DE102011002996A1

DE102011002996A1 - Kraftstoffeinspritzventil mit verbessertem Hochdruckanschluss

Info

Publication number: DE102011002996A1
Application number: DE102011002996A
Authority: DE
Inventors: Guenter Wolff; Ralf Kromer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2012-07-26
Also published as: US20130333669A1; JP2014502697A; WO2012098087A1; CN103328809B; BR112013017608A2; EP2665920B1; CN103328809A; US10954906B2; JP5774127B2; EP2665920A1; BR112013017608B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, umfassend ein Rail (2) mit wenigstens einer Abströmöffnung (21), mindestens einen Injektor (3), welcher am Rail (2) angeordnet ist, ein am Injektor (3) angeordnetes Anschlussstück (4), und ein Flanschelement (5) zur Befestigung des Injektors (3) am Rail (2), wobei das Flanschelement (5) eine Zentralöffnung (50) aufweist, durch welche das Anschlussstück (4) hindurchgeführt ist, wobei zwischen dem Anschlussstück (4) und dem Rail (2) eine Metall-Metall-Abdichtung (9) vorgesehen ist, wobei das Anschlussstück (4) einstückig mit einer Hinterschneidung (42) gebildet ist, und wobei das Flanschelement (5) an der Hinterschneidung (42) des Anschlussstücks (4) angreift und das Anschlussstück (4) gegen das Rail (2) in abdichtender Weise drückt.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem verbesserten Hochdruckanschluss zwischen einem Injektor und einem Rail.
Kraftstoffeinspritzventile sind nach dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Bei Hochdruckeinspritzanlagen wird vermehrt zwischen einem Rail (Kraftstoffspeicher) und einem Injektor eine Metall-Metall-Verbindung anstatt einer O-Ring-Abdichtung verwendet, um eine HC-Emission zu reduzieren. Diese Metall-Metall-Verbindungen erfordern jedoch relativ hohe Kräfte, mit denen die Flächen aufeinandergedrückt werden müssen, um eine ausreichende Dichtheit sicherzustellen. Häufig wird die hierzu erforderliche Kraft auf die Metalldichtflächen mittels einer Überwurfmutter, welche durch Schrauben angezogen wird, aufgebracht. Bei der bekannten Lösung ist jedoch eine Vielzahl von einzelnen Bauteilen notwendig, wobei insbesondere mehrere Ringsegmente zur Kraftübertragung verwendet werden. Dies führt einerseits zu hohen Herstellkosten aufgrund der Vielzahl der Bauteile und andererseits zu einem erhöhten Montageaufwand. Er wäre daher wünschenswert, eine sichere und einfach montierbare Verbindung zwischen einem Injektor und einem Rail auch bei Hochdruckanwendungen zu haben.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine Metall-Metall-Abdichtung möglich ist, welche auch bei hohen Drücken in einem Rail keine Undichtigkeit zulässt. Ferner kann erfindungsgemäß auch ein gegebenenfalls zwischen dem Rail und einem Injektor vorhandener Winkelversatz durch ein erfindungsgemäßes Anschlussstück ausgeglichen werden. Erfindungsgemäß ist ferner ein Flanschelement vorgesehen, um den Injektor am Rail zu befestigen, wobei das Flanschelement an einer Hinterschneidung an dem einstückigen Anschlussstück angreift und das Anschlussstück gegen das Rail drückt, um eine sichere Metall-Metall-Abdichtung zu ermöglichen. Dabei kann erfindungsgemäß die Teileanzahl reduziert werden und ferner eine Montage einfacher gestaltet werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Die Metall-Metall-Abdichtung ist vorzugsweise eine metallische Kugel-Konus-Abdichtung, wobei vorzugsweise der Kugelbereich am Anschlussstück und der Konus am Rail vorgesehen ist.
Weiter bevorzugt ist das Flanschelement zweiteilig mit einem ersten und einem zweiten Teil ausgebildet. Hierdurch kann eine besonders einfache Montage des Flanschbereichs am Anschlussstück ermöglicht werden.
