DE102005006641A1

DE102005006641A1 - Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff und Zylinderkopf

Info

Publication number: DE102005006641A1
Application number: DE102005006641A
Authority: DE
Inventors: Klaus ROTTENWÖHRER; Andreas Weigand
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2006-08-24
Also published as: EP1848890A1; US20080264390A1; WO2006084915A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil (1), das in eine Ausnehmung (4) eines Zylinderkopfs (5) einer Brennkraftmaschine einbaubar ist, mit mindestens einer Einspritzöffnung (6) und einem Düsenkörper (2), der einen Düsenkörperschaft (8) umfasst, wobei der Düsenkörperschaft (8) ein Kopplungselement (11) aufweist, das radial vom Düsenkörperschaft (8) absteht und in einem eingebauten Zustand des Einspritzventils (1) in radialer Richtung den Düsenkörperschaft (8) mit einer Mantelfläche (10) der Ausnehmung (8) des Zylinderkopfs (5) mechanisch koppelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil das in eine Ausnehmung eines Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine einbaubar ist, mit mindestens einer Einspritzöffnung und mit einem Düsenkörper, der einen Düsenkörperschaft umfasst. Ferner betrifft die Erfindung einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, der eine Ausnehmung aufweist, in die ein Einspritzventil einbaubar ist.

Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemissionen von Brennkraftmaschinen, die in Fahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoffemissionen zu senken. Die Bildung von Ruß ist stark abhängig von der Aufbereitung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine.

Eine verbesserte Gemischaufbereitung kann erzielt werden, wenn Kraftstoff unter sehr hohem Druck über ein Einspritzventil durch mindestens eine Einspritzöffnung in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Durch Kombination von hohem Druck und mindestens einer kleinen Einspritzöffnung kann ein sehr feines Sprühbild des Kraftstoffs im Brennraum erzeugt werden. Die mindestens eine kleine Einspritzöffnung hat allerdings den Nachteil, dass sich verstärkt Ablagerungen bilden, im Vergleich zu einer größeren Einspritzöffnung. Die Ablagerungen können beispielsweise durch Verkokung entstehen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es ein Einspritzventil und einen Zylinderkopf zu schaffen, das bzw. der auf einfache Weise ein Verringern von Ablagerungen an einem Einspritzventil ermöglicht.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung durch ein Einspritzventil aus, das in eine Ausnehmung eines Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine einbaubar ist, mit mindestens einer Einspritzöffnung und einem Düsenkörper, der einen Düsenkörperschaft umfasst, wobei der Düsenkörperschaft ein Kopplungselement aufweist, das radial vom Düsenkörperschaft absteht und in einem eingebautem Zustand des Einspritzventils in radialer Richtung den Düsenkörperschaft mit einer Mantelfläche der Ausnehmung des Zylinderkopfs mechanisch koppelt.

Wenn das Einspritzventil in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingebaut ist, können sich während eines Betriebs der Brennkraftmaschine Ablagerungen an Bereichen des Einspritzventils bilden, die heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt sind. Diese Ablagerungen entstehen bei hohen Temperaturen beispielsweise durch ein Verkoken von Kraftstoffrückständen oder durch Verbrennungsrückstände aus den Verbrennungsgasen. Sie können soweit anwachsen, dass sie sich bis in den Kraftstoffstrom erstrecken. Ein Sprühbild eines Kraftstoffs in einem Brennraum der Brennkraftmaschine kann dadurch nachteilig verändert werden.

