Kraftstoff! njektor

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff! njektor nach dem Oberbegriff des

Anspruchs 1.

Ein derartiger, aus der Praxis bekannter Kraftstoff! njektor dient dem Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine. Hierzu weist die Brennkraftmaschine im Bereich eines den Brennraum begrenzenden

Zylinderkopfs eine Aufnahme in Form einer Stufenbohrung auf, in die der

Kraftstoff! njektor mit seinem Ventilgehäuse eingesetzt ist. Dabei ragt der Kraftstoffinjektor mit wenigstens einer Düsenöffnung in den Brennraum der Brennkraftmaschine hinein. Um den Brennraum bzw. den Zylinderkopf nach außen hin abzudichten, ist das Injektorgehäuse des Kraftstoffinjektors üblicherweise unter Zwischenlage einer Düsendichtscheibe und mit axialer

Vorspannung in der Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes aufgenommen. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine herrscht im Brennraum die höchste Temperatur, die im Zylinderkopf bzw. in der Aufnahmebohrung auf der dem Brennraum abgewandten Seite, in Abhängigkeit vom Abstand zum Brennraum, nach und nach abnimmt. In analoger Weise nimmt die Temperatur des Kraftstoffinjektors bzw. dessen Ventilgehäuses ebenfalls mit zunehmendem Abstand zum

Brennraum ab. Insbesondere bei relativ geringen Brennraumtemperaturen oder bei relativ großem Abstand zum Brennraum kann es, unter anderem begünstigt zum Beispiel durch schwefelhaltigen Kraftstoff oder durch bei der Verbrennung des Kraftstoffs entstehendes Wasser, zur Kondensatbildung am Ventilgehäuse des Kraftstoff! njektors kommen. Da das Ventilgehäuse im Zylinderkopf über die Düsendichtscheibe nach außen hin abgedichtet ist, ist davon vor allem der Bereich axial knapp unterhalb der Düsendichtscheibe im Bereich eines ersten Aufnahmebohrungsabschnitts des Zylinderkopfs betroffen, da dort, relativ gesehen, die geringsten Temperaturen herrschen. Durch die Kondensatbildung kann es zu einer Korrosion des Ventilgehäuses in dem angesprochenen Bereich kommen, die über die Lebensdauer des Kraftstoff! njektors betrachtet zu einer Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit des Kraftstoffinjektors führen kann.

Bei dem aus der Praxis bekannten Kraftstoffinjektor, der bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen (Benzinmotoren) eingesetzt wird, ist es daher bekannt, ein aus Kunststoff bestehendes Dichtelement vorzusehen, dass das Ventilgehäuse auf der dem Brennraum zugewandten Seite nahe dem Brennraum radial umgibt, sodass das Vordringen des Kondensats in Richtung zu der dem Brennraum abgewandten Seite des Kraftstoff! njektors zumindest erschwert ist. Das bekannte Dichtelement ist in einer radial umlaufenden Ringnut des Ventilgehäuses eingesetzt. Eine derartige Lösung ist bei der Übertragung auf eine

selbstzündende Brennkraftmaschine (Dieselmotor) nicht sinnvoll möglich, da durch die im Kraftstoffinjektor herrschenden höheren Drücke (im Vergleich zu den Drücken bei einem Injektor für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine) eine Schwächung des Ventilgehäuses durch die Ringnut erfolgt, die zu einer Funktionsbeeinträchtigung führen würde. Alternativ hierzu müsste das

Ventilgehäuse eine größere Wanddicke aufweisen, was in der Praxis aus verschiedensten Gründen weder erwünscht, noch möglich ist, da beispielsweise der Durchmesser der Aufnahmebohrung für den Kraftstoffinjektor im Bereich des Ventilgehäuses vorgegeben ist.

Aus der DE 101 25 943 A1 ist darüber hinaus ein Kraftstoffventil für

Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem der dem Brennraum zugewandte Ventilgehäuseabschnitt von einer Hülse umgeben ist. Die aus der genannten Schrift bekannte Hülse dient jedoch einzig und allein der Festigkeitssteigerung des Ventilgehäuses.

Offenbarung der Erfindung

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Common-Rail- Injektor zum Einsatz in selbstzündenden Brennkraftmaschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass unter Verwendung eines Dichtelements, wie dies bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen bekannt ist, ein konstruktiv zumindest im Wesentlichen unverändertes, d.h. konventionelles Ventilgehäuse verwendet werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Dichtelement mittels eines als separates Bauteil ausgebildeten Zusatzelements in axialer Richtung an dem ersten

Ventilgehäuseabschnitt (12) positioniert ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist es somit nicht erforderlich, das Ventilgehäuse mittels einer Ringnut o.ä. mit einer damit einhergehenden Schwächung des Ventilgehäuses bzw. einer vergrößerten Wanddicke zu versehen.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.

In konstruktiv bevorzugter, bei herstellungstechnisch besonders einfach realisierbarer Ausführung des Zusatzelements wird vorgeschlagen, dass das Zusatzelement in Form einer Hülse ausgebildet ist, die den ersten

Ventilgehäuseabschnitt radial, vorzugsweise mit geringem Spalt, umgibt. Eine derartige Ausbildung hat darüber hinaus den besonderen Vorteil, dass die Hülse in Art eines Schutzelements wirken kann bei der bei dem Vorhandensein von Kondensat zunächst die Hülse als Art„Opferelement" dient, bevor das

Kondensat das eigentliche Ventilgehäuse angreifen kann, falls es zu einem Versagen des Dichtelements kommen sollte.

Um die erwähnte Schutzfunktion der Hülse zu maximieren bzw. das

Ventilgehäuse möglichst auf seiner gesamten Länge vor dem Kondensat zu schützen, ist es darüber hinaus vorgesehen, dass die Hülse auf der dem

Brennraum zugewandten Seite in dem ersten Aufnahmebohrungsabschnitt nahezu bis an den Brennraum und auf der dem Brennraum abgewandten Seite bis an einen sich an den ersten Venilgehäuseabschnitt anschließenden, im Vergleich zum ersten Ventilgehäuseabschnitt einen größeren Durchmesser aufweisenden zweiten Ventilgehäuseabschnitt reicht.

Besonders bevorzugt bei letztgenannter Ausbildung ist es darüber hinaus, wenn die Hülse auf der dem Dichtelement abgewandten Seite einen flanschförmig umlaufenden Randbereich aufweist, auf den in der Einbauposition die Stirnseite des zweiten Ventilgehäuseabschnitts aufliegt, und wenn der Randbereich auf einer Stufe der Aufnahmeöffnung aufliegt, von dem der erste

Aufnahmebohrungsabschnitt ausgeht. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann gegebenenfalls auf die beim Stand der Technik üblicherweise verwendete Düsendichtscheibe verzichtet werden, und durch die Ausbildung des

flanschförmig umlaufenden Rands wird eine besonders sichere Anlage bzw. Auflage des Kraftstoff! njektors in der Aufnahmebohrung des Zylinderkopfs sowie die Möglichkeit einer besonders einfachen Montage sowie Demontage der Hülse in der Aufnahmeöffnung ermöglicht.

Für den Fall, dass die Hülse dem Kondensat ausgesetzt ist, ist es zweckmäßig, dass diese gegenüber dem Kondensat möglichst resistent ist, d.h. durch die Einwirkung des Kondensats mechanisch bzw. chemisch nicht beschädigt wird. Daher ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Hülse aus einem inerten Material, insbesondere rostfreiem Stahl oder Kunststoff besteht.

Um einerseits eine möglichst gute Dichtwirkung des Dichtelements zu erzielen, und andererseits eine Beschädigung des Dichtelements über die Lebensdauer des Kraftstoffinjektors zu vermeiden, obwohl das Dichtelement insbesondere auch relativ hohen Brennraumtemperaturen ausgesetzt ist, wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass das Dichtelement aus Kunststoff besteht, insbesondere basierend auf Viton, Silikon oder Teflon.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Dichtelement an der dem Brennraum zugewandten Stirnseite der Hülse angeordnet ist. Dadurch wird sichergestellt, dass das Dichtelement dasjenige Element ist, das beim Auftreten von Kondensat zuerst mit dem Kondensat in Wirkverbindung gelangt.

Die Verbindung zwischen dem Kunststoff des Dichtelements und der Hülse wird erfindungsgemäß bevorzugt dadurch hergestellt, dass der Kunststoff des Dichtelements durch Anspritzen an die Stirnseite der Hülse oder durch

Eintauchen der Hülse in den verflüssigten Kunststoff des Dichtelements mit der Hülse verbunden ist. Für die Wirkung des Dichtelements ist es erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, wenn das Dichtelement die Hülse radial zum ersten

Ventilgehäuseabschnitt hin abdichtet. Dadurch wird insbesondere sichergestellt, dass beim Auftreten von Kondensat das Kondensat nicht in Wirkverbindung mit dem Ventilgehäuseabschnitt gelangt, da durch das Dichtelement der Radialspalt zwischen dem Ventilgehäuse und der Aufnahmeöffnung der Hülse abgedichtet wird.

Darüber hinaus ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Dichtelement radial an dem ersten Aufnahmebohrungsabschnitt dichtend anliegt und dadurch den radialen Bereich zwischen der Hülse und dem ersten

Aufnahmebohrungsabschnitt abdichtet. Dadurch wird sichergestellt, dass auch kein Kondensat in den radial umlaufenden Spalt zwischen dem

Aufnahmebohrungsabschnitt und der Hülse gelangen kann, so dass die Hülse selbst auch vor der Einwirkung des Kondensats optimal geschützt ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.

Diese zeigt in:

Fig. 1 eine Darstellung eines unteren Teils eines erfindungsgemäßen

Kraftstoff! njektors, bei dem dieser in einem Zylinderkopf einer

Brennkraftmaschine angeordnet ist und

Fig. 2 eine zur Verwendung bei dem Kraftstoffinjektor gemäß Fig. 1

verwendete Hülse mit damit verbundenem Dichtelement, in

Seitenansicht.

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

In der Fig. 1 ist ausschnittsweise der obere Bereich einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit dessen Zylinderkopf 100 dargestellt. Der Zylinderkopf 100 begrenzt einen Brennraum 101 der Brennkraftmaschine, in dem ein Kolben 102 in üblicher weise auf- und abbeweglich in Richtung einer Längsachse 105 angeordnet ist.

Zur Aufnahme eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 10, der insbesondere als Common-Rail-Injektor ausgebildet ist, weist der Zylinderkopf 100 eine Aufnahmeöffnung 106 in Form einer Stufenbohrung auf. Die Aufnahmeöffnung

106 umfasst auf der dem Brennraum 101 zugewandten Seite einen ersten Aufnahmebohrungsabschnitt 107, an den sich auf der dem Brennraum 101 abgewandten Seite ein zweiter Aufnahmebohrungsabschnitt 108 anschließt. Die beiden Aufnahmebohrungsabschnitte 107, 108 sind über eine radial umlaufende Stufe 109 miteinander verbunden, wobei der erste Aufnahmebohrungsabschnitt

107 einen geringeren Durchmesser aufweist als der zweite

Aufnahmebohrungsabschnitt 108, und wobei die beiden

Aufnahmebohrungsabschnitte 107, 108 vorzugsweise jeweils zylindrisch ausgebildet sind.

Der in der Fig. 1 vereinfacht dargestellte Kraftstoff! njektor 10 umfasst ein aus Metall bestehendes Ventilgehäuse 11 mit zwei einstückig miteinander verbundenen Ventilgehäuseabschnitten 12, 13. Der erste Ventilgehäuseabschnitt 12 weist einen geringeren Durchmesser auf als der zweite

Ventilgehäuseabschnitt 13, wobei die beiden Ventilgehäuseabschnitte 12, 13 vorzugsweise zylindrisch ausgebildet sind. Der erste Ventilgehäuseabschnitt 12 ist im Wesentlichen innerhalb des ersten Aufnahmebohrungsabschnitts 107 angeordnet, und der zweite Ventilgehäuseabschnitt 13 innerhalb des zweiten Aufnahmebohrungsabschnitts 108. Der erste Ventilgehäuseabschnitt 12 geht auf der dem Brennraum 101 zugewandten Seite in einen kuppelartigen Endbereich 14 über, in dessen Wand wenigstens eine Düsenöffnung 15 ausgebildet ist, über die Kraftstoff in den Brennraum 101 der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Das Einspritzen des Kraftstoffes erfolgt in an sich bekannter und daher nicht näher erläuterter, weil nicht erfindungswesentlicher Art und Weise insbesondere durch eine im Kraftstoffinjektor 10 angeordnete Düsennadel, die durch einen Aktuator betätigbar ist.

Während der erste Ventilgehäuseabschnitt 12 innerhalb des ersten

Aufnahmebohrungsabschnitts 107 angeordnet ist, ragt der Endbereich 14 des Ventilgehäuses 1 1 in den Brennraum 101 hinein. Die Anordnung des Kraftstoff! njektors 10 zum Brennraum 101 bzw. zur Längsachse 105 ist dabei beispielhaft parallel zur Längsachse 105, sie kann jedoch auch schräg zur Längsachse 105 vorgesehen sein.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine herrscht innerhalb des Brennraums 101 eine relativ hohe Temperatur von beispielsweise einigen 100°C, die sich auf den Zylinderkopf 100 und auf den Kraftstoffinjektor 10 überträgt, wobei die

Temperatur in der Aufnahmeöffnung 106 von dem ersten

Aufnahmebohrungsabschnitt 107 in Richtung zum zweiten

Aufnahmebohrungsabschnitt 108 hin abnimmt. Um zu vermeiden, dass das Ventilgehäuse 1 1 im Bereich des ersten Ventilgehäuseabschnitts 12, insbesondere im Übergangsbereich zum zweiten Ventilgehäuseabschnitt 13, in dem relativ gesehen die niedrigsten Temperaturen herrschen, durch Korrosion über die Betriebsdauer des Kraftstoff! njektors 10 betrachtet beschädigt wird, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der erste Ventilgehäuseabschnitt 12 innerhalb des ersten Aufnahmebohrungsabschnitts 107 radial von einem Dichtelement 20 umgeben ist.

Wie insbesondere anhand der Fig.1 erkennbar ist, ragt das Dichtelement 20 in Bezug zur Längsachse 105 nahezu bis an das der unteren Stirnfläche 1 11 des Zylinderkopfs 100 zugewandte Ende des ersten Aufnahmebohrungsabschnitts 107 heran. Das Dichtelement 20 ragt jedoch keinesfalls in den Brennraum 101 hinein. Das vorzugsweise aus (hitzebeständigem) Kunststoff, vorzugsweise basierend auf Viton, Silikon oder Teflon bestehende Dichtelement 20 ist an einem Zusatzelement 21 angeordnet bzw. befestigt. Das Zusatzelement 21 ist in Form einer Hülse 22 ausgebildet und besteht aus einem inerten Material, insbesondere rostfreiem Stahl oder Kunststoff. Das Dichtelement 20 ist an der dem Brennraum 101 zugewandten Stirnseite 23 der Hülse 22 angeordnet bzw. befestigt. Die Befestigung des Dichtelements 20 erfolgt entweder dadurch, dass das Dichtelement 20 an die Stirnseite 23 des Zusatzelements 21 angespritzt wird, beispielsweise mittels von im unmittelbaren Bereich der Stirnseite 23 angeordneten Flächenelementen, oder dadurch dass das Zusatzelement 21 mit seiner Stirnseite 23 in das zunächst verflüssigte Material des Dichtelements 20 eingetaucht wird und nach dessen Erstarrung an der Stirnseite 23 anhaftet. Vorteilhafterweise ist es vorgesehen, dass das Dichtelement 20 sowohl an seinem Außenumfang 24, als auch an seinem Innenumfang 25 vorzugsweise ballig ausgebildet ist, derart, dass der Außenumfang 24 des Dichtelements 20 dichtend an dem ersten Aufnahmebohrungsabschnitt 107 anliegt, während der Innenumfang 25 des Dichtelements 20 sich in dichtendem Anlagekontakt mit dem ersten Ventilgehäuseabschnitt 12 befindet.

Das Zusatzelement 21 dient insbesondere der axialen Positionierung des Dichtelements 20 an der Außenseite des ersten Ventilgehäuseabschnitts 12. Hierzu weist das Zusatzelement 21 auf der dem Dichtelement 20

gegenüberliegenden Stirnseite einen flanschförmig umlaufenden Randbereich 26 auf, dessen Außendurchmesser derart bemessen ist, dass der Randbereich 26 axial auf der Stufe 109 der Aufnahmeöffnung 106 aufliegt und somit gleichzeitig eine Auflagefläche für den zweiten Ventilgehäuseabschnitt 13 des

Ventilgehäuses 11 bildet. Durch eine entsprechende Ausbildung des

Randbereichs 26 (Material, Form) kann gegebenenfalls auf eine beim Stand der Technik übliche Düsendichtscheibe verzichtet werden, wobei zum Ausbilden der Abdichtung des Brennraums 101 es in üblicher Art und Weise vorgesehen ist, dass der Kraftstoff! njektor 10 in axialer Richtung in Richtung zum Brennraum 101 hin kraftbeaufschlagt ist, beispielsweise mittels einer nicht dargestellten

Spannpratze oder ähnlichem.

Das Zusatzelement 21 bzw. die Hülse 22 umgibt den ersten

Ventilgehäusabschnitt 12 vorzugsweise unter Ausbildung lediglich eines geringen radialen Spalts 27. Dadurch ist sichergestellt, dass eine einfache Montage bzw.

Demontage des Kraftstoff! njektors 10 am bzw. vom Dichtelement 20 ermöglicht wird, da zwischen dem Dichtelement 20 und dem ersten Ventilgehäuseabschnitt 12 eine Gleitreibung ausgebildet ist, das Ventilgehäuse 11 selbst jedoch einfach in die Hülse 22 eingeführt bzw. aus dieser herausgezogen werden kann. Darüber hinaus ermöglicht der Randbereich 26 eine einfache Montage bzw. Demontage der Hülse 22.

Die Funktion des Dichtelements 20 besteht darin insbesondere zu vermeiden, dass Kondensat in den ringförmigen Spalt 27 zwischen der Hülse 22 und dem ersten Ventilgehäuseabschnitt 12 gelangen kann. Hierzu dient die

angesprochene Dichtwirkung des Dichtelements 20 zwischen seinem Innenumfang 25 zum ersten Ventilgehäuseabschnitt 12 hin. Darüber hinaus wird durch die dichte Anlage des Außenumfangs 24 des Dichtelements 20 an dem ersten Aufnahmebohrungsabschnitt 107 auch ein Vordringen von Kondensat in den ringförmigen Bereich 28 zwischen den ersten Aufnahmebohrungsabschnitt 107 und dem Außenumfang der Hülse 22 verhindert. Sollte dies trotzdem vorkommen, so wird durch die Materialwahl des Zusatzelements 21 sowie das Vorsehen des flanschförmig umlaufenden Randbereichs 26 ein Schutz des ersten Ventilgehäuseabschnitts 12 dadurch bewirkt, dass das Kondensat zunächst das Material des Zusatzelements 21 durchdringen muss, bevor es in Kontakt mit dem ersten Ventilgehäuseabschnitt 12 gelangt.

Der soweit beschriebene Kraftstoff! njektor 10 bzw. dessen Dichtelement 20 und das Zusatzelement 21 können in vielfältiger Art und Weise abgewandet bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es beispielsweise denkbar, die Hülse 22 mit Öffnungen oder ähnlichem

auszustatten, wenn auf die Schutzwirkung des Zusatzelements 21 mit Blick auf den ersten Ventilgehäuseabschnitt 12 verzichtet werden soll. In diesem Fall dient das Zusatzelement 21 lediglich als Positionierelement zum axialen Positionieren des Dichtelements 20 am ersten Ventilgehäuseabschnitt 12. Auch ist es denkbar, die Hülse 22 mittels einer Presspassung oder ähnlichem, z.B. mittels einer Klebeverbindung, mit dem ersten Ventilgehäuseabschnitt 12 zu verbinden. In diesem Fall kann beispielsweise auf den Randbereich 26 des Zusatzelements 21 verzichtet werden, wenn in üblicher Art und Weise eine Düsendichtscheibe verwendet wird. Zuletzt kann das Dichtelement 20 auch in Art zweier

Runddichtungen radial außen und innen an der Hülse 22 im Bereich der

Stirnseite 23 angeordnet sein.