DE10038300A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), das in eine Aufnahmebohrung (39) eines Zylinderkopfes (1b) einer Brennkraftmaschine einsetzbar ist, weist einen umfänglich um das Brennstoffeinspritzventil (1) in der Aufnahmebohrung (39) angeordneten Dichtring (1a) auf. Der Dichtring (1a) weist eine teilkugelförmige Kontaktfläche (40) zum Brennstoffeinspritzventil (1) hin auf, die an einer entsprechenden teilkugelförmigen Gegenfläche (40a) des Brennstoffeinspritzventils (1) anliegt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil mit Dichtring nach der Gattung des Anspruchs 1.

Aus der DE 197 35 665 A1 ist eine Brennstoffeinspritzanlage bekannt, die ein Ausgleichselement aufweist, das aus einem Stützkörper besteht, der eine kalottenförmige Stützfläche hat. Ein Brennstoffeinspritzventil stützt sich über dieses Ausgleichselement in einer Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes ab. In dem Ringspalt zwischen Aufnahmebohrung und Brennstoffeinspritzventil befindet sich ein Dichtring in einer Nut des Brennstoffeinspritzventils, der den Ringspalt gegenüber dem Brennraum abdichtet. Da das Brennstoffeinspritzventil auf der kugelförmig ausgeformten Kalottenfläche mit einer Stützfläche aufliegt, kann das Brennstoffeinspritzventil bis zu einer gewissen Winkelabweichung zur Achse der Aufnahmebohrung montiert werden und fest in die Aufnahmebohrung durch geeignete Mittel, beispielsweise eine Spannpratze gedrückt werden. Somit wird eine einfache Anpassung an die Brennstoffzuleitungen ermöglicht. Toleranzen bei der Fertigung und bei der Montage der Brennstoffeinspritzventile können somit ausgeglichen werden.

Nachteilig ist jedoch, daß diese bekannte Ausführungsform zwar einen größeren Toleranzwinkel ermöglicht, aber das Problem der Abdichtung des Ringspaltes zwischen Aufnahmebohrung und Brennstoffeinspritzventil noch verstärkt, da bei größerem Verkippwinkel die Abdichtung nur durch die Elastizität des Dichtrings erfolgt, indem dieser eine große Querschnittsfläche und Elastizität aufweist und noch bei in starkem Maße ungleichmäßiger Quetschung dichten muß.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß es eine sichere Abdichtung des Ringspalts zwischen Aufnahmebohrung und Brennstoff­ einspritzventil auch bei einem Verschwenken des Brennstoffeinspritzventils zur Achse der Aufnahmebohrung über einen relativ großen Winkelbereich ermöglicht. Außerdem ist die erfindungsgemäße Lösung, den Ringspalt abzudichten, einfach und kostengünstig zu fertigen.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils mit Dichtring möglich.

Insbesondere kann das Brennstoffeinspritzventil einen Ventilsitzträger bzw. Düsenkörper als Tiefziehteil aufweisen, dessen teilkugelförmige Fläche besonders kostengünstig, beispielsweise durch Rollieren, gefertigt werden kann.

Zeichnungen

Ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil und zur Veranschaulichung ein Detailausschnitt eines entsprechenden Brennstoffeinspritzventils gemäß dem Stand der Technik sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil mit einem Dichtring;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung entsprechend des Ausschnitts III in Fig. 1 in einer Ausführung eines Brennstoffeinspritzventils mit Dichtring nach dem Stand der Technik;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts III in Fig. 1; und

Fig. 4 in einer Darstellung entsprechend des Ausschnitts III in Fig. 1 eine weitere erfindungsgemäße Ausführung eines Brennstoffeinspritzventils mit einem Dichtring.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 mit einem Dichtring 1a ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in eine hier nicht näher dargestellte Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes 1b eingesetzt. Der Zylinderkopf 1b ist nur im Bereich des Dichtrings 1a als Schnittfläche eingezeichnet, da dieser für die Erfindung erhebliche Bereich in den folgenden Figuren näher beschrieben wird. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 geführt ist. Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen den Außenpol 9 einer Magnetspule 10, die als Aktor dient, abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch einen Spalt 26 voneinander getrennt und stützen sich auf einem Verbindungsbauteil 29 ab. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.

Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. An der anderen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, die durch eine Schweißnaht 22 mit dem Flansch 21 verbunden ist. Auf dem Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird. In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und am Ventilsitzkörper 5 verlaufen Brennstoffkanäle 30a bis 30c, die den Brennstoff, welcher über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert wird, zur Abspritzöffnung 7 leiten. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen einen nicht weiter dargestellten Brennstoffzulauf abgedichtet. Der eingezeichnete Winkel α verdeutlicht die gewünschte Verkippbarkeit des Brennstoffeinspritzventils 1, um eine Fertigungstoleranz bzw. Einbautoleranzen zwischen dem nicht dargestellten Brennstoffzulauf und der Aufnahmebohrung auszugleichen.

Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 am Ventilsitz 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung zwischen dem Innenpol 13 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche ab und der über die Brennstoffkanäle 30a bis 30c zur Abspritzöffnung 7 zugeführte Brennstoff wird abgespritzt.

Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Flansch 21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.

Fig. 2 zeigt zur Veranschaulichung ein lediglich im Bereich des Ausschnitts III der Fig. 1 von einem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil 1 abweichendes Brennstoff­ einspritzventil 31 gemäß dem Stand der Technik mit einem Dichtring 33 in einem Detail, das dem Ausschnitt III der Fig. 1 entspricht. Das Brennstoffeinspritzventil 31 weist eine hier im Querschnitt dargestellte umlaufende Nut 32 auf, in der ein Dichtring 33 liegt. Dieser Dichtring 33 dichtet den Ringspalt 34, der zwischen Brennstoffeinspritzventil 31 und einer Aufnahmebohrung 39 des Zylinderkopfes 1b liegt, gegenüber einem nicht dargestellten Brennraum ab. Eine umlaufende Erhebung 36 in der Nut 32 unterstützt die Dichtwirkung des im Querschnitt weitgehend rechteckförmigen Dichtrings 33.

Wenn nun das Brennstoffeinspritzventil 31 nicht genau fluchtend zur Aufnahmebohrung 39, sondern um Toleranzen auszugleichen leicht verkippt montiert wird, ist die Flächenpressung des Dichtrings 33 ungleichmäßig. Wird der Winkel zu groß, kann es zu Undichtigkeiten kommen.

Fig. 3 zeigt den Ausschnitt III der Fig. 1, die ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 1 darstellt. Einander entsprechende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist am äußeren Umfang seines Düsenkörpers 2 eine Nut 37 auf, in der der Dichtring 1a liegt. Dieser Dichtring 1a dichtet den Ringspalt 38, der zwischen Brennstoffeinspritzventil 1 und Aufnahmebohrung 39 des Zylinderkopfes 1b liegt, gegenüber einem nicht dargestellten Brennraum ab. Eine teilkugelförmige Kontaktfläche 40 des Dichtrings 1a, die im Schnitt konkav ist, wirkt mit einer entsprechenden teilkugelförmigen Gegenfläche 40a des Brennstoffeinspritzventils 1 zusammen.

Die teilkugelförmigen Flächen 40, 40a weisen beispielsweise einen solchen Radius r auf, daß der Mittelpunkt auf einer Mittelachse 41 des Brennstoffeinspritzventils 1 bzw. der Ventilnadel 3 liegt.

Wenn nun das Brennstoffeinspritzventil 1 nicht genau fluchtend zur Aufnahmebohrung 39, sondern um Toleranzen auszugleichen um einen Winkel α verkippt montiert wird, ist die Flächenpressung des Dichtrings 1a weiterhin gleichmäßig. An den teilkugelförmigen Flächen 40, 40a gleiten Brennstoffeinspritzventil 1 und Dichtring 1a in eine angepaßte Position, ohne daß es zu einer Verquetschung des Dichtrings 1a kommt, da der Drehmittelpunkt der teilkugelförmigen Flächen 40, 40a genau auf der Mittelachse 41 der Aufnahmebohrung 39 und somit im Drehpunkt einer Verkippung um den Winkel α liegt. Dies ist bis zu relativ großen Winkeln möglich. Vorzugsweise ist der Dichtring 1a aus Teflon hergestellt. Andererseits können für den Dichtring 1a auch andere bekannte Dichtungsmaterialien, wie Elastomerwerkstoffe, zum Einsatz kommen.

Die teilkugelförmige Gegenfläche 40a des Brennstoffeinspritzventils 1 kann besonders kostengünstig hergestellt werden, indem der Düsenkörper 2 bzw. ein Ventilsitzträger als Blechtiefziehteil vorgesehen wird, an dem die teilkugelförmige Gegenfläche 40a beispielsweise durch Rollieren ausgeformt wird.

Fig. 4 zeigt in einer vergrößerten Darstellung entsprechend des Ausschnitts III in Fig. 1 eine weitere erfindungsgemäße Ausführung eines Brennstoffeinspritzventils 1 mit einem Dichtring 1a, die in der Ausbildung des Dichtrings 1a abweicht. Daher sind auch hier einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist am äußeren Umfang seines Düsenkörpers 2 eine Nut 37 auf, in der der Dichtring 1a liegt. Dieser Dichtring 1a dichtet den Ringspalt 38, der zwischen Brennstoffeinspritzventil 1 und Aufnahmebohrung 39 des Zylinderkopfes 1b liegt, gegenüber einem nicht dargestellten Brennraum ab. Der Dichtring 1a weist in einer brennraumseitig in dem Ringspalt 38 zwischen Aufnahmebohrung 39 und Brennstoffeinspritzventil 1 liegenden Fläche eine umlaufende untere Nut 42 auf. In einer brennraumabgewand in dem Ringspalt 38 zwischen Aufnahmebohrung 39 und Brennstoffeinspritzventil 1 liegenden Fläche weist der Dichtring 1a eine umlaufende obere Nut 43 auf. Obere Nut 43 und untere Nut 42 sind in dem hier ausgeführten Beispiel über jeweils ca. ¹/₄ der Höhe des Dichtrings 1a ausgeführt. Eine teilkugelförmige Gegenfläche 40a des Brennstoffeinspritzventils 1 wirkt mit einer entsprechenden teilkugelförmige Kontaktfläche 40 des Dichtrings 1a, die im Schnitt konkav ist, zusammen. Der Radius r beider Flächen 40, 40a ist so gewählt, daß der Mittelpunkt auf einer Mittelachse 41 des Brennstoffeinspritzventils 1 bzw. der Ventilnadel 3 liegt.

Daher kann das Brennstoffeinspritzventil 1, um Toleranzen auszugleichen, um einen Winkel α verkippt montiert werden. Durch die untere Nut 42 wird der Flächendruck im unteren Abschnitt der teilkugelförmigen Kontaktfläche 40 und Gegenfläche 40a erhöht, wenn in die untere Nut 42 über den Ringspalt 38 der Brennraumdruck wirken kann. Dadurch erhöht sich die Dichtwirkung. Durch untere Nut 42 und obere Nut 43 wird auch die Gefahr einer Verformung des Dichtrings 1a bei der Verkippung um den Winkel α vermindert, da um eine ausreichende Dichtwirkung zu erzeugen, keine so hohe Vorspannung durch die elastische Verformung des Dichtrings 1a nötig ist und teilkugelförmige Kontaktfläche 40 und Gegenfläche 40a leichter aufeinander gleiten können. Dennoch können ausreichend hohe Flächendrücke erreicht werden, um ein Durchschlagen von Verbrennungsgasen zu verhindern.

Claims (9)

1. Brennstoffeinspritzventil (1), das in eine Aufnahmebohrung (39) eines Zylinderkopfes (1b) einer Brennkraftmaschine einsetzbar ist, mit einem umfänglich um das Brennstoffeinspritzventil (1) in der Aufnahmebohrung (39) angeordneten Dichtring (1a), dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (1a) eine teilkugelförmige Kontaktfläche (40) zum Brennstoffeinspritzventil (1) aufweist, die an einer entsprechenden teilkugelförmigen Gegenfläche (40a) des Brennstoffeinspritzventils (1) anliegt.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die teilkugelförmige Kontaktfläche (40) des Dichtrings (1a) im Querschnitt konkav ist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (1a) in einer brennraumseitig in einem Ringspalt (38) zwischen Aufnahmebohrung (39) und Brennstoff­ einspritzventil (1) liegenden Fläche eine umlaufende untere Nut (42) aufweist.

4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (1a) in einer brennraumabgewandt in einem Ringspalt (38) zwischen Aufnahmebohrung (39) und Brennstoffeinspritzventil (1) liegenden Fläche eine umlaufende obere Nut (43) aufweist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (r) der teilkugelförmigen Kontaktfläche (40) des Dichtrings (1a) und der teilkugelförmigen Gegenfläche (40a) des Brennstoffeinspritzventils (1) so bemessen ist, daß der Drehmittelpunkt dieser teilkugelförmigen Flächen (40, 40a) auf einer Mittelachse (41) des Brennstoffeinspritzventils (1) liegt.

6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (1a) in einer umfänglichen Nut (37) des Brennstoffeinspritzventils (1) angeordnet ist.

7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (37) zur Aufnahme des Dichtrings (1a) an einem Düsenkörper (2) bzw. Ventilsitzträger ausgeformt ist.

8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (2) bzw. Ventilsitzträger als Tiefziehteil ausgebildet ist, an dem die teilkugelförmige Gegenfläche (40a) des Brennstoffeinspritzventils (1) ausgeformt ist.

9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (1a) aus Teflon® besteht.