Titel

Brennstoffeinspritzventil

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

In der Figur 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 Brenn kraftmaschinen. Derartige Brennstoffeinspritzventile sind zahlreich bekannt, beispielhaft sei die DE 10359 299 Al genannt.

Bekannt ist aus der DE 102017207091 Al 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.

Vorteile der Erfindung

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 eine ebene Unterseite zur Auflage auf einer Schulter des Zulaufstutzens sowie 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.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

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. Aufgrund dessen, dass der Stützring axial planar auf dem Zulaufstutzen aufliegt, ist noch eine gewisse radiale Bewegung des Brennstoffeinspritzventils in der Aufnahmeöffnung möglich. Beschädigungen am Brennstoffeinspritzventil oder an der Wandung des Anschlussstutzens sind ausgeschlossen.

In besonders vorteilhafter Weise kann der Zulaufstutzen derart ausgestaltet sein, dass der Durchmesser eines zulaufseitigen Endkragens und der Durchmesser des Zulaufstutzens auf Höhe des Stützrings gleich groß gewählt sind. Auf diese Weise ist es möglich, die Montage des Stützrings problemlos über den Endkragen vorzunehmen. In idealer Weise kann der Stützring zwei sich unterschiedlich hoch erstreckende Flanken der V-förmigen Auflagefläche aufweisen, wobei die radial innere Flanke eine geringere Höhe in axialer Richtung aufweist als die Höhe der radial äußeren Flanke.

Durch das Verpressen einer Radialstützscheibe am Zulaufstutzen des Brennstoffeinspritzventils ist das Brennstoffeinspritzventil in der Aufnahmeöffnung eines Anschlussstutzens einer Brennstoffverteilerleitung verliersicher vormontierbar. In vorteilhafter Weise ist die Radialstützscheibe an einem Endkragen des Zulaufstutzens in Strömungsrichtung gesehen noch vor dem auf dem Zulaufstutzen montierten Dichtring angeordnet. So ist die Radialstützscheibe am Zulaufstutzen des Brennstoffeinspritzventils sehr einfach und kostengünstig anbringbar.

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,

Figur 2 eine erste bekannte hydraulische Schnittstelle im Bereich einer Aufnahmeöffnung der Brennstoffverteilerleitung,

Figur 3 eine zweite bekannte hydraulische Schnittstelle im Bereich einer Aufnahmeöffnung der Brennstoffverteilerleitung, Figur 4 eine schematische und übertrieben dargestellte Einbausituation unter Brennstoffdruck bei der aus Figur 3 bekannten Lösung,

Figur 5 eine schematische und übertrieben dargestellte Einbausituation ohne Einfluss des Brennstoffdrucks bei der aus Figur 3 bekannten Lösung, Figur 6 eine hydraulische Schnittstelle im Bereich einer Aufnahmeöffnung der Brennstoffverteilerleitung mit einem erfindungsgemäßen Stützring und einem Sicherungsring,

Figur 7 den in Fig. 6 mit VII bezeichneten Ausschnitt mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Stützring und einem an ihm aufliegenden Dichtelement,

Figur 8 eine hydraulische Schnittstelle im Bereich einer Aufnahmeöffnung der Brennstoffverteilerleitung mit einem erfindungsgemäßen Stützring und einer scheibenförmigen Verliersicherung,

Figur 9 eine hydraulische Schnittstelle im Bereich einer Aufnahmeöffnung der Brennstoffverteilerleitung mit einem weiteren erfindungsgemäßen Stützring ohne Einfluss des Brennstoffdrucks und Figur 10 eine hydraulische Schnittstelle im Bereich einer Aufnahmeöffnung der Brennstoffverteilerleitung mit dem Stützring gemäß Figur 9 unter Brennstoffdruck.

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 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.

Zwischen einem Absatz 21 eines Ventilgehäuses 22 (nicht gezeigt) oder einer unteren Stirnseite 21 eines Abstützelements 19 (Figur 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.

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.

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. 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 weistein 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.

In den Figuren 2 und 3 sind bekannte hydraulische Schnittstellen im Bereich der Aufnahmeöffnungen 12 der Brennstoffverteilerleitung 4 dargestellt, wobei der in der Figur 2 gezeigte Aufbau dem der Figur 1 gleicht. Bei dieser Ausführung ist der Zulaufstutzen 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 zylindrisch ausgestaltet. Der Dichtring 5 ist zwischen der Innenwand der Aufnahmeöffnung 12 und dem Zulaufstutzen 7 verspannt. Zudem ist ein Stützring 25 unterhalb des Dichtrings 5 vorgesehen, der sich z.B. an einer Schulter 26 des Zulaufstutzens 7 abstützt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 wird dabei über den Stützring 25 radial abgestützt. Ein Verrutschen des Dichtrings 5 ist auf diese Weise ausgeschlossen. Insofern wird auch die Pressung des Dichtrings 5 nicht beeinflusst.

Im Gegensatz zur Ausgestaltung der hydraulischen Schnittstelle im Bereich der Aufnahmeöffnung 12 der Brennstoffverteilerleitung 4 der Figur 2 ist bei dem in der Figur 3 dargestellten Zulaufstutzen 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 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.

In den Figuren 4 und 5 ist jeweils eine schematische und übertrieben dargestellte Einbausituation unter Brennstoffdruck (Figur 4) sowie ohne Einfluss des Brennstoffdrucks (Figur 5) bei der aus Figur 3 bekannten Lösung dargestellt. Nicht maßstäblich soll damit verdeutlicht werden, dass durch toleranzbedingte Schrägstellungen des Zulaufstutzens 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 gegenüber der Aufnahmeöffnung 12 des Anschlussstutzens 6 der Brennstoffverteilerleitung 4, die durch den Winkel g gekennzeichnet sind, einseitig ein Spalt z zwischen der konisch verlaufenden Wandung des Zulaufstutzens 7 und dem Stützring 25 entstehen kann (Figur 5). Unter Brennstoffdruck verschiebt sich der Dichtring 5 durch die hydraulische Kraft in axialer Richtung zum Stützring 25 hin. Eine Schrägstellung des Zulaufstutzens 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 könnte bewirken, dass der Zulaufstutzen 7 auch radial einseitig geringfügig auswandert, bis es zu einem Kontakt des Zulaufstutzens 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 an der Innenwand der Aufnahmeöffnung 12 kommt, so dass eine radiale Kraft über das Brennstoffeinspritzventil 1 auf den Anschlussstutzen 6 übertragbar ist. In einem solchen Fall würde in nachteiliger Weise die Gefahr einer Beschädigung des Anschlussstutzens 6 bestehen. Zudem könnte der Dichtring 5 bei einem Tausch des Brennstoffeinspritzventils 1 beschädigt werden. Außerdem würde durch den Kontakt des Brennstoffeinspritzventils 1 an der Innenwand der Aufnahmeöffnung 12 das Geräuschverhalten verschlechtert.

In gleicher Darstellungsweise wie Figuren 3 bis 5 zeigt nun Figur 6 eine hydraulische Schnittstelle im Bereich einer Aufnahmeöffnung 12 der Brennstoffverteilerleitung 4 mit einem erfindungsgemäßen umlaufenden Stützring 25, der vor dem optionalen Anbringen einer oben erwähnten Radialstützscheibe 30 oder einer anderen Sicherung auf den Zulaufstutzen 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 aufgeschoben wird. Erfindungsgemäß ist der vom Dichtring 5 beaufschlagte Stützring 25 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. Figur 7 verdeutlicht den in Figur 6 mit VII bezeichneten Ausschnitt mit dem erfindungsgemäß ausgestalteten Stützring 25 und dem an ihm aufliegenden Dichtring 5 anschaulich. 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. 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. Durch den Fluiddruck wirken über den Dichtring 5 zwei Kraftkomponenten auf die beiden Flanken der V-förmigen Auflagefläche 35 des Stützrings 25, die in Figur 7 mit Fl und F2 bezeichnet sind. Diese Kräfte Fl und F2 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, wie z.B. in Figur 5 mit dem Spalt z gezeigt, stets vermieden werden. Vielmehr werden zwei Dichtbereiche 36 und 37 zwischen dem Stützring 25 und dem Zulaufstutzen 7 radial innen und zwischen dem Stützring 25 und dem Anschlussstutzen 6 radial außen aufgrund der Formgebung des Stützrings 25 gebildet. Die axialen Längen LI und L2 der Dichtbereiche 36 und 37 betragen dabei jeweils ca. 0,2 bis 0,8 mm. Eine radiale Zusatzkraft, wie im Zusammenhang mit der Figur 4 erläutert, kann in vorteilhafter Weise keinesfalls vom Brennstoffeinspritzventil 1 aus auf den Anschlussstutzen 6 der Brennstoffverteilerleitung 4 übertragen werden. Der Stützring 25 liegt mit seiner der V-förmigen Auflagefläche 35 gegenüberliegenden Grundfläche 38 an der rechtwinklig verlaufenden Schulter 26 des Zulaufstutzens 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 an und stützt sich dort entsprechend ab.

In vorteilhafter Weise ist der Stützring 25 aus einem Kunststoff hergestellt, wobei sich z.B. der Werkstoff PA66 mit 30% Glasfasern eignet. Im ursprünglichen als auch im belasteten und verpressten Zustand des Stützrings 25, wie er in der Figur 7 gezeigt ist, verlaufen die radialen Innen- und Außenseiten des Stützrings 25 ausgehend von den Dichtbereichen 36 und 37 zumindest über eine axiale Teilstrecke jeweils unter einem Winkel, der von 90° zur Waagerechten abweicht, so dass Spaltwinkel al und a2 von ca. 2° bis 8° gebildet sind. Unterhalb der Dichtbereiche 36 und 37 wird der Stützring 25 insofern nicht gegen die Wandungen des Zulaufstutzens 7 bzw. des Anschlussstutzens 6 gepresst. Die Spaltbreiten S1 und S2 der Spalte zwischen dem Stützring 25 und den Wandungen des Zulaufstutzens 7 radial innen bzw. des Anschlussstutzens 6 radial außen betragen jeweils ca. 0,1 bis 0,5 mm. Die V-förmige Auflagefläche 35 des Stützrings 25 muss nicht zentral spitz zulaufen, sondern kann, wie in Figur 7 gezeigt, in der Mitte etwas verrundet sein. Der Winkel ß zwischen den beiden Flanken der V-förmigen Auflagefläche 35 des Stützrings 25 beträgt ca. 60° bis 100°.

Gemäß Figur 6 ist der Dichtring 5 mit einem Sicherungsring 41 als axiale Montagesicherung gesichert, wobei der Sicherungsring 41 in einer oberhalb des Dichtrings 5 am Zulaufstutzen 7 eingebrachten Ringnut 42 eingesetzt ist. Der Sicherungsring 41 ist z.B. geschlitzt ausgeführt und besitzt einen kreisförmigen oder viereckförmigen Querschnitt. Alternativ kann, wie in Figur 8 gezeigt, auch eine Radialstützscheibe 30 zur Verliersicherung am zulaufseitigen Ende 3 des Brennstoffeinspritzventils 1 vorgesehen sein, die im Bereich des Endkragens 29 angebracht ist. Die Radialstützscheibe 30 ist dabei als dünne, aber kompakte Scheibe ausgeführt.

In Figur 9 ist eine hydraulische Schnittstelle im Bereich einer Aufnahmeöffnung 12 der Brennstoffverteilerleitung 4 mit einem weiteren erfindungsgemäßen Stützring 25 ohne Einfluss des Brennstoffdrucks dargestellt. Dieses Ausführungsbespiel zeichnet sich dadurch aus, dass der Durchmesser D2 des Endkragens 29 des Zulaufstutzens 7 und der Durchmesser Dl des Zulaufstutzens 7 auf Höhe des Stützrings 25 gleich groß gewählt sind. Auf diese Weise ist es möglich, die Montage des Stützrings 25 problemlos über den Endkragen 29 vorzunehmen. Der Stützring 25 weist bei dieser Ausführung 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, wie gezeigt, der Dichtring 5 in einer gegenüber Endkragen 29 und Aufnahmebereich für den Stützring 25 (Dl, D2) etwas vertieften Aufnahmenut 43 am Zulaufstutzen 7 mit kleinerem Durchmesser D3 eingebracht ist.

Figur 10 verdeutlicht die hydraulische Schnittstelle im Bereich der Aufnahmeöffnung 12 der Brennstoffverteilerleitung 4 mit dem Stützring 25 gemäß Figur 9 unter Brennstoffdruck. Schematisch wird hiermit gezeigt, dass der Dichtring 5 unter Brennstoffdruck von radial innen über die radial innere Flanke der V-förmigen Auflagefläche 35 des Stützrings 25 in diesen zwischen die Flanken geringfügig mit seinem Material einwandern kann.