Brennstoffinjektor

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffinjektor, wie er zur dosierten Abgabe eines gasförmigen oder flüssigen Brennstoffs verwendet wird, beispielsweise zur Abgabe eines Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine.

Stand der Technik

Brennstoffinjektoren zur dosierten Abgabe von gasförmigem oder flüssigem Brennstoff mit einem beweglichen Ventilelement, das insbesondere die Form einer Ventilnadel aufweisen kann, sind beispielsweise aus der DE 10 2015 226 491 Al bekannt. Das Ventilelement beziehungsweise die Ventilnadel weist dabei einen Ventilteller auf, mit dem das Ventilelement mit einem Ventilsitz zum Öffnen und Schließen eines Strömungsquerschnitts zusammenwirkt. Dabei wird das Ventilelement mithilfe eines Elektromagneten gegen die Kraft einer Schließfeder bewegt. Da Brennstoffe, insbesondere gasförmige Brennstoffe, nur geringe oder keine Schmiereigenschaften haben, werden die Führungen des Ventilelement innerhalb des Brennstoffinjektors mit einem separaten Schmiermittel versorgt.

Dazu wird ein Ausgleichsraum um das Ventilelement durch einen Wellbalg abgetrennt, um einerseits die Beweglichkeit des Ventilelements zu erhalten und andererseits eine Abdichtung gegenüber dem Brennstoff im Brennstoffinjektor sicherzustellen. Der Wellbalg wird an seinen Enden direkt mit dem Ventilelement oder mit Anschlussteilen durch eine Schweißnaht verbunden, um eine mediendichte Verbindung zu erhalten, die eine Vermischung von Schmiermittel und Brennstoff dauerhalft verhindert.

Bei der Bewegung des Ventilelements ändert sich das Volumen des vom Wellbalg begrenzten Ausgleichsraums. Um dies auszugleichen, ist der Ausgleichsraum über Ausnehmungen oder Bohrungen mit einem ebenfalls von einem Well- balg begrenzten Ausgleichsraums verbunden, der sein Volumen bei der Bewegung des Ventilelements entsprechend verringert, so dass das Gesamtvolumen aus Ausgleichsraum und Ausgleichsraum gleichbleibt. Der Wellbalg des Ausgleichsraums ist an seinen Enden mit Anschlussteilen verbunden, die in entsprechende Aufnahmegewinde im Gehäuse des Brennstoff Injektors eingeschraubt sind. Da ein Wellbalg keine oder nur geringe Torsionskräfte übertragen kann, müssen die Anschlussteile zuerst eingeschraubt und anschließend die Schweißverbindung zum Wellbalg hergestellt werden. Dies ist technisch aufwendig und muss bereits bei der Konstruktion des Brennstoff Injektors berücksichtigt werden.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Brennstoffinjektor zur dosierten Abgabe eines gasförmigen oder flüssigen Brennstoffs weist den Vorteil auf, dass eine einfache und kostengünstige Montage des Wellbalgs möglich ist. Dazu weist der Brenn Stoff Injektor ein Gehäuse auf, in dem ein mit Schmiermittel befüllbarer Ausgleichsraum ausgebildet, der durch einen schlauchförmigen Wellbalg begrenzt ist. Der Wellbalg ist mit einem Ende mit einem ersten Anschlussteil und mit dem anderen Ende mit einem zweiten Anschlussteil fluiddicht verbunden, wobei als Fluid im Kontext dieser Patentanmeldung sowohl ein Gas als auch eine Flüssigkeit verstanden wird. Am ersten Anschlussteil ist ein Gewinde und eine vom Inneren des Wellbalgs zugängliche Schraubfläche ausgebildet. Durch einen Kraft- oder Formschluss mit einem Werkzeug oder mit einem anderen Bauteil des Brenn Stoff Injektors kann über die Schraubfläche eine Torsionskraft auf das erste Anschlussteil ausgeübt werden, um dieses in ein Befestigungsgewinde einzuschrauben.

