AT14569U1 - Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Zweistoff-Brennkraftmaschine, mit zumindest einem Injektor (3) zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum (2) der Brennkraftmaschine, wobei der Injektor (3) in einer im Zylinderkopf (1) angeordneten Injektorhülse (4) positioniert ist, wobei zwischen dem Injektor (3) und der Injektorhülse (4) zumindest ein ringförmiger Kühlraum (9) angeordnet ist, und wobei die Injektorhülse (4) zumindest eine im Wesentlichen radial angeordnete Eintrittsöffnung (13) und zumindest eine im Wesentlichen radial angeordnete Austrittsöffnung (14) aufweist, und die Eintritts- und Austrittsöffnungen (13, 14) einerseits mit dem Kühlraum (9) und andererseits mit einem Kühlkreis kommunizierend verbunden sind. Um das Verschleißverhalten und damit die Lebensdauer des Injektors (3) zu verbessern, ist vorgesehen, dass die Eintrittsöffnung (13) mit zumindest einer Eintrittslanze (17) und/oder die Austrittsöffnung (14) mit zumindest einer Austrittslanze (18) strömungsverbunden ist, wobei die Eintrittslanze (17) bzw. Austrittslanze (18) jeweils in einer im Wesentlichen bezüglich der Injektorhülse (4) radialen Aufnahmebohrung (19, 20) des Zylinderkopfes (1) angeordnet ist.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, insbesondere füreine Zweistoff-Brennkraftmaschine, mit zumindest einem Injektor zur Einspritzung von Kraftstoffin einen Brennraum der Brennkraftmaschine, wobei der Injektor in einer im Zylinderkopf ange¬ordneten Injektorhülse positioniert ist, wobei zwischen dem Injektor und der Injektorhülse zu¬mindest ein ringförmiger Kühlraum angeordnet ist, und wobei die Injektorhülse zumindest eineim Wesentlichen radial angeordnete Eintrittsöffnung und zumindest eine im Wesentlichen radialangeordnete Austrittsöffnung aufweist, und die Eintritts- und Austrittsöffnungen einerseits mitdem Kühlraum und andererseits mit einem Kühlkreis kommunizierend verbunden sind.

[0002] Zweistoff-Brennkraftmaschinen (Dual Fuel Engines) werden mit zwei verschiedenenKraftstoffen betrieben, beispielsweise mit Dieselkraftstoff und Gas, etwa Erdgas. Im reinenDieselbetrieb wird die Injektordüse durch den Dieselkraftstoff ausreichend gekühlt. Im Gasbe¬trieb zündet der Dieselkraftstoff als Pilotkraftstoff das Gas, daher ist keine weitere Zündquelleerforderlich. Da für die Zündung des Gases nur eine geringe Menge an Dieselkraftstoff notwen¬dig ist, muss die Düsenspitze der Einspritzdüse des Injektors zusätzlich gekühlt werden.

[0003] Es ist bekannt, dass Injektordüsen auf Grund der hohen thermischen Belastung laufendgekühlt werden. Zu diesem Zweck wird oft der Düsenkörper mit zumindest einem Kühlkanalausgebildet und mit einem Kühlkreislauf verbunden, wobei als Kühlmedium zum Beispiel Die¬selkraftstoff oder Kühlflüssigkeit eingesetzt wird.

[0004] Wegen ihrer hohen mechanischen und thermischen Belastung sind die Düsenbauteile inder Regel aus hochlegiertem Stahl hergestellt, vergütet und nitriert. Die Temperaturen an derDüse sollen möglichst eine bestimmte Temperatur nicht überschreiten, um Härteverluste amNadelsitz zu vermeiden.

[0005] Aus diesem Grunde sind bereits gekühlte Einspritzdüsen entwickelt worden. UngekühlteKraftstoffeinspritzdüsen neigen zum Verkoken an der Düsenkappe und den Spritzlöchern.Diese Koksablagerungen beeinträchtigen die Zerstäubung, was zu einer ungünstigen Verbren¬nung führt. Zudem verschlechtern sie die Abgaswerte und der Verschleiß wird erhöht, wenn dieKoksablagerungen abbrechen und gegebenenfalls in den Feuerstegbereich des Zylinders ge¬langen.