Besonders bevorzugt ist dabei der erste Teil des Flanschelements gleich wie der zweite Teil des Flanschelements aufgebaut. Hierdurch ergibt sich eine besonders kostengünstige Herstellbarkeit. Ferner wird auch eine Verwechslungsgefahr der Teile bei der Montage ausgeschlossen.
Vorzugsweise ist das zweiteilige Flanschelement an einer Zentralöffnung, durch welche das Anschlussstück geführt ist, geteilt. Hierdurch wird eine seitliche Montage des Flanschelements am Anschlussstück ermöglicht.
Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Flanschelement einstückig ausgebildet. Hierdurch kann eine Montagefreundlichkeit des Flanschelements noch weiter gesteigert werden.
Besonders bevorzugt umfasst das einstückige Flanschelement eine Montageöffnung, welche über einen durchgehenden Verbindungsschlitz mit der Zentralöffnung verbunden ist. Hierdurch wird es möglich, dass das Anschlussstück durch die Montageöffnung des Flanschelements zumindest teilweise hindurchgeführt wird und dann über den durchgehenden Verbindungsschlitz in der Zentralöffnung angeordnet ist. Dies kann beispielsweise durch ein Kippen des Flanschelements erfolgen. Besonders bevorzugt ist dabei die Montageöffnung in einem Winkel von ca. 45° zur Zentralöffnung angeordnet.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Flanschelement einstückig ausgebildet und zwischen dem Flanschelement und dem Anschlussstück ist eine bajonettverschlussartige Verbindung vorgesehen. Hierdurch kann eine einfache Montage, beispielsweise durch Einführen und anschließendes Drehen des Flanschelements, erfolgen.
Besonders bevorzugt weist die Hinterschneidung am Anschlussstück eine Teilkugelflächenform auf und am Flanschelement sind ein oder mehrere Teilkugelflächenbereiche mit gleichem oder sehr ähnlichem Radius wie dem Radius an der Hinterschneidung gebildet. Hierdurch kann auf besonders einfache Weise ein sehr guter Winkelausgleich zwischen Rail und Injektor ermöglicht werden.
Weiter bevorzugt ist am Flanschelement eine Fase an einer Zentralöffnung des Flanschelements vorgesehen, welche zum Anschlussstück gerichtet ist. Hierdurch wird eine Kontaktfläche zwischen Flanschelement und Anschlussstück vergrößert.
Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise bei Hochdruck-Einspritzsystemen verwendet.
Zeichnung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Schnittansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Flanschelements von 1 im zusammengebauten Zustand,
3 eine schematische, perspektivische Ansicht der Einzelteile des Flanschelements,
4 eine schematische, perspektivische Ansicht des Anschlussstücks zwischen Rail und Injektor,
5 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Flanschelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
6 eine schematische, perspektivische Ansicht des Flanschelements von 5 aus einer anderen Perspektive,
7 eine schematische, perspektivische Ansicht des Flanschelements von 5 im montierten Zustand,
8 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Flanschelement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
9 eine schematische Schnittansicht des Flanschelements von 8,
10 eine schematische, perspektivische Ansicht des Montagevorgangs des Flanschelements von 8, und
11 eine schematische, perspektivische Ansicht des montierten Flanschelements von 10.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 ein Rail 2 mit einer zentralen Speicherbohrung 20, an welcher eine Vielzahl von Abströmöffnungen 21 abgehen, wobei in 1 zur Übersichtlichkeit nur eine Abströmöffnung 21 zum Injektor dargestellt ist. Ferner umfasst die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 einen Injektor 3, an welchem ein Anschlussstück 4 mit einer zentralen Durchgangsbohrung 40 angeordnet ist. Das Anschlussstück 4 stellt eine Verbindung zwischen dem Rail und dem Injektor 3 bereit. Das Anschlussstück 4 weist eine Kugelfläche 41 an dem zum Rail 2 gerichteten Ende sowie eine Hinterschneidung 42 auf. Am Rail 2 ist eine konische Fläche 22 an der Abströmöffnung 21 ausgebildet.
