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1. (WO2019025059) BRENNSTOFFEINSPRITZVENTIL
Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

Beschreibung

Titel

Brennstoffeinspritzventil

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

In der Figur 1 ist beispielhaft eine aus dem Stand der Technik bekannte

Brennstoffeinspritzvorrichtung gezeigt, deren Zulaufstutzen mittels eines bekannten Dichtrings aus Elastomer gegen die Aufnahmetasse einer Brennstoffverteilerleitung abgedichtet ist. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung eignet sich besonders für den Einsatz in Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Derartige Brennstoffeinspritzventile sind zahlreich bekannt, beispielhaft sei die DE 103 59 299 AI genannt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden

Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Zulaufstutzen des

Brennstoffeinspritzventils durch Verpressen einer am Zulaufstutzen angeordneten Radialstützscheibe in der Aufnahmeöffnung eines Anschlussstutzens einer

Brennstoffverteilerleitung verliersicher vormontierbar ist.

Um die Brennstoffeinspritzventile in die Aufnahmebohrungen des Zylinderkopfes einbauen zu können, müssen diese üblicherweise dem Motoren- bzw.

Fahrzeughersteller zur Montage zugeliefert werden. In vorteilhafter Weise erfolgt diese Zulieferung in Form einer kompakten Baueinheit, der sogenannten Fuel Charge Assembly, bestehend aus der Brennstoffverteilerleitung und den bereits in den Aufnahmeöffnungen vormontierten Brennstoffeinspritzventilen. Dabei ist nun in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass die Brennstoffeinspritzventile nach der Vormontage an der Brennstoffverteilerleitung, in der sich das Brennstoffeinspritzventil noch nicht in der finalen Endposition befindet, verliersicher an dieser bis zum Verbau am Zylinderkopf verbleiben.

Besonders vorteilhaft ist es, dass die Radialstützscheibe neben der Funktion der Verliersicherung im vormontierten Zustand auch dafür sorgt, dass durch das radiale Abstützen ein nachteiliges Kippen bzw. ein Pendeln des Brennstoffeinspritzventils beim gesamten Transport der Fuel Charge Assembly bis zur Endmontage

wirkungsvoll verhindert ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte

Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen

Brennstoffeinspritzventils möglich.

In vorteilhafter Weise ist die Radialstützscheibe an einem Endkragen des

Zulaufstutzens in Strömungsrichtung gesehen noch vor dem auf dem Zulaufstutzen montierten Dichtring angeordnet. So ist die Radialstützscheibe am Zulaufstutzen des Brennstoffeinspritzventils sehr einfach und kostengünstig anbringbar. Durch mehrere an der Radialstützscheibe über den Umfang verteilte, radial von einem

Grundkörperring nach innen stehende Nasen, die den Endkragen über- bzw.

untergreifen, ist ein Verrutschen der Radialstützscheibe am Zulaufstutzen des

Brennstoffeinspritzventils in axialer Richtung ausgeschlossen. Solange das

Brennstoffeinspritzventil noch nicht in der Aufnahmeöffnung des Anschlussstutzens montiert ist, kann die Radialstützscheibe in Umfangsrichtung auf dem Endkragen des Zulaufstutzens noch verdreht werden.

Besonders vorteilhaft ist es, dass die Radialstützscheibe an ihrem äußeren Umfang alternierend radial weiter nach außen stehende Pressbereiche und radial

zu rückversetzte Bereiche aufweist, wobei nur die Pressbereiche aufgrund ihres größeren Außendurchmessers als dem Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung die Pressung mit dem Anschlussstutzen eingehen.

Die Radialstützscheibe weist in idealer Weise einen über die gesamte Bauteilhöhe in axialer Richtung verlaufenden Schlitz auf, durch den es möglich ist, die

Radialstützscheibe besonders einfach am Brennstoffeinspritzventil durch seine Nachgiebigkeit zu montieren und Toleranzen auszugleichen.