[0006] Die WO 2012/049175 A1 offenbart eine Halterung für einen Injektor, welche einenGrundkörper aufweist, welcher mit miteinander verbundenen Blechen gebildet ist, die zusam¬men eine Ringkammer bilden, welche sich um die Aufnahme für den Injektor erstreckt. Kühlmit¬tel kann über einen Kühlmittelzulauf der Ringkammer zugeführt und über einen Kühlmittelablaufabgeführt werden.

[0007] Aus der DE 2707 003 A1 ist ein Injektor zur Einspritzung von Diesel-Kraftstoff für eineDiesel-Brennkraftmaschine bekannt, wobei der Injektor im Bereich der Düsenspitze eine ring¬förmige Kühlkammer aufweist, in welche ein Zulaufkanal und ein Ablaufkanal für ein Kühlmedi¬um einmündet, wobei Zu- und Ablaufkanal in Richtung der Längsachse des Injektors angeord¬net sind.

[0008] Weiters offenbart die FR 1 076 045 A einen Injektor mit einem ringartigen Kühlraumbekannt, welcher zwischen dem Injektorgrundkörper und einer diesen umgebenden Hülse imBereich der Injektorspitze angeordnet ist. Der Kühlraum kommuniziert mit parallel zur Injek¬torachse ausgebildeten Kanälen, welche teilweise im Injektorgrundkörper angeordnet sind.

[0009] Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache Weise das Verschleißverhalten und damit dieLebensdauer der Injektordüse des Injektors zu verbessern. Weiters ist es Aufgabe der Erfin¬dung auf einfache Weise eine ausreichende Kühlung eines Injektors, insbesondere eines ansich ungekühlten Injektors, zu ermöglichen.

[0010] Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, dass die Eintrittsöffnung mit einer Eintrittslanzeund/oder die Austrittsöffnung mit einer Austrittslanze strömungsverbunden ist, wobei die Ein¬ trittslanze bzw. Austrittslanze jeweils in einer im Wesentlichen bezüglich der Injektorhülse radia¬len Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes angeordnet ist.

[0011] Als Lanze im Sinne der Erfindung wird ein rohrförmiges Element verstanden, das inseinem Inneren einen Hohlraum zur Führung einer Flüssigkeit, insbesondere einer Kühlflüssig¬keit aufweist. Hierbei weist die Lanze insbesondere im Verhältnis zur Länge der Lanze, in dersich der Hohlraum zur Führung der Flüssigkeit erstreckt, einen kleinen Durchmesser auf.

[0012] Um auf einfache Weise eine Abdichtung zwischen der Eintritts- bzw. Austrittslanze undder Injektorhülse zu gewährleisten, ist es vorteilhaft wenn die Eintritts- bzw. Austrittslanze inihrem Anschlussbereich an die Eintritts- bzw. Austrittsöffnung eine ballige, vorzugsweise einekugelige, Dichtfläche aufweist, welche auf einem um die Eintritts- bzw. Austrittsöffnung ange¬ordneten, vorzugsweise konischen, Dichtsitz der Injektorhülse aufliegt.

[0013] Um eine ausreichende Kühlung der Düsenspitze zu gewährleisten, kann der ringförmigeKühlraum im Bereich der Düsenspitze des Düsenkörpers des Injektors angeordnet sein.

[0014] Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Kühlraum durch eine beispielsweise durch eineRingnut geformte Vertiefung in der Innenwand der Injektorhülse gebildet ist. Dadurch ist esmöglich, an sich ungekühlte herkömmliche Injektoren zu verwenden.

[0015] Somit kann an einem bestehenden Zylinderkopf eine Kühlung des Injektors umgesetztwerden, ohne dass Änderungen in der Gussstruktur vorgenommen werden müssen.

[0016] Der Diesel-Einspritzinjektor ist in einer Injektorhülse positioniert, welche im Feuerdeckdes Zylinderkopfes eingeschraubt ist.

