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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Halterung von Einspritzelementen im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Halterung von Pumpe-Düse-Einspritzelementen, bei denen der Kraftstoffvorlauf und der Kraftstoffrücklauf über den Schaft erfolgen und bei denen jeweils Bauteile für eine Gasdichtung zum Brennraum sowie für eine Trennung von Kraftstoffvorlauf und Gasdichtung, von Kraftstoffvorlauf und Kraftstoffrücklauf sowie von Kraftstoffrücklauf und Ölraum des Zylinderkopfes ausgestaltet sind.
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Für die Halterung der Einspritzelemente einer Brennkraftmaschine sind verschiedenartige technische Lösungen bekannt. So beschreibt
DE 26 14 703 A1 eine Einspritzeinheit, die abschnittsweise von einer Gummihülse umgeben ist. Die Gummihülse soll eine Übertragung der relativ starken Schwingungen der Kraftstoffzuführleitung auf die Einspritzdüse vermindern. Allerdings ist diese Vorrichtung lediglich für Brennkraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung geeignet, jedoch nicht für Konstruktionen, bei denen Pumpe-Düse-Elemente im Zylinderkopf integriert sind.
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Aus
DE 195 08 305 A1 ist eine Vorrichtung zur Halterung von Einspritzelementen im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bekannt.
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Die Einspritzdüse ist in der Durchgangsbohrung einer Hohlschraube angeordnet, die mit dem Zylinderkopf verbunden ist. Mit der Hohlschraube wird ferner ein elastisches Element beaufschlagt, das beispielsweise als Druck-Hülsenfeder ausgestaltet ist und auf eine Spannschulter der Einspritzdüse einwirkt. Mit dieser Konstruktion können Gasundichtheiten zwischen Einspritzdüse und Brennraum weitgehend vermieden werden. Nachteilig ist die große Übergangsfläche von Einspritzdüse und den zugeordneten Abschnitten im Zylinderkopf.
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Durch den Kontakt der beiden Baugruppen wird zumindest bei Pumpe-Düse-Elementen das Pumpengeräusch direkt in den Zylinderkopf übertragen.
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Derart ungünstige Auswirkungen auf das Geräuschniveau können durch eine Vorrichtung gemäß
DE 1 077 487 B vermindert werden. Hierbei ist ein Düsenhalter vorgesehen, am dem das eigentliche Einspritzelement mit einer Düsenmutter befestigt wird. Die Düsenmutter weist an ihrem, dem Brennraum zugeordneten Abschnitt eine geringfügige Reduzierung ihrer radialen Ausdehnung auf und geht im weiteren Verlauf in ein Düsenmundstück über. Dem Düsenmundstück ist ein konischer Dichtungskörper zugeordnet, der im Zylinderkopf abgestützt wird. Die Düsenmutter wird von einer, ebenfalls im Zylinderkopf abgestützten Hohlschraube über eine federnde Metallhülse gegen den Dichtkonus gespannt. Somit wird in Verbindung mit mehreren weiteren Dichtringen eine gute Gasabdichtung erzielt. Allerdings erfordert diese technische Lösung aufgrund der zahlreichen und schwierig zu montierenden Einzelteile einen erheblichen Fertigungs- und Kostenaufwand. Außerdem ist eine solche Konstruktion nur bedingt für Pumpe-Düse-Elemente geeignet, weil im Schaftbereich keine Kombination von Kraftstoffvorlauf und -rücklauf vorgesehen ist.
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Moderne Pumpe-Düse-Einspritzelemente werden im Zylinderkopf eingebaut und weisen einen Kraftstoffvorlauf und Kraftstoffrücklauf über den Schaft auf. Derartige Baugruppen sind mit einer metallischen Düsendichtscheibe für die Gasdichtung zum Brennraum, einem ersten (unteren) O-Ring für die Trennung von Kraftstoffvorlauf und Gasdichtung, einem zweiten (mittleren) O-Ring für die Trennung von Kraftstoffvorlauf und -rücklauf sowie einem dritten (oberen) O-Ring zur Abdichtung des Kraftstoffrücklaufes zum Ölraum des Zylinderkopfes versehen. Die Düsendichtscheibe erfordert eine plane Auflage im Zylinderkopf. Am Rand dieser Auflage entstehen im Übergangsbereich zur Schachtbohrung infolge der Vorspann- und Betätigungskräfte des Pumpe-Düse-Elementes große mechanische Spannungen. Durch die Nähe zum Brennraum liegt die Düsenauflage außerdem in einem sehr warmen Bereich, wodurch die Belastbarkeit des Materials herabgesetzt wird.