Zur Anordnung des Wellbalgs innerhalb des Gehäuses wird dieser über eine erste Schweißverbindung mit einem ersten Anschlussteil verbunden, und Wellbalg und Anschlussteil werden anschließend in das Gehäuse eingebracht. Die Befestigung im Gehäuse erfolgt dadurch, dass eine Schraubkraft vom Inneren des Wellbalgs aus auf das erste Anschlussteil ausgeübt wird und das erste Anschlussteil in das Befestigungsgewinde im Gehäuse eingeschraubt wird. Dadurch muss keine Schraubkraft über den Wellbalg ausgeübt werden, was die Montage des Wellbalgs innerhalb des Gehäuses erleichtert. In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schraubfläche im ersten Anschlussteil als ein Innenmehrkant ausgebildet, insbesondere ein Innensechskant. Durch eine Öffnung im zweiten Anschlussteil kann ein Werkzeug mit einem Au- ßenmehrkant in das Innere des Wellbalgs eingeführt werden, wobei das Werkzeug in Formschluss mit dem Innenmehrkant gebracht wird. So kann eine Schraubkraft auf das erste Anschlussteil ausgeübt werden, ohne den Wellbalg mechanisch zu belasten. Die Öffnung im zweiten Anschlussteil kann anschließend durch ein Verschlusselement fluiddicht verschlossen werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist am ersten Anschlussteil eine Schraubfläche in Form eines Außenmehrkants und am zweiten Anschlussteil ein Innenmehrkant ausgebildet, so dass das zweite Anschlussteil in formschlüssigen Eingriff mit dem Außenmehrkant des ersten Anschlussteils gebracht werden kann. Das zweite Anschlussteil kann unter Kompression des Wellbalgs in Richtung des ersten Anschlussteils gedrückt werden, bis der Außenmehrkant am ersten Anschlussteil vom Innenmehrkant des zweiten Anschlussteils in Formschluss gebracht wird. Anschließend kann das zweite Anschlussteil gedreht werden, das wegen des Formschlusses auch das erste Anschlussteil mitbewegt, ohne dass es zu einer mechanischen Belastung des Wellbalgs durch die Torsion kommt. Ist das erste Anschlussteil im Befestigungsgewinde festgeschraubt, so kann das zweite Anschlussteil wieder zurückgezogen und der Außenmehrkant und der Innenmehrkant wieder voneinander getrennt werden, bis der Ausgleichsraum seine ursprüngliche Form aufweist. Dazu ist kein zusätzliches Werkzeug notwendig.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Reibfläche als senkrecht zur Achse des Gewindes am ersten Anschlussteil ausgebildete erste Reibfläche ausgebildet. Am zweiten Anschlussteil ist entsprechend eine parallel zur ersten Reibfläche ausgerichtete zweite Reibfläche vorhanden, die unter Kompression des Wellbalgs in Anlage an die erste Reibfläche gebracht werden kann zur Übertragung der Schraubkraft. Ähnlich wie bei der Ausgestaltung eines Außen- und Innen- mehrkants am ersten beziehungsweise zweiten Anschlussteil kann durch die beiden Reibflächen eine Torsionskraft übertragen werden, ohne dass es zu einer mechanischen Belastung des Wellbalgs kommt. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind an der Außenseite des zweiten Anschlussteils Schlüsselflächen zur Ausübung einer Schraubkraft ausgebildet. Insbesondere, wenn das zweite Anschlussteil mit dem ersten Anschlussteil über einen Kraft- oder Formschluss verbunden ist, kann über diese Schlüsselflächen die notwendige Kraft auf das erste Anschlussteil ausgeübt werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist am ersten Anschlussteil einer Dichtfläche ausgebildet, die beim Einschrauben des ersten Anschlussteils in das Befestigungsgewinde an einem Dichtsitz zur Anlage kommt. Dadurch wird eine fluiddichte Verbindung zwischen dem ersten Anschlussteil und dem Gehäuse erreicht und der Ausgleichsraum abgedichtet.

Zeichnung

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Brennstoffinjektors schematisch dargestellt, wobei nur der wesentliche Bereich des Brennstoffinjektors dargestellt ist. Es zeigt

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen bekannten Brennstoffinjektor im Bereich eines Wellbalgs,

Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wellbalgs mit seinen Anschlussteilen und

Figur 2a ein dazu passendes Schraubwerkzeug,

Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel ebenso wie Figur 4 in der gleichen Darstellung wie Figur 2.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist ein Ausschnitt eines bekannten Brennstoffinjektors zur dosierten Abgabe eines gasförmigen oder flüssigen Brennstoffs im Längsschnitt dargestellt. Der Brennstoffinjektor weist ein Gehäuse 1 auf, in dem ein Ausgleichsraum 3 ausgebildet, der mit einem Schmiermittel befüllbar ist und durch einen Wellbalg 5 begrenzt wird. Zwischen dem Wellbalg 5 und der Wand des Gehäuses 1 verbleibt ein Ringraum 4, der beispielsweise mit Umgebungsluft gefüllt sein kann. Der Wellbalg 5 ist mit einem ersten Anschlussteil 7 über eine erste Schweißver- bindung 9 fluiddicht verbunden. Das erste Anschlussteil 7 weist ein an der Außenseite ausgebildetes Gewinde 12 auf, das sind ein Befestigungsgewinde 13 an der Innenseite des Gehäuses 1 eingeschraubt ist. Dabei ist am ersten Anschlussteil 7 eine Dichtfläche 25 in Form einer Ringfläche ausgebildet, die mit einem Dichtsitz 26 zu einer fluiddichten Verbindung zusammenwirkt. Axial beab- standet zum ersten Anschlussteil 7 ist im Gehäuse 1 ein zweites Anschlussteil 8 vorhanden, mit dem der Wellbalg 5 mit seinem dem ersten Anschlussteil 7 gegenüberliegenden Ende mittels einer zweiten Schweißverbindung 10 fluiddicht verbunden ist. Damit wird der Ausgleichsraum 3 durch den Wellbalg 5 und das zweite Anschlussteil 8 begrenzt. Im ersten Anschlussteil 7 ist eine Ventilationsbohrung 11 ausgebildet, über die der Ausgleichsraum 3 mit weiteren, mit Schmiermittel befüllten Bereichen des Brennstoffinjektors verbunden ist. Dies kann beispielsweise ein weiterer, mit Schmiermittel gefüllter Wellbalg sein, in dem ein Ventilelement beweglich angeordnet ist.

Um das erste Anschlussteil 7 in das Befestigungsgewinde 13 einzuschrauben, muss eine Torsionskraft auf das erste Anschlussteil 7 ausgeübt werden. Dazu zeigt die Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in der gleichen Darstellung wie Figur 1, wobei der Übersichtlichkeit halber hier das Gehäuse 1 weggelassen wurde. Die Ventilationsbohrung 11 im ersten Anschlussteil 7 ist hier als Schraubfläche 15 in Form eines Innenmehrkants 17 ausgebildet, beispielsweise als Innensechskant. Die so gebildete Schraubfläche 15 ist vom Inneren des Wellbalgs 5 aus zugänglich. Über eine Öffnung 14 im zweiten Anschlussteil 8 kann ein Werkzeug 18 eingeführt werden, das sind Figur 2a schematisch dargestellt ist. Das Werkzeug 18 weist an seinem Ende einen Außenmehrkant 19 auf, der in Eingriff mit dem Innenmehrkant 17 gebracht werden kann, um das erste Anschlussteil 7 in das Befestigungsgewinde 13 einzuschrauben, ohne dass eine Torsionskraft auf den Wellbalg 5 ausgeübt wird. Das zweite Anschlussteil 8 dreht sich dabei wegen der Verbindung mit dem ersten Anschlussteil 7 über den Wellbalg 5 mit. Es ist auch möglich, die Öffnung 14 ebenfalls mit einem Innenmehrkant auszubilden, so dass das Werkzeug 18 mit einem entsprechend längeren Außenmehrkant 19 gleichzeitig in Eingriff mit beiden Anschlussteilen 7, 8 gebracht werden kann. Nachdem das erste Anschlussteil 7 in das Befestigungsgewinde 13 eingeschraubt ist, wird das Werkzeug 18 wieder entfernt. Die Öffnung 14 kann anschließend durch ein Verschlusselement 23 verschlossen werden, das hier in Form einer Verschlussschraube mit einem Außengewinde ausgebildet ist. In diesem Fall ist an der Innenseite der Öffnung 14 ein entsprechendes Innengewinde 24 ausgebildet.