[0017] Mittels der Eintritts- und Austrittslanzen wird Kühlwasser zur Injektorhülse zu- bzw.abgeführt. Diese Lanzen können derart geneigt in Bezug zur Zylinderkopfdichtebene - bei¬spielsweise mit einer Neigung von mindestens 5°- positioniert sein, das die Kontaktstelle (Dicht¬fläche) zur Injektorhülse möglichst nahe bei der Düsenspitze angeordnet ist, jedoch nicht dieDichtfläche der Injektorhülse im Zylinderkopf beeinflusst. Das Kühlmedium, beispielsweiseKühlwasser, gelangt über die Eintrittslanze und die Eintrittsöffnung in den durch die Ringnut inder Injektorhülse gebildeten Ringraum, welche den Düsenkörper knapp an dessen Dichtflächeumfasst. Der Rücklauf der Kühlflüssigkeit erfolgt wiederum durch die Austrittslanze, welchebevorzugt - bezogen auf die Injektorhülse - diametral zur Eintrittslanze im Zylinderkopf ange¬ordnet ist. Die beiden Lanzen werden in den Zylinderkopf derart eingesetzt, dass sie teilweisedurch den Zylinderkopf eigenen Kühlmantel bzw. Gusswände reichen und dementsprechendabgedichtet werden.

[0018] Durch die vorliegende Ausführung der Kühlung wird das Kühlmedium sehr nahe zurDüsenkappe geführt, um die anfallende Wärme abzuführen.

[0019] Ein weiterer Vorteil ist, dass bei bestehenden Zylinderköpfen mittels Nacharbeit relativgünstig und rasch eine Kühlung des Injektors umgesetzt werden kann. Insbesondere könnendabei ungekühlte Injektoren eingesetzt werden, die für spezielle Anwendungen wie zum Bei¬spiel für den Pilotbetrieb bei Dual Fuel Motoren herangezogen werden und hohen thermischenBelastungen standhalten müssen, wobei zusätzliche Kühlung des Düsenkörpers erforderlich ist.

[0020] Vorzugsweise ist der Kühlkreis für den Injektor vom Motorkühlkreis, insbesondere voneinem in den Zylinderkopf eingeformten Kühlmantel, getrennt. Die Kühlung des Injektors kanndurch den Einsatz eines eigenen Kühlkreises für den Düsenkörper und durch die Wahl desKühlmediums sowie die Regelung der Temperatur entsprechend gesteuert werden und istdaher vom eigentlichen Motorkühlkreis völlig unabhängig.

[0021] Zwischen dem Düsenkörper und der Injektorhülse kann zumindest ein vorzugsweise alsWeicheisenring ausgebildeter Dichtring angeordnet sein. Die Ausbildung als Weicheisenringerlaubt größere Toleranzen und reduziert somit den Fertigungsaufwand.

[0022] Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der nichteinschränkenden Figuren nähererläutert.

[0023] Es zeigen: [0024] Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einer Ein¬ trittslanze in einem Schnitt gemäß der Linie l-l in Fig. 3, [0025] Fig. 2 den Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie ll-ll in Fig. 3, [0026] Fig. 3 den Zylinderkopf in einer Draufsicht, [0027] Fig. 4 eine Detailansicht der Fig. 1, [0028] Fig. 5 eine Detailansicht der Fig. 2, [0029] Fig. 6 das Detail VI aus Fig. 5 in einer ersten Ausführungsvariante und [0030] Fig. 7 das Detail VI aus Fig. 5 in einer zweiten Ausführungsvariante.

[0031] Der in Fig. 1 bis 5 gezeigte Zylinderkopf 1 einer Zweistoff-Brennkraftmaschine weisteinen in einen Brennraum 2 mündenden zentralen Injektor 3 zur Einspritzung von Kraftstoff,beispielsweise Dieselkraftstoff, auf. Die dem Brennraum 2 zugewandte Seite ist mit Bezugszei¬chen 1a bezeichnet. Der Injektor 3, dessen Längsachse mit 3a bezeichnet ist, ist in einer Injek¬torhülse 4 angeordnet. Vom Injektor 3 dargestellt ist der Düsenkörper 5 mit der Düsenspitze 6und einer Düsennadel 7. Mit Bezugszeichen 8 ist eine Überwurfmutter bezeichnet, mit welcherder Düsenkörper 5 mit dem Injektor 3 verbunden ist. Zwischen dem Düsenkörper 5 und derInjektorhülse 4 ist ein ringförmiger Kühlraum 9 aufgespannt, wobei der Kühlraum 9 im Wesentli¬chen durch in die Innenwand 11 der Injektorhülse 4 eingeformte Ringnut 12 gebildet ist.