Die Anordnung des Kopplungselements am Düsenkörperschaft zwischen dem Düsenkörperschaft des Einspritzventils und der Mantelfläche der Ausnehmung des Zylinderkopfs ermöglicht während des Betriebs der Brennkraftmaschine auf einfache Weise, eine gute Wärmeabfuhr aus dem Düsenkörperschaft und aus einem Bereich des Einspritzventils zu gewährleisten, in dem die mindestens eine Einspritzöffnung angeordnet ist. Dies führt in dem Bereich, in dem die mindestens eine Einspritzöffnung angeordnet ist, und am Düsenkörperschaft zu einer durchschnittlich niedrigeren Temperatur und damit zu einem wirkungsvollen Verringern der Bildung von Ablagerungen an der mindestens einen Einspritzöffnung.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Einspritzventils weist das Kopplungselement am Düsenkörperschaft entlang seiner axialen Erstreckung unterschiedliche Radien auf. Dies ermöglicht bei geeigneter Wahl der Radien, dass ein Einbau des Einspritzventils in die Ausnehmung des Zylinderkopfs einfach ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Einspritzventils ist das Kopplungselement am Düsenkörperschaft so ausgebildet und angeordnet, dass in dem eingebauten Zustand des Einspritzventils ein freies Volumen der Ausnehmung im Zylinderkopf gegenüber dem Brennraum der Brennkraftmaschine dichtend abgetrennt ist. Das Freie Volumen der Ausnehmung ist zwischen der Mantelfläche der Ausnehmung des Zylinderkopfs und dem Düsenkörperschaft des Einspritzventils ausgebildet und erstreckt sich von dem Kopplungselement am Düsenkörperschaft in Richtung weg von der mindestens einen Einspritzöffnung. Die axiale Länge des freien Volumens kann variiert werden durch unterschiedliche Anordnung des Kopplungselements entlang der axialen Erstreckung des Düsenkörperschafts. Durch die dichtende Wirkung des Kopplungselements am Düsenkörperschaft kann während des Betriebs der Brennkraftmaschine wirkungsvoll verhindert werden, dass die heißen Verbrennungsgase aus dem Brennraum in das freie Volumen eintreten und den Düsenkörperschaft über das freie Volumen erhitzen. Der Teil des Düsenkörperschafts, der an das freie Volumen angrenzt, bildet eine Wärmesenke. Dies führt zu einer wirkungsvollen Wärmeabfuhr aus dem Bereich des Einspritzventils, an dem die mindestens eine Einspritzöffnung angeordnet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Einspritzventils ist das Kopplungselement so an dem Düsenkörperschaft angeordnet, dass es in dem eingebauten Zustand des Einspritzventils in einem axialen Endbereich der Ausnehmung angeordnet ist, der dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandt ist. In diesem Fall kann das Kopplungselement am Düsenkörperschaft bündig mit einer Brennraumwand des Zylinderkopfs angeordnet sein, die dem Brennraum zugewandt ist. Das Kopplungselement kann aber auch am Düsenkörperschaft in einem axialen Endbereich des Düsenkörperschafts angeordnet sein, das der Einspritzöffnung zugewandt ist. Dabei entspricht die axiale Länge des axialen Endbereichs am Düsenkörperschaft etwa 10% der axialen Länge des Düsenkörperschafts. Dadurch ist während des Betriebs der Brennkraftmaschine ein besonders großer Teil des Düsenkörperschafts vor heißen Verbrennungsgasen geschützt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Einspritzventils ist das Kopplungselement am Düsenkörperschaft so ausgebildet und angeordnet, dass es in dem eingebauten Zustand des Einspritzventils in radialer Richtung eine thermische Kopplung zwischen dem Düsenkörperschaft des Einspritzventils und der Mantelfläche der Ausnehmung des Zylinderkopfs bildet.

Dadurch kann über das Kopplungselement am Düsenkörperschaft Wärme wirkungsvoll in den Zylinderkopf abfließen, die während des Betriebs der Brennkraftmaschine vom Düsenkörperschaft aufgenommen wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Einspritzventils ist das Kopplungselement an mindestens einem vorgegebenen Abschnitt des Umfangs des Düsenkörperschafts ausgebildet. Unter dem vorgegebenen Abschnitt des Umfangs ist ein Teil des Umfangs zu verstehen. Das Kopplungselement kann so ausgebildet sein, dass es nicht um den ganzen Umfang des Düsenkörperschafts läuft, sondern unterbrochen ist. Falls die Mantelfläche der Ausnehmung des Zylinderkopfs eine Ungenauigkeit bezüglich ihrer Rundheit aufweist, kann diese dann eventuell bei dem Einbau des Einspritzventils in die Ausnehmung des Zylinderkopfs durch Drehen des Einspritzventils um seine Längsachse kompensiert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Einspritzventils ist das Kopplungselement am Düsenkörperschaft so angeordnet, dass es in dem eingebauten Zustand des Einspritzventils mit dem Zylinderkopf in einem Koppelbereich gekoppelt ist, an dem der Zylinderkopf während des Betriebs der Brennkraftmaschine einen vorgegebenen Temperaturgradienten aufweist. Dies ermöglicht eine vorgegebene Wärmeabfuhr von dem Düsenkörperschaft in den Zylinderkopf, wobei der Zylinderkopf an dem Koppelbereich bevorzugt einen geeignet großen Temperaturgradienten aufweist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Einspritzventils ist das Kopplungselement so am Düsenkörperschaft angeordnet, dass es in dem eingebauten Zustand des Einspritzventils einen vorgegebenen Abstand zu einer Kühlung des Zy linderkopfs aufweist. Falls der Abstand zur Kühlung des Zylinderkopfs vorzugsweise gering ist, ist die Wärmeabfuhr besonders wirkungsvoll.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Einspritzventils umfasst das Kopplungselement am Düsenkörperschaft Kupfer. Kupfer ist ein relativ weiches Metall mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten. Falls das Kopplungselement am Düsenkörperschaft relativ weich ist, kann das Einspritzventil einfach montiert werden. Der hohe Wärmeleitkoeffizient des Kupfers ermöglicht eine besonders wirkungsvolle thermische Kopplung des Düsenkörperschafts des Einspritzventils mit der Mantelfläche der Ausnehmung des Zylinderkopfs.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Einspritzventils ist das Kopplungselement als eine Schicht auf dem Düsenkörperschaft ausgebildet. Zum einen kann die Schicht einfach auf den Düsenkörperschaft des Einspritzventils aufgebracht werden, zum anderen kann eine Vielzahl von Materialien zur Bildung der Schicht verwendet werden.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Schicht Kohlenstoff umfasst. Bevorzugt eine Schicht aus Graphit, das aus Kohlenstoff gebildet ist, kann auf dem Düsenkörperschaft einfach mit einer Übermaßpassung ausgebildet sein, bezüglich der Ausnehmung im Zylinderkopf. Darüber hinaus ist Graphit hitzebeständig.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Einspritzventils in Zusammenhang mit der Schicht auf dem Düsenkörperschaft umfasst die Schicht eine Wärmeleitpaste. Diese kann einfach auf den Düsenkörperschaft aufgebracht werden und ermöglicht eine besonders wirkungsvolle thermische Kopplung des Düsenkörperschafts des Einspritzventils mit der Mantelfläche der Ausnehmung des Zylinderkopfs.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Einspritzventils umfasst das Kopplungselement am Düsenkörperschaft ein elastisch verformbares Material. So kann das Kopplungselement am Düsenkörperschaft vorzugsweise mit einer Übermaßpassung ausgebildet sein, bezüglich der Ausnehmung im Zylinderkopf. Darüber hinaus ist der Einbau des Einspritzventils in die Ausnehmung des Zylinderkopfs einfach, wenn das Kopplungselement am Düsenkörperschaft ein elastisch verformbares Material umfasst.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Einspritzventils ist das Kopplungselement einstückig mit dem Düsenkörperschaft ausgebildet. Das Kopplungselement kann so in einem Arbeitsschritt mit dem Düsenkörperschaft hergestellt werden.

Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus, durch den Zylinderkopf für die Brennkraftmaschine, der die Ausnehmung aufweist, in die das Einspritzventil mit dem Düsenkörperschaft einbaubar ist, wobei an der Mantelfläche der Ausnehmung das Kopplungselement am Zylinderkopf ausgebildet ist, das in dem eingebauten Zustand des Einspritzventils in radialer Richtung den Düsenkörperschaft mit der Mantelfläche mechanisch koppelt.

Falls das Einspritzventil in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingebaut ist, ermöglicht das Kopplungselement am Zylinderkopf, das den Düsenkörperschaft des Einspritzventils mit der Mantelfläche der Ausnehmung des Zylinderkopfs koppelt, auf einfache Weise eine gute Wärmeabfuhr über den Düsenkörperschaft. Dies führt zu einer durchschnittlich niedri geren Temperatur in dem Bereich des Einspritzventils, an dem die Einspritzöffnung ausgebildet ist, und verringert damit die Bildung von Ablagerungen an der mindestens einen Einspritzöffnung wirkungsvoll. Dabei kann dann zum Betrieb der Brennkraftmaschine das Einspritzventil ohne Kopplungselement eingesetzt werden.

Ferner ist es vorteilhaft wenn das Kopplungselement am Zylinderkopf entlang seiner axialen Erstreckung unterschiedliche Radien aufweist. Dies ermöglicht bei geeigneter Wahl der Radien, dass ein Einbau des Einspritzventils in die Ausnehmung des Zylinderkopfs einfach ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Zylinderkopfs ist das Kopplungselement am Zylinderkopf so ausgebildet und angeordnet, dass in dem eingebauten Zustand des Einspritzventils das freie Volumen zwischen der Mantelfläche der Ausnehmung und dem Düsenkörperschaft gegenüber dem Brennraum der Brennkraftmaschine dichtend abgetrennt ist. Das freie Volumen ist zwischen der Mantelfläche der Ausnehmung des Zylinderkopfs und dem Düsenkörperschaft des Einspritzventils ausgebildet und erstreckt sich von dem Kopplungselement am Zylinderkopf in Richtung weg von dem Brennraum. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine ist so der Teil des Düsenkörperschafts, der an das freie Volumen angrenzt, vor den heißen Verbrennungsgasen im Brennraum geschützt und bildet eine Wärmesenke. Dies führt zu einer wirkungsvollen Wärmeabfuhr aus dem Bereich des Einspritzventils, an dem die mindestens eine Einspritzöffnung angeordnet ist.

Ferner ist es vorteilhaft wenn das Kopplungselement so am Zylinderkopf angeordnet ist, dass es in dem eingebauten Zustand des Einspritzventils in dem axialen Endbereich der Ausnehmung angeordnet ist. Dadurch ist während des Betriebs der Brennkraftmaschine ein besonders großer Teil des Düsenkörperschafts vor heißen Verbrennungsgasen geschützt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Zylinderkopfs ist das Kopplungselement so am Zylinderkopf ausgebildet und angeordnet, dass es in dem eingebauten Zustand des Einspritzventils in radialer Richtung eine thermische Kopplung zwischen dem Düsenkörperschaft des Einspritzventils und der Mantelfläche der Ausnehmung des Zylinderkopfs bildet. Dadurch kann über das Kopplungselement am Zylinderkopf Wärme wirkungsvoll in den Zylinderkopf abfließen, die während des Betriebs der Brennkraftmaschine vom Düsenkörperschaft aufgenommen wird.

Ferner ist es von Vorteil, wenn das Kopplungselement am Zylinderkopf so angeordnet ist, dass in dem eingebauten Zustand des Einspritzventils der Düsenkörperschaft mit dem Zylinderkopf in dem Koppelbereich der Mantelfläche gekoppelt ist, an dem der Zylinderkopf während des Betriebs der Brennkraftmaschine einen vorgegebenen Temperaturgradienten aufweist. Dies ermöglicht eine vorgegebene Wärmeabfuhr von dem Düsenkörperschaft in den Zylinderkopf, wobei der Koppelbereich der Mantelfläche vorzugsweise einen geeignet großen Temperaturgradienten aufweist. Insbesondere kann das Kopplungselement am Zylinderkopf einen vorzugsweise geringen Abstand zu der Kühlung im Zylinderkopf aufweisen.

Ferner kann eine besonders wirkungsvolle thermische Kopplung erzielt werden, wenn das Kopplungselement am Zylinderkopf Kupfer umfasst.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Zylinderkopfs ist das Kopplungselement als eine Schicht auf der Mantelfläche der Ausnehmung des Zylinderkopfs ausgebildet. Die Schicht kann einfach auf die Mantelfläche der Ausnehmung des Zylinderkopfs aufgebracht werden.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schicht eine Wärmeleitpaste umfasst. Die Wärmeleitpaste kann einfach auf die Mantelfläche der Ausnehmung des Zylinderkopfs aufgebracht werden und ermöglicht eine wirkungsvolle thermische Kopplung.

Ferner kann die Schicht Kohlenstoff umfassen. Bevorzugt eine Schicht aus Graphit, das aus Kohlenstoff gebildet ist, kann auf der Mantelfläche der Ausnehmung im Zylinderkopf einfach mit einer Übermaßpassung ausgebildet sein, bezüglich dem Düsenkörperschaft. Darüber hinaus ist Graphit hitzebeständig.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Zylinderkopfs ist das Kopplungselement an mindestens einem vorgegebenen Abschnitt des Umfangs der Mantelfläche der Ausnehmung ausgebildet. Unter dem vorgegebenen Abschnitt des Umfangs ist ein Teil des Umfangs zu verstehen. Das Kopplungselement am Zylinderkopf kann so ausgebildet sein, dass es nicht innerhalb des ganzen Umfangs der Mantelfläche läuft, sondern unterbrochen ist. Falls der Düsenkörperschaft eine Ungenauigkeit bezüglich seiner Rundheit aufweist, so kann diese eventuell bei der Montage des Einspritzventils in die Ausnehmung des Zylinderkopfs durch Drehen des Einspritzventils um seine Längsachse kompensiert werden.

Ferner ist der Einbau des Einspritzventils einfach, wenn das Kopplungselement am Zylinderkopf ein elastisches Material um fasst. Das Kopplungselement am Zylinderkopf kann aber auch einstückig mit dem Zylinderkopf ausgebildet sein. Dies ist einfach bezüglich der Herstellung des Kopplungselements am Zylinderkopf.