Die Radialstützscheibe ist als dünne kompakte Scheibe ausgeführt, die aus einem Kunststoff, wie PEEK, PPS, POM, oder aus einem Metall, wie Aluminium, besteht.

Insbesondere eignen sich die erfindungsgemäßen Radialstützscheiben zur

Verliersicherung von Brennstoffeinspritzventilen mit Zulaufstutzen, die einen konisch verlaufenden Abschnitt aufweisen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine teilweise dargestellte Brennstoffeinspritzvorrichtung in einer

bekannten Ausführung,

Figur 2 eine erste hydraulische Schnittstelle im Bereich einer Aufnahmeöffnung der Brennstoffverteilerleitung,

Figur 3 eine zweite hydraulische Schnittstelle im Bereich einer

Aufnahmeöffnung der Brennstoffverteilerleitung,

Figur 4 eine schematische Kraftaufteilung der Radialkraft an der konisch

verlaufenden Wandung des Zulaufstutzens gemäß Figur 3, Figur 5 eine hydraulische Schnittstelle im Bereich einer Aufnahmeöffnung der

Brennstoffverteilerleitung mit einer erfindungsgemäßen

Radialstützscheibe,

Figur 6 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch die Radialstützscheibe

entlang der Linie Vl-Vl in Figur 5,

. zi -

Figur 7 eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Radialstützscheibe in einer Perspektivansicht und

Figur 8 eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Radialstützscheibe in einer Perspektivansicht.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Zum Verständnis der Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur 1 eine bekannte Ausführungsform einer Brennstoffeinspritzvorrichtung näher beschrieben. In der Figur 1 ist als ein Ausführungsbeispiel ein Ventil in der Form eines Einspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten

Brennkraftmaschinen in einer Seitenansicht dargestellt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist Teil der Brennstoffeinspritzvorrichtung. Mit einem stromabwärtigen Ende ist das Brennstoffeinspritzventil 1, das in Form eines direkt einspritzenden Einspritzventils zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum 25 der

Brennkraftmaschine ausgeführt ist, in eine Aufnahmebohrung 20 eines

Zylinderkopfes 9 eingebaut. Ein Dichtring 2, insbesondere aus Teflon ®, sorgt für eine optimale Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils 1 gegenüber der Wandung der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9.

Zwischen einem Absatz 21 eines Ventilgehäuses 22 (nicht gezeigt) oder einer unteren Stirnseite 21 eines Abstützelements 19 (Figur 1) und einer z.B. rechtwinklig zur Längserstreckung der Aufnahmebohrung 20 verlaufenden Schulter 23 der Aufnahmebohrung 20 ist ein Zwischenelement 24 eingelegt, das z.B. als Dämpfungsoder Entkopplungselement dient. Mit Hilfe eines solchen Zwischenelements 24 werden auch Fertigungs- und Montagetoleranzen ausgeglichen und eine

querkraftfreie Lagerung auch bei leichter Schiefstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 sichergestellt.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist an seinem zulaufseitigen Ende 3 eine

Steckverbindung zu einer Brennstoffverteilerleitung (Fuel Rail) 4 auf, die durch einen Dichtring 5 zwischen einem Anschlussstutzen (Railtasse) 6 der

Brennstoffverteilerleitung 4, der im Schnitt dargestellt ist, und einem Zulaufstutzen 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 abgedichtet ist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in eine Aufnahmeöffnung 12 des Anschlussstutzens 6 der Brennstoffverteilerleitung 4 eingeschoben. Der Anschlussstutzen 6 geht dabei z.B. einteilig aus der eigentlichen Brennstoffverteilerleitung 4 hervor und besitzt stromaufwärts der Aufnahmeöffnung 12 eine durchmesserkleinere Strömungsöffnung 15, über die die Anströmung des Brennstoffeinspritzventils 1 erfolgt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 verfügt über einen elektrischen Anschlussstecker 8 für die elektrische Kontaktierung zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1.

Der elektrische Anschlussstecker 8 ist über entsprechende elektrische Verbindungen mit einem nicht gezeigten Aktuator verbunden, durch dessen Erregung eine

Hubbewegung einer Ventilnadel erzielbar ist, wodurch eine Betätigung eines

Ventilschließkörpers, der zusammen mit einer Ventilsitzfläche einen Dichtsitz bildet, ermöglicht ist. Diese letztgenannten Bauteile sind nicht explizit dargestellt und können jegliche hinlänglich bekannte Bauformen aufweisen. Der Aktuator kann beispielsweise elektromagnetisch, piezoelektrisch oder magnetostriktiv betrieben werden.

Um das Brennstoffeinspritzventil 1 und die Brennstoffverteilerleitung 4 weitgehend radialkraftfrei voneinander zu beabstanden und das Brennstoffeinspritzventil 1 sicher in der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 niederzuhalten, ist ein Niederhalter 10 zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und dem Anschlussstutzen 6

vorgesehen. Der Niederhalter 10 ist als bügeiförmiges Bauteil ausgeführt, z.B. als Stanz-Biege-Teil. Der Niederhalter 10 weist ein teilringförmiges Grundelement 11 auf, von dem aus abgebogen ein Niederhaltebügel 13 verläuft, der an einer stromabwärtigen Endfläche 14 des Anschlussstutzens 6 an der

Brennstoffverteilerleitung 4 im eingebauten Zustand anliegt.

Um die Brennstoffeinspritzventile 1 in die Aufnahmebohrungen 20 des Zylinderkopfes 9 einbauen zu können, müssen diese üblicherweise dem Motoren- bzw.

Fahrzeughersteller zur Montage zugeliefert werden. In vorteilhafter Weise erfolgt diese Zulieferung in Form einer kompakten Baueinheit, der sogenannten Fuel Charge Assembly, bestehend aus der Brennstoffverteilerleitung 4 und den bereits in

den Aufnahmeöffnungen 12 vormontierten Brennstoffeinspritzventilen 1. Dabei muss gewährleistet sein, dass die Brennstoffeinspritzventile 1 nach der Vormontage an der Brennstoffverteilerleitung 4 verliersicher an dieser bis zum Verbau am Zylinderkopf 9 verbleiben. Im vormontierten Zustand, in dem die Fuel Charge Assembly dem

Kunden in die Motorenmontage geliefert wird, befindet sich das

Brennstoffeinspritzventil 1 noch nicht in der finalen Position der Aufnahmeöffnung 12, sondern ragt aufgrund des noch nicht gespannten Niederhalters 10 weiter als in der endmontierten Position aus der Aufnahmeöffnung 12 heraus.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, im gesamten Verlauf von der Vormontage bis zur Endmontage sicherzustellen, dass die Brennstoffeinspritzventile 1 sicher und zuverlässig in den Aufnahmeöffnungen 12 der Brennstoffverteilerleitung 4 verbleiben. Durch Vibrationen bzw. Beschleunigungen und Krafteinwirkungen während des Transports und beim Handling der Fuel Charge Assembly in der Vormontage und in der Endmontage beim Fahrzeughersteller bestehen verschiedene Gefahrenquellen für ein ungewolltes Herausfallen der Brennstoffeinspritzventile 1 aus den

Aufnahmeöffnungen 12 der Brennstoffverteilerleitung 4, das erfindungsgemäß vollständig ausgeschlossen wird.

In den Figuren 2 und 3 sind hydraulische Schnittstellen im Bereich der

Aufnahmeöffnungen 12 der Brennstoffverteilerleitung 4 dargestellt, wobei der in der Figur 2 gezeigte Aufbau dem der Figur 1 gleicht. Bei dieser Ausführung ist der Zulaufstutzen 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 zylindrisch ausgestaltet. Der

Dichtring 5 ist zwischen der Innenwand der Aufnahmeöffnung 12 und dem

Zulaufstutzen 7 verspannt. Zudem ist ein Stützring 25 unterhalb des Dichtrings 5 vorgesehen, der sich z.B. an einer Schulter 26 des Zulaufstutzens 7 abstützt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 wird dabei über den Stützring 25 radial abgestützt. Ein Verrutschen des Dichtrings 5 ist auf diese Weise ausgeschlossen. Insofern wird auch die Pressung des Dichtrings 5 nicht beeinflusst.