[0032] Die Injektorhülse 4 weist eine Eintrittsöffnung 13 und eine Austrittsöffnung 14 auf, wel¬che bezüglich der Längsachse 3a zumindest annähernd diametral gegenüberliegend angeord¬net sind. Zwischen der Eintrittsöffnung 13 und der Ringnut 12 ist zumindest ein durch eineLängsnut in der Innenwand 11 der Injektorhülse 4 gebildeter Eintrittskanal 15, zwischen derAustrittsöffnung 14 und der Ringnut 12 zumindest ein durch eine Längsnut in der Innenwand 11der Injektorhülse 4 gebildeter Austrittskanal 16 vorgesehen.

[0033] Die Eintrittsöffnung 13 ist mit einer Eintrittslanze 17 strömungsverbunden, welche ineiner eintrittsseitigen radialen Aufnahmebohrung 19 angeordnet ist. Analog dazu ist die Aus¬trittsöffnung 14 mit einer Austrittslanze 18 strömungsverbunden, welche in einer austrittsseitigenradialen Aufnahmebohrung 20 angeordnet ist. Die Austrittslanze 18 wird von einer mit demZylinderkopf 1 verklebten Dichthülse 26 aufgenommen und ist gegenüber dieser über einenDichtring 26a abgedichtet.

[0034] Die Eintritts- 17 und Austrittslanzen 18 sind derart -im Beispiel unter einem Winkel αbzw. ß zwischen etwa 5° und 10° - zur Zylinderkopfdichtebene ε geneigt, dass die Dichtbereiche21,22 zwischen Eintritts- und Austrittslanzen 17, 18 einerseits und der Injektorhülse 4 anderer¬seits möglichst nahe an der Düsenspitze 6 angeordnet werden können, ohne den DichtbereichX der Injektorhülse 4 im Zylinderkopf 1 negativ zu beeinflussen. Das Kühlmedium, beispielswei¬se Wasser, gelangt durch einen Zulaufkanal 17b der Eintrittslanze 17, die Eintrittsöffnung 13und den Eintrittskanal 15 in den durch die Ringnut 12 der Injektorhülse 4 gebildeten ringförmi¬gen Kühlraum 9, welcher den Düsenkörper 5 in einem an den Dichtbereich 23 (siehe Fig. 6, 7)zur Injektorhülse 4 grenzenden Bereich umfasst. Der Rücklauf der Kühlflüssigkeit erfolgt wiede¬rum über den Austrittskanal 16 und die Austrittsöffnung 14 durch den Ablaufkanal 18b derAustrittslanze 18. Die beiden Lanzen 17, 18 werden in den Zylinderkopf 1 derart eingesetzt,dass sie teilweise durch den zylinderkopfeigenen Kühlmantel 24 reichen und dementsprechendabgedichtet werden.

[0035] Der Dichtbereich 23 zwischen Injektorhülse 4 und Düsenkörper 5 kann wie folgt ausge¬führt werden: [0036] 1) konischer Dichtsitz 23a in der Injektorhülse 4 und ballige Dichtfläche 23b am Dü¬ senkörper 5 (siehe Fig. 6) oder [0037] 2) ebene, normal zur Längsachse 3a ausgebildete Dichtfläche 23c in der Injektorhülse 4 und Dichtring 23d - zum Beispiel aus Weicheisen - zwischen dem Düsenkörper 5und der Injektorhülse 4 (siehe Fig. 7).

[0038] In analoger Weise können die Dichtbereiche 21, 22 der Eintrittslanzen 17 und Austritts¬lanzen 18 gegenüber der Injektorhülse gestaltet sein. In den Figuren sind die linienartigenDichtbereiche 21, 22 durch konische Dichtsitze 21a, 22a der Injektorhülse 4 einerseits undballige Dichtflächen 21b, 22b am injektorhülsenseitigen Ende 17a bzw. 18a der Eintrittslanze 17bzw. Austrittslanze 18 gebildet.

