DE10038300A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents
BrennstoffeinspritzventilInfo
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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
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.
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.
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.
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.
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