Ferner kann das Kopplungselement aus einer Flüssigkeit gebildet sein, die nach der Montage des Einspritzventils in die Ausnehmung des Zylinderkopfs zwischen den Düsenkörperschaft und der Mantelfläche der Ausnehmung im Zylinderkopf gegossen wird und dann aushärtet. Dies ermöglicht auf einfache Weise eine passgenaue Ausbildung des Kopplungselement.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform einer Anordnung eines Einspritzventils in einem Zylinderkopf,
2 eine zweite Ausführungsform der Anordnung des Einspritzventils in dem Zylinderkopf mit Kühlung,
3 eine dritte Ausführungsform der Anordnung des Einspritzventils in dem Zylinderkopf,
4 einen Querschnitt durch das Einspritzventil gemäß 3,
5 eine vierte Ausführungsform der Anordnung des Einspritzventils in dem Zylinderkopf,
6 eine fünfte Ausführungsform der Anordnung des Einspritzventils in dem Zylinderkopf,
7 eine sechste Ausführungsform der Anordnung des Einspritzventils in dem Zylinderkopf,
8 einen Schnitt durch den Zylinderkopf gemäß 7 ohne Einspritzventil.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine erste Ausführungsform einer Anordnung eines Einspritzventils 1 in einem Zylinderkopf 5 (1) umfasst das Einspritzventil 1, das in einer Ausnehmung 4 des Zylinderkopfs 5 angeordnet ist, wobei das Einspritzventil 1 und der Zylinderkopf 5 Teil einer Brennkraftmaschine sind. Das Einspritzventil 1 umfasst einen Düsenkörper 2, der teilweise in einer Düsenspannmutter 3 aufgenommen ist. Das Einspritzventil 1 weist mindestens eine Einspritzöffnung 6 auf, über die Kraftstoff in einen Brennraum 14 der Brennkraftmaschine zumessbar ist. Das Einspritzventil 1 kann als Einspritzöffnung 6 auch mehrere Einspritzlöcher aufweisen. Angrenzend an die Düsenspannmutter 3 ist um den Düsenkörper 2 eine Injektordichtung 7 angeordnet. Die Injektordichtung 7 trennt einen Teil der Ausnehmung 4 dichtend ab, in dem die Düsenspannmutter 3 angeordnet ist, gegenüber einem brennraumseitigen Bereich 9 der Ausnehmung 4. Dabei stellt die Injektordichtung 7 eine axiale Kopplung zwischen der Düsenspannmutter 3 und einem Absatz 15 der Ausnehmung 4 dar. Der brennraumseitige Bereich 9 der Ausnehmung 4 erstreckt sich von dem Absatz 15 bis hin zu einem axialen Ende der Ausnehmung 4, das dem Brennraum 14 zugewandt ist. Zwischen der Einspritzöffnung 6 und der Injektordichtung 7 ist der Düsenkörper 2 als Düsenkörperschaft 8 ausgebildet. Der Düsenkörperschaft 8 ist zum Teil in dem brennraumseitigen Bereich 9 der Ausnehmung 4 angeordnet und liegt dort einer Mantelfläche 10 des brennraumseitigen Bereichs 9 der Ausnehmung 4 gegenüber.
Das Einspritzventil 1 kann bezüglich der Ausführungsform der Einspritzöffnung 6 unterschiedlich ausgebildet sein. Falls das Einspritzventil 1 nach innen öffnend ausgebildet ist, umschließt der Düsenkörper 2 eine Düsennadel, an einem axialen Ende des Düsenkörpers 2, das dem Brennraum zugewandt ist. Der Düsenkörper 2 weist dann als Einspritzöffnung 6 mindestens ein, bevorzugt mehrere Einspritzlöcher auf, die an dem axialen Ende des Düsenkörpers 2 angeordnet sind, das dem Brennraum zugewandt ist. Die Position der Düsennadel im Düsenkörper 2 wird von einem nicht dargestellten Aktuator gesteuert. In einer Schließposition unterbindet die Düsennadel einen Kraftstoffstrom durch die Einspritzlöcher. In einer Offenposition gibt die Düsennadel den Kraftstoffstrom durch die Einspritzlöcher frei.
Falls das Einspritzventil 1 nach außen öffnend ausgebildet ist, ragt die Düsennadel aus einer Ausnehmung im Düsenkörper 2 an dem dem Brennraum zugewandten axialen Ende des Düsenkörpers 2 heraus. In der Schließposition liegt die Düsennadel an der Ausnehmung im Düsenkörper 2 so an, dass der Kraftstoffstrom durch die Ausnehmung im Düsenkörper 2 unterbunden ist. In der Offenposition ist zwischen der Düsennadel und der Ausnehmung im Düsenkörper 2 ein ringförmiger Spalt gebildet, der als Einspritzöffnung 6 dient und durch den der Kraftstoff in den Brennraum 14 der Brennkraftmaschine zugemessen werden kann.