[0039] Eine weitere Dichtungseinrichtung 25, bestehend aus Stützringen 25a, 25b und einemDichtring 25c, zwischen dem Injektor 3 und der Injektorhülse 4 ist - in den Fig. 1, 2 und 4 bis 7betrachtet - oberhalb der Eintrittsöffnung 13 und der Austrittsöffnung 14 angeordnet. DieseDichtungseinrichtung 25 dient zur Abdichtung des Kühlraumes 9 zum die Überwurfmutter 8aufnehmenden Raum 10 der Injektorhülse 4.

Claims (10)

1. Ansprüche 1. Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Zweistoff-Brennkraft¬maschine, mit zumindest einem Injektor (3) zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brenn¬raum (2) der Brennkraftmaschine, wobei der Injektor (3) in einer im Zylinderkopf (1) ange¬ordneten Injektorhülse (4) positioniert ist, wobei zwischen dem Injektor (3) und der Injektor¬hülse (4) zumindest ein ringförmiger Kühlraum (9) angeordnet ist, und wobei die Injektor¬hülse (4) zumindest eine im Wesentlichen radial angeordnete Eintrittsöffnung (13) und zu¬mindest eine im Wesentlichen radial angeordnete Austrittsöffnung (14) aufweist, und dieEintritts- und Austrittsöffnungen (13, 14) einerseits mit dem Kühlraum (9) und andererseitsmit einem Kühlkreis kommunizierend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass dieEintrittsöffnung (13) mit zumindest einer Eintrittslanze (17) und/oder die Austrittsöffnung (14) mit zumindest einer Austrittslanze (18) strömungsverbunden ist, wobei die Eintrittslan¬ze (17) bzw. Austrittslanze (18) jeweils in einer im Wesentlichen bezüglich der Injektorhülse (4) radialen Aufnahmebohrung (19, 20) des Zylinderkopfes (1) angeordnet ist.
2. 2. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreis für denInjektor (3) von einem Motorkühlkreis, insbesondere von einem in den Zylinderkopf (1) ein¬geformten Kühlmantel (24), getrennt ist.
3. 3. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieEintritts- bzw. Austrittslanze (17; 18) in ihrem Anschlussbereich an die Eintritts- bzw. Aus¬trittsöffnung (13; 14) eine ballige, vorzugsweise eine kugelige, Dichtfläche (21b; 22b) auf¬weist, welche auf einem um die Eintritts- bzw. Austrittsöffnung (13; 14) angeordneten, vor¬zugsweise konischen, Dichtsitz (21a; 22a) der Injektorhülse (4) aufliegt.
4. 4. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass derKühlraum (9) im Bereich der Düsenspitze (6) des Düsenkörpers (5) des Injektors (3) ange¬ordnet ist.
5. 5. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass derKühlraum (9) durch eine ringförmige Vertiefung, vorzugsweise eine Ringnut (12), in der In¬nenwand (11) der Injektorhülse (4) gebildet ist.
6. 6. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zu¬mindest eine Lanze, vorzugsweise die Austrittslanze (18), von zumindest einer, vorzugs¬weise durch eine Verklebung, fest mit dem Zylinderkopf (1) verbundenen Dichthülse (26)aufgenommen ist.
7. 7. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieEintrittslanze (17) - bezogen auf die Injektorhülse (4) - diametral zur Austrittslanze (18) imZylinderkopf (1) angeordnet ist.
8. 8. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieEintrittslanze (17) und/oder die Austrittslanze (18) durch zumindest einen Kühlmantel (24)des Zylinderkopfes (1) geführt ist.
9. 9. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieEintrittslanze (17) und/oder die Austrittslanze (18) in Bezug zu einer Zylinderkopfdichtebe¬ne (ε) - vorzugsweise um einen Winkel (a; ß) von mindestens 5° - geneigt angeordnet ist.
10. 10. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwi¬schen dem Düsenkörper (5) und der Injektorhülse zumindest ein, vorzugsweise als Weich¬eisenring ausgebildeter, Dichtring (23d) angeordnet ist. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen