Kraftstoffinjektor

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des

Anspruchs 1.

Ein Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 10 2012 205 699 A1 der Anmelderin bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor zeichnet sich dadurch aus, dass auf dem Außenumfang seines dem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandten Ventilgehäuseabschnitts eine aus Metall bestehende (Opfer-) Schutzhülse angeordnet ist. Hintergrund hierfür ist, dass beim Betrieb der Brennkraftmaschine im Brennraum die höchste Temperatur herrscht, 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 in relativ großem Abstand zum Brennraum kann es, unter anderem begünstigt durch schwefelhaltigen Kraftstoff, zur

Kondensatbildung am Ventilgehäuse mit der Gefahr der Korrosion kommen. Da das Ventilgehäuse im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine üblicherweise über eine Düsendichtscheibe nach außen hin abgedichtet ist, betrifft dies vor allem den Bereich axial knapp unterhalb der Düsendichtscheibe im Bereich eines ersten Aufnahmebohrungsabschnitts des Zylinderkopfs, da dort, relativ gesehen, die geringsten Temperaturen herrschen. Durch die in der genannten Anmeldung beschriebene (Opfer-) Schutzhülse kann das Ventilgehäuse an seinem

Außenumfang vor dem Zutritt des Kondensats bzw. vor Korrosion geschützt werden.

Die Verbindung zwischen der (Opfer-) Schutzhülse und dem Kraftstoffinjektor wird bei dem bekannten Kraftstoff! njektor insbesondere durch Aufschrumpfen der (Opfer-) Schutzhülse auf den Außenumfang des Ventilgehäuses erzielt.

Nachteilig dabei ist, dass am Übergangsbereich zwischen der (Opfer-)

Schutzhülse und dem Ventilgehäuse auf der dem Brennraum zugewandten Seite der (Opfer-) Schutzhülse trotz des Aufschrumpfens der Schutzhülse ein Zutritt von Kondensat nicht zuverlässig verhindert werden kann. Dadurch ist es denkbar, dass Kondensat in den radialen Zwischenraum zwischen dem

Ventilgehäuse und der (Opfer-) Schutzhülse eindringt und dadurch zur Korrosion an dem Ventilgehäuse auf der dem Brennraum zugewandten Seite des

Kraftstoff! njektors führt.

Weiterhin ist es aus der DE 10 2012 219 654 A1 der Anmelderin bekannt, mittels eines Abdichtelements, das aus wärmebeständigem Kunststoff oder ähnlichem besteht, den Zutritt von Kondensat in der Aufnahmebohrung des Zylinderkopfs in Richtung der dem Brennraum abgewandten Seite zu verhindern. Das

Abdichtelement ist dabei beispielsweise an einem Zusatzelement in Form einer Hülse befestigt bzw. angeordnet, um das Abdichtelement an der richtigen axialen Position auf dem Ventilgehäuse positionieren zu können. Als kritisch bei diesem Kraftstoffinjektor wird angesehen, dass die Montage des Kraftstoff! njektors in der Aufnahmebohrung durch den erforderlichen Anlagekontakt zwischen dem Außenumfang des Abdichtelements und der Aufnahmebohrung problematisch ist, da eine Beschädigung des Abdichtelements sicher vermieden werden muss. Darüber hinaus ist die Fertigung eines derartigen Abdichtelements mit zusätzlicher Hülse sowie deren Montage im Vergleich zu der eingangs erwähnten Schutzhülse aus Kupfer relativ aufwändig bzw. teuer.