Die Bildung von Ablagerungen an dem Einspritzventil 1 ist von unterschiedlichen Parametern abhängig. Die Größe der Einspritzöffnung 6 wirkt sich auf die Schadstoffemissionen und auf die Bildung von Ablagerungen aus. Eine kleine Einspritzöffnung 6 trägt zu einem feinen Sprühbild und damit zu niedrigen Schadstoffemissionen bei, neigt aber eher zur Bildung von Ablagerungen. Die Temperatur des Einspritzventils 1 im Bereich 16 des Einspritzventils 1, an dem die Einspritzöffnung 6 angeordnet ist, wirkt sich während eines Betriebs der Brennkraftmaschine ebenfalls auf die Bildung von Ablagerungen aus. Je niedriger die Temperatur in dem Bereich 16 des Einspritzventils 1, an dem die Einspritzöffnung 6 angeordnet ist, desto geringer ist deren Neigung zur Bildung von Ablagerungen. Daher weist der Düsenkörperschaft 8 ein Kopplungselement 11 in einem axialen Endbereich 17 an einem axialen Ende des Düsenkörperschafts 8 auf, das in dem eingebauten Zustand des Einspritzventils 1 dem Brennraum 14 zugewandt ist. Das Kopplungselement 11 ist so am Düsenkörperschaft 8 ausgebildet und angeordnet, dass ein freies Volumen 18 der Ausnehmung 4 gegenüber dem Brennraum 14 dichtend abgetrennt ist. Das freie Volumen 18 ist zwischen dem Düsenkörperschaft 8 des Einspritzventils und der Ausnehmung 4 des Zylinderkopfs 5 ausgebildet und erstreckt sich von dem Kopplungselement 11 in Richtung weg von dem Brennraum 14. Dadurch wird ein Erhitzen des Düsenkörperschafts 8 durch Verbrennungsgase verringert, die während des Betriebs in dem Brennraum 14 entstehen. Die dichtende Wirkung des Kopplungselements 11 am Düsenkörperschaft 8 führt zu einer wirkungsvollen Wärmeabfuhr über den Düsenkörperschaft 8 aus dem Bereich 16 des Einspritzventils 1, an dem die Einspritzöffnung 6 angeordnet ist. In dem Bereich 16 führt dies zu einer durchschnittlichen Senkung der Temperatur und damit zu einer geringen Neigung zur Bildung von Ablagerungen.
Das Kopplungselement 11 am Düsenkörperschaft 8 umfasst beispielsweise eine Graphitschicht. Diese kann in Bezug zur Aus nehmung 4 mit einer Übermaßpassung auf dem Düsenkörperschaft aufgebracht werden. Bei einem anschließenden Einbau des Einspritzventils 1 in die Ausnehmung 4 des Zylinderkopfs wird dann die Graphitschicht individuell zur Ausnehmung 4 passend abgeschliffen.
In einer zweiten Ausführungsform der Anordnung des Einspritzventils 1 in dem Zylinderkopf 5 (2) ist das Kopplungselement 11 so an dem Düsenkörperschaft 8 angeordnet, dass der Abstand zu einer Kühlung 12 im Zylinderkopf 5 möglichst gering gehalten ist. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine bildet sich entlang des Düsenkörperschafts 8 und innerhalb des Zylinderkopfs 5 ein Temperaturgradient. Das Kopplungselement 11 am Düsenkörperschaft 8 ist bevorzugt an einem Koppelbereich 19 der Mantelfläche 10 angeordnet, der einen geeignet vorgegebenen Temperaturgradienten aufweist, bevorzugt mit einem geringen Abstand zu der Kühlung 12. Darüber hinaus ist das Kopplungselement 11 am Düsenkörperschaft 8 vorzugsweise aus einem thermisch gut leitenden Material gebildet. Thermisch gut leitend ist in diesem Zusammenhang ein Material, dessen Wärmeleitkoeffizient λ größer ist, als der Wärmeleitkoeffizient der Verbrennungsgase. Die während des Betriebs am Düsenkörperschaft 8 entstehende Wärme kann so über das Kopplungselement 11 am Düsenkörperschaft 8 wirkungsvoll in den Zylinderkopf 5 zur Kühlung 12 abgeführt werden.
Bevorzugt umfasst das Kopplungselement 11 am Düsenkörperschaft 8 Kupfer. Zum einen weist Kupfer einen sehr hohen Wärmeleitkoeffizienten λ auf, zum anderen erleichtert die Weichheit des Kupfers den Einbau des Einspritzventils 1 in die Ausnehmung 4 des Zylinderkopfs 5.
In einer dritten Ausführungsform der Anordnung des Einspritzventils 1 in dem Zylinderkopf 5 (3) weist das Kopplungselement 11 am Düsenkörperschaft 8 drei einzelne Abschnitte auf (siehe 4). Eine Ungenauigkeit in der Rundheit der Ausnehmung 4 in dem brennraumseitigen Bereich 9 kann so bei der Montage des Einspritzventils 1 durch Drehung des Einspritzventils 1 um seine Längsachse ausgeglichen werden.
In einer vierten Ausführungsform der Anordnung des Einspritzventils 1 in dem Zylinderkopf 5 (5) weist das Kopplungselement 11 entlang seiner axialen Erstreckung unterschiedliche Radien auf. In diesem Fall ist das Kopplungselement 11 kugelförmig ausgebildet. Der maximale Radius der Ausbuchtung ist so gewählt, dass der Düsenkörperschaft 8 und die Mantelfläche 10 gekoppelt sind. Das Kopplungselement 11 am Düsenkörperschaft 8 kann auch konusförmig ausgebildet sein, wobei sich der Radius vorzugsweise zum Brennraum 14 hin verkleinert. Diese Maßnahmen ermöglichen den einfachen Einbau des Einspritzventils 1 in die Ausnehmung 4 des Zylinderkopfs 5.