Ferner umfasst die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 ein Flanschelement 5, welches im Detail in den 2 und 3 gezeigt ist. Das Flanschelement 5 ist zweiteilig ausgebildet und umfasst ein erstes Flanschteil 57 und ein zweites Flanschteil 58. Die beiden Flanschteile 57, 58 sind dabei gleich ausgebildet und wenden gegeneinander geschoben, um dann das Flanschelement 5 zu bilden. Am Flanschelement 5 ist eine erste Befestigungsöffnung 51 und eine zweite Befestigungsöffnung 52 vorgesehen, welche jeweils durch Teilöffnungen im ersten und zweiten Flanschteil 57, 58 gebildet sind. Wie insbesondere in 3 gezeigt, ist am ersten Flanschteil 57 eine erste Teilöffnung 53 ohne Gewinde und eine zweite Teilöffnung 54 mit Gewinde vorgesehen. In gleicher Weise ist das zweite Flanschteil 57 mit einer ersten Teilöffnung 55 ohne Gewinde und einer zweiten Teilöffnung 56 mit Gewinde vorgesehen. Im zusammengebauten Zustand des Flanschelements ist somit jeweils ein Teilbereich der Befestigungsöffnungen 51, 52 mit einem Gewinde versehen.
Wie aus 1 ersichtlich ist, werden zur Montage des Flanschelements 5 noch schematisch angedeutete Befestigungselemente 6, 7 in Form von Schrauben verwendet, welche durch im Rail 2 vorgesehene Durchgangsbohrungen 23, 24 hindurchgesteckt werden und in das Flanschelement 5 eingeschraubt werden. Dadurch ergibt sich eine axiale Vorspannkraft auf das Anschlussstück 4. Hierdurch wird die Kugelfläche 41 gegen die Konusfläche 42 gedrückt, wodurch eine Metall-Metall-Abdichtung 9 zwischen dem Rail 2 und dem Anschlussstück 4 hergestellt wird. Die notwendige Anpresskraft wird dabei über die Befestigungselemente 6, 7, das Flanschelement 5 und die Hinterschneidung 42 am Anschlussstück 4 aufgebracht.
Somit kann durch ein zweiteiliges Flanschelement 5 eine sichere Metall-Metall-Abdichtung 9 zwischen Rail 2 und Injektor 3 ermöglicht werden. Durch die zweiteilige Ausgestaltung des Flanschelements 5 kann das Flanschelement 5 einfach von der Seite unterhalb der Hinterschneidung 42 am Anschlussstück 4 angebracht werden, so dass das Anschlussstück 4 durch die Zentralöffnung 50 im Flanschelement 5 verläuft. Durch Einschrauben der beiden Befestigungselemente 6, 7 wird dann das Flanschelement 5 in Richtung zum Rail 2 angezogen und übt somit die für die Abdichtung notwendige Vorspannkraft auf das Anschlussstück 4 aus.
Somit kann erfindungsgemäß der Injektor einschließlich einer finalen Umspritzung mit einem Stecker (nicht gezeigt) fertiggestellt werden, und erst bei der Endmontage wird das zweiteilige Flanschelement 5 am Injektor, genauer am Anschlussstück 4, welches fest am Injektor 3 befestigt ist, zusammengefügt. Neben der Teilereduktion kann das Flanschelement 5 dabei auch sehr einfach und schnell angebracht werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass eine Beschädigungsgefahr der Kugelfläche 41 und der Konusfläche 42 durch die Montage unterhalb der Hinterschneidung 42 deutlich reduziert wird. Dies ist ein bedeutender Vorteil im Vergleich mit dem Stand der Technik, da die Montage seitlich erfolgen kann, und schon kleinste Beschädigungen an der Kugeloberfläche oder an der Konusfläche zu Undichtigkeiten aufgrund der extrem hohen Drücke von über 20 MPa führen können.
