgemäß angeordneter umlaufender Stützring 25 vorgesehen, der vor dem optionalen Anbringen einer oben erwähnten Radialstützscheibe 30 oder einer anderen Sicherung auf den Zulaufstutzen 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 aufgeschoben wird. Der vom Dichtring 5 beaufschlagte Stützring 25 ist dabei mit einer im Querschnitt V-förmigen, kerbenartigen Kegelauflage für den Dichtring 5 versehen, die dafür sorgt, dass bei erhöhten Drücken ein geringfügiges radiales Ausweichen des Dichtrings 5 nach radial innen und außen ermöglicht ist und damit radiale Spalte vermieden werden. Der Stützring 25 liegt mit seiner Unterseite plan an der oberen, rechtwinklig verlaufenden Stirnseite 28 des Stützelements 32 an und stützt sich dort entsprechend ab.
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Der Stützring 25 zeichnet sich durch seine V-förmige Auflagefläche 35 für den Dichtring 5 aus. In seinem oberen, dem Dichtring 5 zugewandten Bereich mit der V-förmigen Auflagefläche 35 besitzt der Stützring 25 eine etwas größere radiale Erstreckung als über die restliche axiale Erstreckung des Stützrings 25 bis hin zu seiner Unterseite. Auf diese Weise kann der Stützring 25 bereits mit einer geringen radialen Pressung in diesem oberen Bereich des Stützrings 25 in den Aufnahmeraum zwischen Brennstoffeinspritzventil 1 und Anschlussstutzen 6 eingebracht werden.
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Durch den Fluiddruck wirken über den Dichtring 5 zwei Kraftkomponenten auf die beiden Flanken der V-förmigen Auflagefläche 35 des Stützrings 25. Diese Kräfte bewirken, dass es zu einer geringfügigen elastischen Verformung des Stützrings 25 kommt, und zwar in den dünnwandigen Bereichen radial innen und außen unterhalb der Auflagefläche 35 im radial etwas größeren oberen Bereich. Bei erhöhten Fluiddrücken erfolgt also noch zusätzlich ein radiales Ausweichen und Pressen des Stützrings 25 nach radial innen und außen, so dass radiale Spalte stets vermieden werden.
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In den 5A und 5B ist ein zweites ringförmiges Stützelement 32 in Draufsicht und Querschnitt gemäß 4 dargestellt. Bei dem Stützelement 32 handelt es sich um einen z.B. geschlitzten Ringkörper, der eine solche radiale Materialerstreckung hat, dass der Stützring 25 sicher und großflächig aufliegen kann. Der Schlitz 36 ermöglicht ein vereinfachtes Montieren. Das ringförmige Stützelement 32 ist als Stanz-Biege-Teil ausgeführt.
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In den 6A und 6B ist ein drittes ringförmiges Stützelement 32 in Draufsicht und Querschnitt dargestellt. Das Stützelement 32 ist wiederum als Stanz-Biege-Teil ausgeführt, dabei aber sehr dünnwandig ausgeführt, wobei für eine ausreichende Stabilität und Steifigkeit ein im Querschnitt U-förmiges bzw. C-förmiges Profil gewählt wurde.
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In der 7 ist eine dritte erfindungsgemäße hydraulische Schnittstelle im Bereich der Aufnahmeöffnung 12 der Brennstoffverteilerleitung 4 mit einem an dem Brennstoffeinspritzventil 1 erfindungsgemäß angeordneten Stützring 25 dargestellt. Diese unterscheidet sich nur geringfügig von der in 3 dargestellten ersten erfindungsgemäßen hydraulischen Schnittstelle. Bei dieser Ausführung zeichnet sich der Zulaufstutzen 7 durch eine Nachbearbeitung aus, bei der unterhalb des Stützelements 32 an dessen Außenumfang eine Stufe 37 erzeugt wird, ab der über eine axiale Länge A der Zulaufstutzen 7 bis zu seinem stromaufwärtigen Ende einen geringeren Außendurchmesser aufweist als den Außendurchmesser stromabwärts der Stufe 37 des Zulaufstutzens 7. Die Nachbearbeitung kann z.B. durch eine Drehbearbeitung erfolgen. Dabei wird der Außendurchmesser des Zulaufstutzens 7 z.B. um 0,05 mm bis 0,1 mm verkleinert. Dies hat den Vorteil einer noch weiter verbesserten Abdichtung der Kunststoffumspritzung 18 gegenüber dem Zulaufstutzen 7. Außerdem geht vorteilhaft eine radiale Toleranzeinschränkung des Stützelements 32 einher.
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In vorteilhafter Weise ist der Stützring 25 aus einem Kunststoff hergestellt, wobei sich z.B. der Werkstoff PA66 mit 30% Glasfasern eignet. Die V-förmige Auflagefläche 35 des Stützrings 25 muss nicht zentral spitz zulaufen, sondern kann, wie in 4 gezeigt, in der Mitte am Grund etwas verrundet sein. Der Winkel zwischen den beiden Flanken der V-förmigen Auflagefläche 35 des Stützrings 25 beträgt ca. 60° bis 100°. Der Stützring 25 weist beispielsweise zwei sich unterschiedlich hoch erstreckende Flanken der V-förmigen Auflagefläche 35 auf, wobei die radial innere Flanke eine geringere Höhe in axialer Richtung aufweist als die Höhe der radial äußeren Flanke. Dies kann von Vorteil sein, wenn der Dichtring 5 in einer gegenüber dem Stützring 25 etwas vertieften Aufnahmenut 43 am Zulaufstutzen 7 mit kleinerem Durchmesser eingebracht ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10359299 A1 [0002]
- DE 102017207091 A1 [0003]