Das Kopplungselement 11 am Düsenkörperschaft 8 kann vorzugsweise ein elastisches Material umfassen und/oder in Bezug auf die Ausnehmung 4 eine Übermaßpassung aufweisen. Durch Pressung des Kopplungselements 11 am Düsenkörperschaft 8 gegen die Mantelfläche 10 der Ausnehmung 4 wird das freie Volumen 18 gegenüber dem Brennraum 14 dichtend abgetrennt. Umfasst das Kopplungselement 11 ein elastisches Material, so kann bei dem Einbau des Einspritzventils 1 in den Zylinderkopf 5 die Welligkeit und eine Ungenauigkeit in der Rundheit der Ausnehmung 4 durch elastische Verformung des Kopplungselements 11 am Düsenkörperschaft 8 kompensiert werden.
Das Kopplungselement 11 am Düsenkörperschaft 8 kann vorzugsweise auch als Ring ausgebildet sein. Dieser kann dann vor dem Einbau des Einspritzventils 1 in die Ausnehmung 4 des Zylinderkopfs 5 auf den Düsenkörperschaft 8 geschoben werden. Bevorzugt umfasst dann der Ring ein plastisch und/oder elastisch verformbares Material.
In einer fünften Ausführungsform der Anordnung des Einspritzventils 1 in dem Zylinderkopf 5 (6) ist das Kopplungselement 13 als Verjüngung der Ausnehmung 4 am Zylinderkopf 5 ausgebildet. Das Kopplungselement 13 am Zylinderkopf 5 ist so ausgebildet und angeordnet, dass es den Düsenkörperschaft 8 des Einspritzventils 1 mit der Mantelfläche 10 der Ausnehmung 4 mechanisch koppelt. Dabei kann das Kopplungselement 13 am Zylinderkopf 5 einstückig mit dem Zylinderkopf 5 ausgebildet sein.
Das Kopplungselement 13 am Zylinderkopf 5 kann vorzugsweise so ausgebildet und angeordnet sein, dass es in dem eingebauten Zustand des Einspritzventils 1 den Düsenkörperschaft 8 des Einspritzventils 1 mit der Mantelfläche 10 der Ausnehmung 4 thermisch koppelt und/oder das freie Volumen 18 der Ausnehmung 4 gegenüber dem Brennraum 14 dichtend abtrennt. Das freie Volumen 18 ist dann zwischen dem Düsenkörperschaft 8 des Einspritzventils und der Ausnehmung 4 des Zylinderkopfs 5 ausgebildet und erstreckt sich von dem Kopplungselement 11 in Richtung weg von dem Brennraum 14. Vorzugsweise kann das freie Volumen 18 mit einem axialen Endbereich 21 überlappend ausgebildet sein, der an dem axialen Ende der Ausnehmung 4 ausgebildet ist, das dem Brennraum 14 zugewandt ist.
Das Kopplungselement 13 am Zylinderkopf 5 kann auch von den Ausführungsbeispielen abweichend entlang der axialen Erstreckung der Mantelfläche 10 der Ausnehmung 4 des Zylinderkopfs 5 angeordnet sein. Insbesondere kann das Kopplungselement 13 am Zylinderkopf 5 in dem Koppelbereich 19 der Mantelfläche 10 angeordnet sein, der während des Betriebs der Brennkraftmaschine einen geeignet vorgegebenen Temperaturgradienten aufweist. Dabei kann das Kopplungselement 13 am Zylinderkopf 5 beispielsweise einen vorgegebenen, vorzugsweise geringen Abstand zu der Kühlung 12 (siehe 2) aufweisen.
In einer sechsten Ausführungsform der Anordnung des Einspritzventils 1 in dem Zylinderkopf 5 (7) ist das Kopplungselement 13 am Zylinderkopf 5 an zwei Abschnitten (siehe 8) entlang des Umfangs der Mantelfläche 10 der Ausnehmung 4 angeordnet und koppelt die Mantelfläche 10 mit dem Düsenkörperschaft 8 am Einspritzventil 1. Durch diese Maßnahme können Ungenauigkeiten in der Rundheit des Düsenkörperschafts 8 bei dem Einbau des Einspritzventils 1 ausgeglichen werden.
Eine wirkungsvolle thermische Kopplung durch das Kopplungselement 11 am Zylinderkopf 5 kann durch die Verwendung eines vorzugsweise großen Anteils von Kupfer im Kopplungselement 11 am Zylinderkopf erzielt werden. Sie kann durch Auftragen einer Schicht, vorzugsweise der Wärmeleitpaste, zusätzlich verbessert werden. Das Kopplungselement 11 am Zylinderkopf kann aber auch nur aus einer entsprechend dicken Schicht der Wärmeleitpaste und/oder einem anderen thermisch gut leitenden Material gebildet sein. Die Schicht kann aber auch einen vorzugsweise hohen Anteil Graphit enthalten.
Die verschiedenen Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert sein. So kann beispielsweise jede Ausführungs form der Kopplungselemente 11, 13 ein elastisches Material, Graphit, Kupfer, Wärmeleitpaste, ein beliebiges thermisch gut leitendes Material umfassen oder allgemein thermisch koppeln. Bei allen Ausführungsformen bei denen die Kopplungselemente 11, 13 um den ganzen Umfang des Düsenkörperschafts 8 bzw. der Ausnehmung 4 umlaufen, kann das freie Volumen 18 dichtend abgetrennt sein gegenüber dem Brennraum 14. Bei Ausführungsformen bei denen die Kopplungselemente 11, 13 abschnittsweise ausgebildet sind können beliebig viele Abschnitte ausgebildet sein.