Im Gegensatz zur Ausgestaltung der hydraulische Schnittstelle im Bereich der Aufnahmeöffnung 12 der Brennstoffverteilerleitung 4 der Figur 2 ist bei dem in der Figur 3 dargestellten Zulaufstutzen 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 ein konisch verlaufender Abschnitt vorgesehen, der vom Stützring 25 mit einer ebenfalls konisch verlaufenden Innenöffnung und teilweise vom Dichtring 5 umgeben ist. Aufgrund einer Kraftaufteilung der Radialkraft an der konisch verlaufenden Wandung des Zulaufstutzens 7 u.a. auch in eine axiale Kraftkomponente (siehe schematische Darstellung in Figur 4), besteht die Gefahr eines einseitigen Verrutschens des Dichtrings 5 nach oben vom konischen Abschnitt weg, wenn die Axialkraft des Stützrings 25 größer als die Verschiebekraft des Dichtrings 5 ist. Dieses Verrutschen könnte mit einer Reduzierung der Pressung des Dichtrings 5 einhergehen. Bei Vibrationen oder dem Pendeln des Brennstoffeinspritzventils 1 während des

Transports kann dies abwechselnd auf verschiedenen Seiten über den Umfang der Innenwand der Aufnahmeöffnung 12 geschehen, so dass ein Risiko des Lockerns des Brennstoffeinspritzventils 1 in der Aufnahmeöffnung 12 besteht.

In der Figur 5 ist eine teilweise dargestellte Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem ersten erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil 1 gezeigt. Bei dieser Ausführung des Brennstoffeinspritzventils 1 weist dieses zur Verliersicherung an seinem zulaufseitigen Ende 3 im Bereich eines Endkragens 29 eine erfindungsgemäße Radialstützscheibe 30 auf. Die Radialstützscheibe 30 ist dabei als dünne, aber kompakte Scheibe ausgeführt, die aus einem Kunststoff (z.B. PEEK, PPS, POM) oder aus einem Metall (z.B. Aluminium) bestehen kann. Die Radialstützscheibe 30 wird z.B. über einen Hilfsdorn axial von oben auf das Brennstoffeinspritzventil 1 montiert. Alternativ kann die Radialstützscheibe 30 mittels eines Spreizgreifers oder eines ähnlichen Werkzeugs montiert werden. Insofern ist die Radialstützscheibe 30 in Strömungsrichtung gesehen noch vor dem Dichtring 5 angeordnet.

Figur 6 stellt eine vereinfachte Schnittdarstellung durch die Radialstützscheibe 30 entlang der Linie Vl-Vl in Figur 5 dar. Mit dieser Darstellung soll vor allen Dingen verdeutlicht werden, dass die Radialstützscheibe 30 an ihrem äußeren Umfang alternierend radial weiter nach außen stehende Pressbereiche 31 und radial zurückversetzte Bereiche 32 aufweist.

Eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Radialstützscheibe 30 ist in einer Perspektivansicht in Figur 7 dargestellt. Die Radialstützscheibe 30 weist eine ebene Ober- und Unterseite auf. Die Geometrie der Radialstützscheibe 30 zeichnet sich dadurch aus, dass über den Umfang verteilt mehrere radial von einem