Offenbarung der Erfindung

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoff! njektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass bei relativ einfachem Aufbau des Schutzelements und fertigungstechnisch einfacher Montage des Schutzelements sowohl auf dem Kraftstoffinjektor als auch auf der dem Brennraum zugewandten Seite des Schutzelements eine optimierte Abdichtwirkung erzielt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den (radialen) Bereich zwischen der Schutzhülse und dem ersten Ventilgehäuseabschnitt des Ventilgehäuses gezielt abzudichten. Unter einer Abdichtung im Sinne der Erfindung wird dabei eine Abdichtung verstanden, die bei unterschiedlichsten Betriebsbedingungen bzw. Temperaturen und Drücken im Brennraum einen Zutritt von Kondensat in den radialen Zwischenraum zwischen der Schutzhülse und dem Ventilgehäuse auf der dem Brennraum zugewandten Seite des Kraftstoff! njektors zuverlässig verhindert.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Zur Erzielung der gewünschten erfindungsgemäßen Abdichtung zwischen dem Schutzelement bzw. der Schutzhülse und dem Ventilgehäuseabschnitt ist es in einer ersten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass an dem

Übergangsbereich zwischen der Schutzhülse und dem ersten

Ventilgehäuseabschnitt eine stoffschlüssige Verbindung in Form einer

Lötverbindung ausgebildet ist. Eine derartige Lötverbindung hat, eine hinreichend hohe Temperaturbeständigkeit des Lotes vorausgesetzt, insbesondere den Vorteil, dass während der Ausbildung der Abdichtung die betroffenen Bauteile relativ gering thermisch belastet werden. Insbesondere findet auch keine unerwünschte Materialveränderung (z.B. Verhärtung, Versprödung oder ähnliches) an dem Ventilgehäuse oder der Schutzhülse durch das Ausbilden einer derartigen stoffschlüssigen Verbindung statt.

Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass an dem Übergangsbereich zwischen der Schutzhülse und dem ersten Ventilgehäuseabschnitt eine stoffschlüssige Verbindung in Form einer Schweißverbindung, insbesondere einer Laserschweißnaht ausgebildet ist. Eine derartige Ausbildung hat insbesondere den Vorteil, dass keine Zusatzstoffe wie bei der Ausbildung einer Lötverbindung verwendet werden müssen. Darüber hinaus ist die mechanische Festigkeit zwischen der Schutzhülse und dem Ventilgehäuse bei der Ausbildung einer Schweißnaht verbessert. Beiden stoffschlüssigen Verbindungen ist gemeinsam, dass die

Fertigungstoleranzen zwischen dem Schutzelement bzw. der Schutzhülse und dem Ventilgehäuseabschnitt so ausgebildet sein können, dass beispielsweise ein relativ einfaches Aufschrumpfen der Schutzhülse auf den Ventilgehäuseabschnitt ermöglicht wird. Dadurch sind beim axialen Fügen der Schutzhülse auf den Ventilgehäuseabschnitt nur relativ geringe Axialkräfte erforderlich. Die axiale Fixierung bzw. Befestigung der Schutzhülse an dem Ventilgehäuse kann dann beispielsweise über die angesprochene Lötverbindung bzw. die Schweißnaht erfolgen. Eine derartige Ausführungsform ermöglicht es im Extremfall sogar, auf ein Aufpressen der Schutzhülse auf dem Ventilgehäuseabschnitt verzichten zu können.

Nichtsdestotrotz sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Verbindung zwischen der Schutzhülse und dem Ventilgehäuse vor, dass die Schutzhülse auf dem ersten Ventilgehäuseabschnitt des Ventilgehäuses aufgepresst ist.

Um die insbesondere beim Aufpressen bzw. Fügen der Schutzhülse auf dem Ventilgehäuseabschnitt zu übertragenden Kräfte gut in die Schutzhülse einleiten zu können, ist es vorgesehen, dass die Schutzhülse auf der dem Brennraum abgewandten Seite einen radial umlaufenden Flansch aufweist. Der Flansch kann somit als Werkzeugangriffsfläche zum Übertragen der axialen Fügekraft verwendet werden. Weiterhin ermöglicht es der Flansch, auf eine separate Dichtscheibe wie beim eingangs erwähnten Stand der Technik verzichten zu können. Die Abdichtung des montierten Kraftstoffinjektors zum Brennraum hin wird in diesem Fall von dem Flansch der Schutzhülse übernommen.

Eine besonders einfache Montage des Kraftstoffinjektors in der

Aufnahmebohrung des Zylinderkopfs lässt sich erzielen, wenn das

Schutzelement einen derartigen Durchmesser bzw. eine derartige Form aufweist, das zwischen dem Schutzelement und dem ersten Aufnahmebohrungsabschnitt in dem Zylinderkopf ein radialer Spalt ausgebildet wird.

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

Kraftstoffinjektors, bei der dieser in einem Zylinderkopf einer

Brennkraftmaschine angeordnet ist,

Fig. 2 ein bei dem Kraftstoffinjektor gemäß Fig. 1 verwendetes Schutzelement in einer Einzeldarstellung in Seitenansicht und

Fig. 3 der Kraftstoffinjektor gemäß Fig. 1 , bei dem zwischen dem

Ventilgehäuse und einem Schutzelement eine Schweißverbindung ausgebildet ist, 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 Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf 100 dargestellt. Der Zylinderkopf 100 begrenzt einen

Brennraum 101 der Brennkraftmaschine, in dem in Richtung einer Längsachse

105 ein Kolben 102 in üblicher weise auf- und abbeweglich angeordnet ist.

Zur Aufnahme eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 10, insbesondere eines Common-Rail-Injektors, 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 stark vereinfacht dargestellte Kraftstoffinjektor 10 umfasst ein aus Metall bestehendes Ventilgehäuse 1 1 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 zumindest näherungsweise 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 im Durchmesser kuppelartigen Endbereich 14 über, in dessen Wand wenigstens eine Düsenöffnung 15 ausgebildet ist, über den Kraftstoff in den Brennraum 101 der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Das Einspritzen des Kraftstoffs erfolgt in an sich bekannter und daher nicht näher erläuterter, weil auch nicht erfindungswesentlicher Art und Weise insbesondere durch eine im Kraftstoff! njektor 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

Kraftstoffinjektors 10 zum Brennraum 101 bzw. zur Längsachse 105 ist dabei beispielhaft parallel zur Längsachse 105. Um eine dichte Montage des Kraftstoffinjektors 10 in der Aufnahmeöffnung 106 des Zylinderkopfs 100 zu ermöglichen, ist der Kraftstoff! njektor 10 unter

Zwischenlage eines Flansches 25 eines Schutzelements 20 in der

Aufnahmeöffnung 106 angeordnet. Hierzu liegt der Flansch 25 mit einer

(unteren) Stirnfläche an der Stufe 109 auf. Die andere (obere) Stirnfläche des Flansches 25 ist in Anlagekontakt mit einer ihr zugewandten Stirnfläche des

Kraftstoffinjektors 10 angeordnet. Zur Abdichtung ist es in üblicher Art und Weise vorgesehen, dass der Kraftstoffinjektor 10 in axialer Richtung in Richtung zum Brennraum 101 hin kraftbeaufschlagt ist, beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Spannpratze oder ähnlichem. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine herrscht innerhalb des Brennraums 101 eine relativ hohe Temperatur von beispielsweise einigen Hundert Grad Celsius, die sich auf den Zylinderkopf 100 und auf den Kraftstoffinjektor 10 überträgt, wobei die Temperatur im Bereich der Aufnahmeöffnung 106 in Richtung zum zweiten Aufnahmebohrungsabschnitt 108 infolge der Kühlung des Zylinderkopfs

100 hin abnimmt. Um zu vermeiden, dass das Ventilgehäuse 1 1 im Bereich des ersten Ventilgehäuseabschnitts 12 auf der dem Brennraum 101 abgewandten Seite, in dem relativ gesehen die niedrigsten Temperaturen herrschen, durch Korrosion über die Betriebsdauer des Kraftstoff! njektors 10 betrachtet beschädigt wird, ist es vorgesehen, dass der erste Ventilgehäuseabschnitt 12 radial von dem

Schutzelement 20 umgeben ist. Das Schutzelement 20 ist als separates Bauteil in Form einer Schutzhülse 21 ausgebildet.