Claims

Einspritzventil (1), das in eine Ausnehmung (4) eines Zylinderkopfs (5) einer Brennkraftmaschine einbaubar ist, mit mindestens einer Einspritzöffnung (6) und einem Düsenkörper (2), der einen Düsenkörperschaft (8) umfasst, wobei der Düsenkörperschaft (8) ein Kopplungselement (11) aufweist, das radial vom Düsenkörperschaft (8) absteht und in einem eingebauten Zustand des Einspritzventils (1) in radialer Richtung den Düsenkörperschaft (8) mit einer Mantelfläche (10) der Ausnehmung (4) des Zylinderkopfs (5) mechanisch koppelt.
Einspritzventil (1) nach Anspruch 1, bei dem das Kopplungselement (11) am Düsenkörperschaft (8) entlang seiner axialen Erstreckung unterschiedliche Radien aufweist.
Einspritzventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Kopplungselement (11) so am Düsenkörperschaft (8) ausgebildet und angeordnet ist, dass in dem eingebauten Zustand des Einspritzventils (1) ein freies Volumen (18) zwischen der Mantelfläche (10) und dem Düsenkörperschaft (8) ausgebildet ist, der sich von dem Kopplungselement (11) am Düsenkörperschaft (8) in Richtung weg von der mindestens einen Einspritzöffnung (6) erstreckt, und gegenüber einem Brennraum (14) der Brennkraftmaschine dichtend abgetrennt ist.
Einspritzventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Kopplungselement (11) so an dem Düsenkörperschaft (8) angeordnet ist, dass es in dem eingebauten Zustand des Einspritzventils (1) in einem axialen Endbereich (21) der Ausnehmung (4) angeordnet ist, der dem Brennraum (14) der Brennkraftmaschine zugewandt ist.
Einspritzventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Kopplungselement (11) so am Düsenkörperschaft (8) ausgebildet und angeordnet ist, dass es in dem eingebauten Zustand des Einspritzventils (1) in radialer Richtung eine thermische Kopplung zwischen dem Düsenkörperschaft (8) des Einspritzventils (1) und der Mantelfläche (10) der Ausnehmung (8) des Zylinderkopfs (5) bildet.
Einspritzventil (1) nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 5, bei dem das Kopplungselement (11) an mindestens einem vorgegebenem Abschnitt des Umfangs des Düsenkörperschafts (8) ausgebildet ist.
Einspritzventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Kopplungselement (11) so am Düsenkörperschaft (8) angeordnet ist, dass es in dem eingebauten Zustand des Einspritzventils (1) mit dem Zylinderkopf (5) in einem Koppelbereich (19) gekoppelt ist, an dem der Zylinderkopf (5) während eines Betriebs der Brennkraftmaschine einen vorgegebenen Temperaturgradienten aufweist.
Einspritzventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Kopplungselement (11) so am Düsenkörperschaft (8) angeordnet ist, dass es in dem eingebauten Zustand des Einspritzventils (1) einen vorgegebenen Abstand zu einer Kühlung (12) des Zylinderkopfs (5) aufweist.
Einspritzventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Kopplungselement (11) am Düsenkörperschaft (8) Kupfer umfasst.
Einspritzventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Kopplungselement (11) als eine Schicht auf den Düsenkörperschaft ausgebildet ist.
Einspritzventil (1) nach Anspruch 10, bei dem die Schicht Kohlenstoff umfasst.
Einspritzventil (1) nach Anspruch 10, bei dem die Schicht eine Wärmeleitpaste umfasst.
Einspritzventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Kopplungselement (11) am Düsenkörperschaft (8) ein elastisch verformbares Material umfasst.
Einspritzventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Kopplungselement (11) einstückig mit dem Düsenkörperschaft (8) ausgebildet ist.
Zylinderkopf (5) für eine Brennkraftmaschine, der eine Ausnehmung (4) aufweist, in die ein Einspritzventil (1) mit einem Düsenkörperschaft (8) einbaubar ist, wobei an einer Mantelfläche (10) der Ausnehmung (4) ein Kopplungselement (13) am Zylinderkopf (5) ausgebildet ist, das in einem eingebauten Zustand des Einspritzventils (1) in radialer Richtung den Düsenkörperschaft (8) mit der Mantelfläche (10) mechanisch koppelt.
Zylinderkopf (5) nach Anspruch 15, bei dem das Kopplungselement (13) am Zylinderkopf (5) so ausgebildet und angeordnet ist, dass in dem eingebauten Zustand des Einspritzventils (1) einfreies Volumen (20) zwischen der Mantelfläche (10) der Ausnehmung (4) und dem Düsenkörperschaft (8) ausgebildet ist, der sich vom dem Kopplungselement (13) am Zylinderkopf (5) in Richtung weg von einem Brennraum (14) erstreckt, und gegenüber dem Brennraum (14) der Brennkraftmaschine dichtend abgetrennt ist.
Zylinderkopf (5) nach Anspruch 15 oder 16, bei dem das Kopplungselement (13) am Zylinderkopf (5) so ausgebildet und angeordnet ist, dass es in dem eingebauten Zustand des Einspritzventils (1) in radialer Richtung eine thermische Kopplung zwischen dem Düsenkörperschaft (8) des Einspritzventils (1) und der Mantelfläche (10) der Ausnehmung (8) des Zylinderkopfs (5) bildet.
Zylinderkopf (5) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem das Kopplungselement (13) am Zylinderkopf (5) als eine Schicht auf der Mantelfläche (10) der Ausnehmung (8) des Zylinderkopfs (5) ausgebildet ist.
Zylinderkopf (5) nach Anspruch 17, bei dem die Schicht eine Wärmeleitpaste umfasst.
Zylinderkopf (5) nach einem der Ansprüche 15, oder 17 bis 19, bei dem das Kopplungselement (13) am Zylinderkopf (5) an mindestens einem vorgegebenem Abschnitt des Umfangs der Mantelfläche (10) der Ausnehmung (8) des Zylinderkopfs (5) ausgebildet ist.