Grundkörperring nach innen stehende Nasen 33, 34 ausgeformt sind. Dabei sind mehrere Nasen 33 von der Oberseite der Radialstützscheibe 30 ausgehend ausgebildet, während von der Unterseite der Radialstützscheibe 30 ausgehend weitere radial nach innen stehende Nasen 34 vorgesehen sind. Wie in Figur 7 gezeigt, können die Nasen 33 und 34 über den Umfang gesehen zueinander versetzt ausgebildet sein. Die Nasen 33, 34 besitzen innere Begrenzungsflächen, die entweder senkrecht, also achsparallel, oder schräg verlaufen oder idealerweise, wie aus Figur 7 hervorgeht, aus einer senkrechten Begrenzungsfläche heraus eine Anschrägung aufweisen. Die Nasen 33, 34 sorgen dafür, dass durch den gebildeten Hinterschnitt an der bestehenden Geometrie des Endkragens 29 des Zulaufstutzens 7 die Radialstützscheibe 30 am Zulaufstutzen 7 sicher und zuverlässig verbleibt. Die Nasen 33 an der Oberseite müssen die entsprechenden Montagekräfte aufnehmen können. Darüber hinaus müssen die Nasen 33 an der Oberseite im Betrieb und bei Erstbefüllung des Systems auch hydraulische Kräfte aufnehmen können. Die Nasen

34 an der Unterseite müssen die entsprechenden Demontagekräfte (nach Alterung über die Gebrauchsdauer im jeweiligen Brennstoff) aufnehmen können.

In der in Figur 7 gezeigten Ausführung ist die Radialstützscheibe 30 mit einem Schlitz

35 versehen, der in einem ersten axialen Teilabschnitt senkrecht verläuft und in einem zweiten axialen Teilabschnitt schräg geneigt. Diese Ausgestaltungsvariante ist besonders vorteilhaft, da die Radialstützscheiben 30 als Schüttgut gehandhabt werden können, ohne dass sie sich gegenseitig verhaken. Der Schlitz 35 kann aber auch durchgängig schräg geneigt verlaufen. Auf den Schlitz 35 könnte auch ganz verzichtet werden, wenn das Material der Radialstützscheibe 30 ausreichend elastisch ist. In der Regel wird ein Schlitz 35 in der Radialstützscheibe 30 aus

Montagegründen erforderlich sein. Die Montierbarkeit der Radialstützscheibe 30 am Endkragen 29 des Zulaufstutzens 7 ist durch den Schlitz 35 deutlich vereinfacht, da das Material der Radialstützscheibe 30 gegenüber einer ungeschlitzten Variante deutlich geringeren Dehnungsbelastungen ausgesetzt ist.

Die Radialstützscheibe 30 besitzt in ihren radial am weitesten nach außen stehenden Pressbereichen 31 einen größeren Außendurchmesser auf als den

Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung 12 der Brennstoffverteilerleitung 4. Insofern wird bei der Vormontage des Brennstoffeinspritzventils 1 in der Aufnahmeöffnung 12 die Radialstützscheibe 30 unter Pressung eingefügt, wobei durch den Schlitz 35 die Montage erleichtert und ein Toleranzausgleich ermöglicht ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen die Pressbereiche 31 nur über einen Teil der

Bauteilhöhe, hier nur über die untere Hälfte der Bauteilhöhe. Die radial

zurückversetzten Bereiche 32 bilden Durchflusstaschen, die verhindern sollen, dass die Radialstützscheibe 30 bei der Erstbefüllung mit Brennstoff vom Endkragen 29 des Zulaufstutzens 7 heruntergebogen wird und auf den Dichtring 5 drückt.

Eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Radialstützscheibe 30 ist in einer Perspektivansicht in Figur 8 dargestellt. Diese Radialstützscheibe 30 unterscheidet sich von der Radialstützscheibe 30 gemäß Figur 7 dadurch, dass ein senkrecht verlaufender Schlitz 35 vorgesehen ist, dass sich die Pressbereiche 31 über die gesamte Bauteilhöhe erstrecken und der Schlitz 35 außermittig in einem der drei radial zurückversetzten Bereiche 32 angeordnet ist.

Die an den Radialstützscheiben 30 der Figuren 7 und 8 gezeigten geometrischen Einzelmerkmale sind auch jederzeit miteinander kombinierbar.