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Weiterhin kann die Funktionssicherheit der drei O-Ringe durch verschiedene Faktoren beeinträchtigt werden. So können diese O-Ringe durch Montagefehler bereits zum Zeitpunkt der Fertigung beschädigt werden. Ebenso können sie im späteren Motorbetrieb verschleißen und undicht werden. Sofern die O-Ringe nicht funktionsfähig sind, kann neben Undichtheiten auch eine radiale Anlage des Elementes an der zugeordneten Wandung des Zylinderkopfes auftreten. Somit wird eine direkte Übertragung des Pumpengeräusches in den Zylinderkopf verursacht, was sich ungünstig auf das Geräuschniveau auswirkt. Die zur Abstützung und Abdichtung notwendigen Bauteile, also die Düsendichtscheibe mit zusätzlicher Verliersicherung, z. B. Sprengring und die drei O-Ringe mit zusätzlich auszugestaltenden Nuten ergeben demzufolge einen großen baulichen Aufwand, hohe Kosten und unvermeidliche Montagerisiken.
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Eine Vorrichtung zur Halterung von Einspritzelementen im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der
DE 195 40 662 A1 bekannt.
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Aus
GB 2 158 151 ist ein Einspritzelement bekannt, bei dem Bauteilflächen mit unterschiedlichen Winkel ausgestaltet sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Halterung für Einspritzelemente im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei denen der Kraftstoffvorlauf und -rücklauf über den Schaft erfolgt und wobei die Anzahl der für die Abstützung und Abdichtung notwendigen Bauteile reduziert wird, indem diese Aufgaben durch eine spezielle konstruktive Ausgestaltung zumindest teilweise vom Einspritzelement realisiert werden. Gleichzeitig soll der Abstand der Düsenauflage zum Brennraum vergrößert werden, so dass die Belastbarkeit des Materials nicht durch hohe Wärmebelastungen herabgesetzt wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Düsenspannmutter in ihrer axialen Erstreckung von einem zunächst zylindrischen Abschnitt in Richtung des Brennraumes in einen kegelförmigen Abschnitt übergeht, wobei der kegelförmige Abschnitt an seiner, dem Brennraum entgegengesetzten kreisförmigen Querschnittsfläche einen wesentlich größeren Radius aufweist als an seiner, dem Brennraum benachbarten kreisförmigen Querschnittsfläche und wobei die Mantelfläche des kegelförmigen Abschnittes der Düsenspannmutter mit einem kegelförmigen Abschnitt des Zylinderkopfes in Wirkverbindung steht. Zur Verbesserung der Dichtwirkung ist zudem vorgesehen, dass die Kegelwinkel von Düsenspannmutter und Zylinderkopf eine geringfügige Differenz aufweisen, so dass entweder innen oder außen eine definierte Ringfläche mit einer hohen Pressung entsteht. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 6 beschrieben.
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Die kegelige Auflage der Düsenspannmutter im Zylinderkopf ermöglicht eine signifikante Entlastung des Bauteils Zylinderkopf. Durch die kegelige Auflage konnte bei gleicher Fläche 11 der Radius R1 vergrößert und somit die Kerbempfindlichkeit gesenkt werden. Durch den Entfall der Düsendichtscheibe und des unteren O-Ringes kann die Auflagefläche im Zylinderkopf deutlich höher und somit in einem kälteren Bereich liegen, wodurch sich die Belastbarkeit der Düsenauflage zusätzlich erhöht. Der realisierte Verzicht auf die Dichtscheibe samt Sicherungsring und auf den unteren O-Ring bewirkt eine Kosteneinsparung. Weiterhin kann die Düsenspannmutter einfacher als bisher ausgeführt und z. B. als Tiefzieh- oder Schmiedeteil anstelle eines Drehteiles hergestellt werden. Die kegelige Auflage bewirkt ferner eine gute Zentrierung der Düse im Zylinderkopf. Durch die Zentrierung der Pumpe-Düse-Einheit befindet sich diese konzentrisch in der Aufnahmebohrung. Das bedeutet für die O-Ringe und für die Hülse gleiche Radialkräfte in Umfangsrichtung und damit weniger Verschleiß. Eine weitere Verbesserung der Zentrierung der Kegel während der Montage wird durch Verwendung eines Gleitmittels erreicht.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich durch den Ersatz des mittleren O-Ringes zwischen Kraftstoffvorlauf und -rücklauf durch eine elastische Hülse. Diese Hülse kann gleichzeitig die radiale Führung des Elementes im Zylinderkopf übernehmen und durch eine dauerelastische Ausgestaltung eine akustische Entkoppelung des Elementes gewährleisten. Eine absolute Abdichtung zwischen Kraftstoffvorlauf und -rücklauf ist an dieser Stelle nicht erforderlich. Vielmehr kann sogar eine definierte Überströmdrossel zur Entlüftung des Vorlauf-Kraftstoffes und zur Verbesserung der Kühlung vorgesehen werden. Durch diese Ausgestaltung können auch die Druckspitzen im Zulauf während der Absteuerung gemindert werden. Sofern die Hülse als Kunststoff-Spritzteil ausgeführt wird, ergeben sich erhebliche Kosteneinsparungen im Vergleich zu einer metallischen Hülse.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
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1 den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Halterung von Einspritzelementen im Zylinderkopf
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2 einen Ausschnitt vom Übergangsbereich von Düsenspannmutter und Zylinderkopf, wobei die Stellung kurz vor Montageende gezeigt wird, um die relevanten Abschnitte eindeutig bezeichnen zu können
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Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist zur Halterung von Einspritzelementen im Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Die bevorzugte Anwendung ist hierbei die Halterung von Pumpe-Düse-Einspritzelementen, die in an sich bekannter Weise über Federteller 2, Pumpenfeder 3, Pumpenkolben 4 sowie ein elektrisches Ventil 5 betätigt werden. Der Kraftstoffvorlauf und der Kraftstoffrücklauf erfolgen über den Schaft 6, der hierfür eine Zulaufbohrung 61 und eine Rücklaufbohrung 62 aufweist. Der eigentliche Vorlauf und Rücklauf des Kraftstoffes im Zylinderkopf ist in 1 durch zwei Pfeile stilisiert. Die gezeigte Vorrichtung weist ferner Bauteile für eine Gasdichtung zum Brennraum 7 sowie für eine Trennung von Kraftstoffvorlauf und Gasdichtung, von Kraftstoffvorlauf und -rücklauf sowie von Kraftstoffrücklauf und Ölraum des Zylinderkopfes 1 auf, die nachfolgend näher erläutert werden.
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Die Vorrichtung umfasst eine Düsenspannmutter 8, die in ihrer axialen Erstreckung von einem zunächst zylindrischen Abschnitt 81 in Richtung des Brennraumes 7 in einen kegelförmigen Abschnitt 82 übergeht. Der kegelförmige Abschnitt 82 weist an seiner, dem Brennraum 7 entgegengesetzten kreisförmigen Querschnittsfläche einen wesentlich größeren Radius R1 auf als an seiner, dem Brennraum 7 benachbarten kreisförmigen Querschnittsfläche mit dem Radius R2. In der Zeichnung wird beispielsweise eine Ausgestaltung gezeigt, bei welcher der Radius R1 etwa doppelt so groß ist wie der Radius R2.
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Die Mantelfläche 83 des kegelförmigen Abschnittes 82 der Düsenspannmutter 8 steht mit einem kegelförmigen Abschnitt 11 des Zylinderkopfes 1 in Wirkverbindung. Die Winkel dieser kegelförmigen Abschnitte 11 und 82 unterscheiden sich geringfügig voneinander. Unterhalb der Düsenmutter 8 ist die Einspritzdüse 12 angeordnet, die in den Brennraum 7 mündet.
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Dem Schaft 6 ist im Bereich zwischen Kraftstoffvorlauf und Kraftstoffrücklauf eine Hülse 9 zugeordnet. Oberhalb der Hülse 9 ist ein O-Ring 10 angeordnet, der eine Trennung zwischen Kraftstoffrücklauf und Ölraum des Zylinderkopfes 1 gewährleistet. Die Hülse 9 weist zumindest eine definierte Überströmdrossel 91 auf und ist vorzugsweise dauerelastisch, wobei sie z. B. als Kunststoff-Spritzteil ausgestaltet werden kann. Die Hülse 9 wirkt funktionell als Führungs-, Dichtungs- und akustisches Entkoppelungselement.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinderkopf
- 11
- kegelförmiger Abschnitt
- 2
- Federteller
- 3
- Pumpenfeder
- 4
- Pumpenkolben
- 5
- elektrisches Ventil
- 6
- Schaft
- 61
- Zulaufbohrung
- 62
- Rücklaufbohrung
- 7
- Brennraum
- 8
- Düsenspannmutter
- 81
- zylindrischer Abschnitt
- 82
- kegelförmiger Abschnitt
- 83
- Mantelfläche
- 9
- Hülse
- 91
- Überströmdrossel
- 10
- O-Ring
- 12
- Einspritzdüse
- R1
- großer Radius
- R2
- kleiner Radius