Es sei angemerkt, dass an der zum Rail 2 gerichteten Seite der Zentralöffnung 50 auch eine nicht gezeigte Fase für eine größere Auflagefläche zwischen Anschlussstück 4 und Flanschelement 5 vorgesehen sein kann.
In den 5 bis 7 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen, wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel das Flanschelement 5 einstückig gebildet. Ferner weist das Flanschelement 5 des zweiten Ausführungsbeispiels neben der Zentralöffnung 50 eine Montageöffnung 60 auf, die ebenfalls als durchgehende Öffnung durch das Flanschelement 5 gebildet ist. Die Montageöffnung 60 ist über einen Verbindungsschlitz 61, der ebenfalls durchgehend ausgebildet ist, mit der Zentralöffnung 50 verbunden. Eine Achse der Montageöffnung 60 ist dabei in einem Winkel von ca. 45° zur Achse der Zentralöffnung 50 angeordnet. Hierdurch ist es möglich, dass das Flanschelement 5 in einem ersten Schritt über die Montageöffnung 60 über das vom Injektor 3 vorstehende Anschlussstück 4 geschoben wird, wie dies in den 5 und 6 dargestellt ist. Dabei weist das Anschlussstück 4 einen relativ langen Halsabschnitt 43 auf. Aus den in den 5 und 6 gezeigten Positionen wird das Flanschelement 5 dann in Richtung des Pfeils A um ca. 45° geschwenkt, so dass das Anschlussstück 4 dann in der Zentralöffnung 5 angeordnet ist, wie in 7 gezeigt. Anschließend wird zur Montage des Injektors 3 am Rail 2, wie im ersten Ausführungsbeispiel, das Flanschelement 5 über die erste und zweite Befestigungsöffnung 51, 52 mit nicht gezeigten Befestigungselementen am Rail 3 fixiert, wobei eine relativ breite, konische Fase 62 gegen eine ebenfalls konisch gebildete Hinterschneidung 42 drückt und somit die Kugelfläche 41 wieder gegen die nicht gezeigte Konusfläche 22 des Rails 2 drückt. In 7 ist mit dem Bezugszeichen 8 noch ein Stecker bezeichnet.
Es sei angemerkt, dass ein Zurückkippen des Flanschelements 5 oder ein unerwünschtes Verdrehen des Flanschelements 5 beispielsweise durch einen Kunststoffclip verhindert werden kann.
Somit weist das zweite Ausführungsbeispiel ein einstückiges Flanschelement 5 mit einer Zentralöffnung 50 und einer separaten Montageöffnung 60 auf, welche im Winkel zur Zentralöffnung 50 angeordnet ist. Durch einen einfachen Verschwenkvorgang kann dabei das Flanschelement 5 in die Montageposition zur Montage an das Rail 2 gebracht werden.
In den 8 bis 11 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben, wobei wiederum gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind. Im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel ist bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung des dritten Ausführungsbeispiels eine bajonettverschlussartige Verbindung 70 zwischen dem Anschlussstück 4 und dem Flanschelement 5 vorgesehen. Hierzu ist am Anschlussstück 4 ein Bajonettelement 71 mit einer ersten abgeflachten Seite 72 und einer zweiten abgeflachten Seite 73 vorgesehen. Am Bajonettelement 71 ist ferner auch die Hinterschneidung 42 vorgesehen, welche im dritten Ausführungsbeispiel eine Kugelflächenform hat. Wie insbesondere aus 8 ersichtlich ist, ist die Zentralöffnung 50 des Flanschelements 5 mit einer dem Bajonettelement 71 entsprechenden Kontur gebildet, so dass das Bajonettelement 71 nur in einer ausgerichteten Richtung in die Zentralöffnung 50 eingeführt werden kann. 8 zeigt dabei den Einführvorgang von unten und 10 zeigt den Einführvorgang von oben, wobei in 10 das Anschlussstück 4 schon fast durch das Flanschelement 5 hindurchgeführt wurde. Wenn in der in den 9 und 11 gezeigten Position das Flanschelement 5 gegenüber dem Anschlussstück 4 gedreht werden kann, wird das Flanschelement 5 um 90° gedreht, so dass die Hinterschneidung 42 mit einer ersten und einer zweiten Auflagefläche 74, 75 in Kontakt gebracht wird. Dann können, wie in den vorigen Ausführungsbeispielen, zwei Befestigungselemente 6, 7 in die Befestigungsöffnungen 51, 52, welche beide mit einem Gewinde ausgestattet sind, eingeschraubt werden, so dass das Flanschelement 5 gegen die Hinterschneidung 42 gedrückt wird und dadurch das Anschlussstück 4 gegen eine nicht dargestellte Konusfläche am Rail gedrückt wird. Hierdurch kann ebenfalls wieder eine sichere Metall-Metall-Verbindung realisiert werden.
Somit zeigen die drei beschriebenen Ausführungsbeispiele eine sehr kostengünstige und sichere Verbindung zwischen einem Rail 2 und einem Injektor 3. Das Flanschelement 5 kann dabei wie im ersten Ausführungsbeispiel zweiteilig oder wie im zweiten und dritten Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet sein. Insbesondere kann dabei die Teileanzahl zur Montage des Injektors 3 am Rail 2 signifikant reduziert werden.

Claims

Kraftstoffeinspritzvorrichtung, umfassend – ein Rail (2) mit wenigstens einer Abströmöffnung (21), – mindestens einen Injektor (3), welcher am Rail (2) angeordnet ist, – ein am Injektor (3) angeordnetes Anschlussstück (4), und – ein Flanschelement (5) zur Befestigung des Injektors (3) am Rail (2), – wobei das Flanschelement (5) eine Zentralöffnung (50) aufweist, durch welche das Anschlussstück (4) hindurchgeführt ist, – wobei zwischen dem Anschlussstück (4) und dem Rail (2) eine Metall-Metall-Abdichtung (9) vorgesehen ist, – wobei das Anschlussstück (4) einstückig mit einer Hinterschneidung (42) gebildet ist, und – wobei das Flanschelement (5) an der Hinterschneidung (42) des Anschlussstücks (4) angreift und das Anschlussstück (4) gegen das Rail (2) in abdichtender Weise drückt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall-Metall-Abdichtung (9) zwischen dem Anschlussstück (4) und dem Rail (2) durch eine Kugel-Konus-Geometrie realisiert ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Anschlussstück (4) eine Kugelfläche (41) und am Rail (2) eine Konusfläche (22) gebildet ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschelement (5) zweiteilig ist und ein erstes Flanschteil (57) und ein zweites Flanschteil (58) aufweist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Flanschteil (57) gleich wie das zweite Flanschteil (58) aufgebaut ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweiteilige Flanschelement (5) an der Zentralöffnung (50) geteilt ist, um eine seitliche Montage am Anschlussstück (4) zu ermöglichen.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschelement (5) einstückig ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschelement (5) eine Montageöffnung (60) aufweist, welche über einen durchgehenden Verbindungsschlitz (61) mit der Zentralöffnung (50) verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageöffnung (60) in einem Winkel von ca. 45° zur Zentralöffnung (50) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine bajonettverschlussartige Verbindung (70) zwischen dem Flanschelement (5) und dem Anschlussstück (4).
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Anschlussstück (4) ein Bajonettelement (70) mit einer ersten und einer zweiten abgeflachten Seite (72, 73) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass am Flanschelement (5) eine erste und eine zweite Auflagefläche (74, 75) für die Hinterschneidung (42) des Anschlussstücks (4) gebildet ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Fase (62) am Flanschelement (5).