Die Schutzhülse 21 ist beispielhaft mit konstanter Wanddicke zylindrisch ausgebildet und durch eine entsprechende Maßtolerierung auf dem

Außendurchmesser bzw. den Außenumfang des ersten Ventilgehäuseabschnitts 12 aufgepresst. Ferner ist zwischen dem Außenumfang des Schutzelements 20 bzw. der Schutzhülse 21 und der Wand des ersten Aufnahmebohrungsabschnitts 107 noch ein Radialspalt 1 10 ausgebildet, derart, dass kein Anlagekontakt des Kraftstoffinjektors 10 an dem Aufnahmebohrungsabschnitt 107 stattfindet.

Das Schutzelement 20 bzw. die Schutzhülse 21 besteht aus einem gegenüber dem Material des Ventilgehäuses 1 1 bzw. des ersten Ventilgehäuseabschnitts 12 edlerem Material. Unter einem edleren Material bzw. Werkstoff wird ein Material verstanden, dass weniger zur Korrosion neigt als das (metallische) Material des

Ventilgehäuses 1 1. Vorzugsweise besteht das Schutzelement 20 bzw. die Schutzhülse 21 aus einem Metall wie Kupfer. Die Wahl des geeigneten Materials für das Schutzelement 20 hängt insbesondere, aber nicht einschränkend, sowohl von der Wanddicke des Schutzelements 20, als auch von den herrschenden Brennraumtemperaturen sowie dem Material des Ventilgehäuses 1 1 ab, und wird derart gewählt, dass über die geplante Betriebsdauer des Kraftstoffinjektors 10 die am Schutzelement 20 stattfindende Korrosion möglichst bis zum Ende der Betriebsdauer des Kraftstoffinjektors 10 noch nicht bis zum Ventilgehäuse 1 1 bzw. zum ersten Ventilgehäuseabschnitt 12 fortgeschritten ist. Anhand der Fig. 1 ist erkennbar, dass die dem Brennraum 101 zugewandte (untere) Stirnfläche 22 des Schutzelements 20 bzw. der Schutzhülse 21 axial oberhalb der unteren Stirnfläche 1 1 1 des Zylinderkopfs 100 im Bereich der Aufnahmeöffnung 106 endet. Wesentlich ist, dass die untere Stirnfläche 22 maximal mit der unteren Stirnfläche 1 1 1 des Zylinderkopfs 10 bündig abschließt, d.h., dass das Schutzelement 20 bzw. die Schutzhülse 21 keinesfalls in den Brennraum 101 hineinragt.

Wie insbesondere anhand der Fig. 1 erkennbar ist, ist der radiale

Übergangsbereich zwischen der Schutzhülse 21 und dem ersten

Ventilgehäuseabschnitt 12 abgedichtet ausgebildet. Hierzu ist es bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass der stirnseitige Übergangsbereich zum Ventilgehäuseabschnitt 12 mit einer stoffschlüssigen Verbindung 30 zum Beispiel in Form einer Lötverbindung 31 versehen ist.

Insbesondere füllt das Lot der Lötverbindung 31 ggf. zwischen dem

Außenumfang des Ventilgehäuseabschnitts 12 und dem Innendurchmesser der Schutzhülse 21 vorhandene Radialspalte auf der dem Brennraum 101 zugewandten Seite aus. Bei dem in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist hingegen zwischen der Schutzhülse 21 und dem Ventilgehäuseabschnitt 12 die stoffschlüssige Verbindung 30 in Form einer Schweißverbindung 32 ausgebildet. Die

Schweißverbindung 32 umfasst eine an der Außenseite der Schutzhülse 21 radial umlaufende Schweißnaht 33, insbesondere in Form einer

Laserschweißnaht. Die Schweißnaht 33 schmilzt das Material der Schutzhülse

21 sowie des Ventilgehäuseabschnitts 12 in deren Übergangsbereich auf und sorgt für die benötigte Abdichtung. Die axiale Lage der Schweißnaht 33 ist möglichst nahe der (unteren) Stirnfläche 22 der Schutzhülse 21.

Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.