In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffinjektors beziehungsweise des Wellbalgs 5 mit seinen Anschlussteilen 7, 8 dargestellt. Das erste Anschlussteil 7 ist hier gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 verlängert ausgebildet und weist einen Außenmehrkant 32 auf, der das dem zweiten Anschlussteil 8 zugewandte Ende des ersten Anschlussteils 7 bildet. Entsprechend ist im zweiten Anschlussteil 8 ein Innenmehr- kant 33 ausgebildet, der vom ersten Anschlussteil 7 bei entspanntem Wellbalg 5 beabstandet ist. Zum Einschrauben des ersten Anschlussteils 7 in das Befestigungsgewinde 13 wird das zweite Anschlussteil 8 unter Kompression des Wellbalgs 5 in Richtung des ersten Anschlussteils 7 gedrückt, bis der Innenmehrkant 33 in den Außenmehrkant 32 gleitet und dadurch einen Formschluss bildet. Anschließen können beide Anschlussteile 7, 8 zusammen gedreht werden und das erste Anschlussteil 7 so in das Befestigungsgewinde 13 eingedreht werden. Dabei kann die Torsionskraft über Schlüsselflächen 28 ausgeübt werden, welche in der Figur 3 am oberen Ende des zweiten Anschlussteils 8 gezeigt sind. Auch hierbei kommt es zu keiner mechanischen Torsionsbelastungen des Wellbalgs 5 und damit zu keiner Störung der Schweißverbindungen 9, 10. Nach Beendigung des Schraubvorgangs wird das zweite Anschlussteil 8 wieder vom ersten Anschlussteil 7 wegbewegt, sodass der Ausgleichsraum 3 innerhalb des Wellbalgs 5 seine ursprüngliche Form und Größe zurückerhält.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in der gleichen Darstellung wie Figur 3. Die Verbindung zwischen dem ersten Anschlussteil 7 und dem zweiten Anschlussteil 8 wird hier über eine Schraubfläche erzeugt, die als erste Reibfläche 20 ausgebildet ist. Dabei ist die erste Reibfläche 20 am ersten Anschlussteil 7 ausgebildet und eine entsprechende zweite Reibfläche 21 am zweiten Anschlussteil 8. Beide Reibflächen 20, 21 sind senkrecht zur Längsachse 6 des Gewindes 12 ausgerichtet und liegen einander gegenüber. Zur Verschraubung wird das zweite Anschlussteil 8 in Richtung R auf das erste Anschlussteil 7 zubewegt unter Kompression des Wellbalgs 5, bis die Reibflächen 20, 21 aufeinanderliegen. Die Reibflächen 20, 21 weisen eine hohe Rauigkeit auf, so dass sie gut aufeinander haften und entsprechende Scherkräfte übertragen werden können. Durch das Drehen des zweiten Anschlussteils 8 wird jetzt eine Torsionskraft auf das erste Anschlussteil 7 ausgeübt und dieses in das Befestigungsgewinde 13 eingeschraubt. Nach erfolgter Verschraubung wird das zweite Anschlussteil 8 vom ersten Anschlussteil 7 wegbewegt, so dass der Ausgleichsraum 3 wieder seine ursprüngliche Form erhält. Die Ventilationsbohrung 11 ist hier aufgrund des verlängerten ersten Anschlussteils 8 mit einer Querbohrung 111 verbunden, um den Ausgleichsraum 3 innerhalb des Wellbalgs 5 nach außen zu verbinden.