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Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor,
insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens zwei Arbeitszylindern und
einem die Arbeitszylinder verschließenden Zylinderkopf,
in dem für jeden Arbeitszylinder eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
angeordnet ist, wobei für je wenigstens zwei Kraftstoffeinspritzvorrichtungen eine
Spannpratze mit wenigstens zwei Armen derart vorgesehen ist, dass
jeweils ein Arm der Spannpratze auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
wirkt und die jeweilige Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer vorbestimmten
Kraft gegen einen Sitz im Zylinderkopf drückt, wobei ein
Befestigungsmittel vorgesehen ist, welches die Spannpratze am Zylinderkopf befestigt,
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus
der
EP 0 751 290 B1 ist
eine Anordnung zum Festklemmen von zwei oder drei Kraftstoffeinspritzdüsen
mit einer Düsenklemmeinrichtung bekannt. Hierbei weist
die Düsenklemmeinrichtung Kontaktteile auf, die auf Klemmaufnahmesitzen
der Kraftstoffeinspritzdüsen aufsitzen. Zwischen den Kontaktteilen
weist die Düsenklemmeinrichtung ein Bolzeneinsatzloch auf,
in das ein Klemmbolzen eingeführt ist, um einen Druck gegen
die Kraftstoffeinspritzdüsen auszuüben und Abdichtlasten
abzugeben. Die Düsenklemmeinrichtung beinhaltet ein Spiel,
welches die Druckkraft auf die Kraftstoffeinspritzdüsen
verringert, so dass bei einem vorbestimmten Grad an Bolzenanziehkraft
eine im Wesentlichen gleiche Druckkraft auf den drei Kraftstoffeinspritzdüsen
auftritt. Alternativ ist die Düsenklemmeinrichtung aus
einem Federmaterial derart hergestellt, dass die Düsenklemmeinrichtung
leicht gebogen wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der
o. g. Art hinsichtlich Montage und Wartungsfreundlichkeit zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine
der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren
Ansprüchen beschrieben.
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Dazu
ist es bei einer Brennkraftmaschine der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Arme der Spannpratze und/oder das Befestigungsmittel derart
ausgebildet ist bzw. sind, dass oberhalb der vorbestimmten Kraft
für den Andruck der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen gegen den
jeweiligen Sitz im Zylinderkopf die Arme der Spannpratze und/oder das
Befestigungsmittel einer plastischen Verformung unterliegen.
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Dies
hat den Vorteil, dass auf einfache Weise eine vorbestimmte Andruckkraft
der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen gegen den jeweiligen Sitz im
Zylinderkopf sichergestellt und eine Beschädigung der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen
bei der Montage durch eine zu hohe Andruckkraft wirksam vermieden ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Befestigungsmittel
für wenigstens eine Spannpratze wenigstens einen Schraubbolzen,
welcher in den Zylinderkopf eingeschraubt ist und durch die Spannpratze
hindurch greift, wobei eine Schraubenmutter vorgesehen ist, welche
auf den Schraubbolzen aufgeschraubt die Spannpratze in Richtung des
Zylinderkopfes derart mit Kraft beaufschlagt, dass die Spannpratze
die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gegen den jeweiligen Sitz im
Zylinderkopf drückt.
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Zweckmäßigerweise
umfasst das Befestigungsmittel für wenigstens eine Spannpratze
wenigstens eine Durchsteckschraube mit Schraubenkopf, welche durch
die Spannpratze hindurch greift und in den Zylinderkopf geschraubt
ist, so dass der Schraubenkopf die Spannpratze in Richtung des Zylinderkopfes
derart mit Kraft beaufschlagt, dass die Spannpratze die Kraftstoffeinspritzvorrichtung
gegen den jeweiligen Sitz im Zylinderkopf drückt.
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Dadurch,
dass die Spannpratze dreiteilig ausgebildet ist und zwei Spannbügel,
die jeweils eine Seite der beiden Arme der Spannpratze ausbilden, sowie
ein Klammerstück aufweist, welches die beiden Spannbügel
zusammenhält und durch welches das Befestigungsmittel greift,
müssen bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten an den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen
nach dem Lösen der Befestigungsmittel nicht die vollständigen
Spannpratzen sondern nur die Spannbügel ausgetauscht werden.
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Zweckmäßigerweise
sind die Spannbügel als Blechstanzteile und/oder das Klammerstück
als Blechteil, Gussteil oder Sinterteil ausgebildet.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher
erläutert. Diese zeigt in
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1 eine
erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine in Schnittansicht,
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2 eine
zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine in Schnittansicht und
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3 die
zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine gemäß 2 in Aufsicht.
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Die
Erfindung umfasst eine Befestigung und Abdichtung von beispielsweise
CR(Common-Rail)-Injektoren in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine.
Erfindungsgemäß ist immer eine Spannpratze zur
Befestigung von je 2 Injektoren mit einer Befestigungsschraube vorgesehen.
Die Verschraubung erfolgt immer im Zylinderkopf. Hierbei muss die
Vorspannkraft auf die Injektoren genau eingestellt werden, da es
sonst zu Beschädigungen im Injektor oder zu Undichtigkeiten
kommen kann. Das System muss also immer eine minimale Vorspannkraft
darstellen, mit der die beiden Injektoren sicher abgedichtet werden
können. Außerdem muss die Vorspannkraft nach oben
begrenzt werden, damit die Injektoren nicht zerstört werden.
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Bei
der in 1 dargestellten, ersten bevorzugten Ausführungsform
ist in den Zylinderkopf 10 zwischen je 2 Zylindern ein
beispielsweise M8-Gewindebolzen 12 eingeschraubt. Der Gewindebolzen 12 ist
bis auf den Bohrungsgrund eingeschraubt. Anschließend wird
ein Leiterrahmen 14 mit Flüssigdichtmittel aufgesetzt
und mit beispielsweise M6-Kombischrauben 16 verschraubt.
Dabei werden Lagerbrücken (Verbindungsstege zwischen Ein-
und Auslassnockenwellenlager) im Bereich der M8-Gewindebolzen 12 mit
einer beispielsweise M8-Schraubmutter 18 verschraubt. An
den Stegen, an denen keine Schraubbolzen vorhanden sind, werden
die Stege mit beispielsweise 2×M6-Kombischrauben (nicht
dargestellt) befestigt. Alternativ kann an diesen Stellen eine Substitution
von 2×M6-Kombischraube durch 1×M8-Kombischraube
vorgesehen sein.
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Anschließend
wird eine Zylinderkopfhaube 20 verbaut. Im Bereich der
Gewindebolzen 12 sind in der Zylinderkopfhaube 20 metallische
Stützhülsen 22 eingebracht (eingespritzt
oder eingeschlagen). Diese Stützhülsen 22 sitzen
lose auf der schon montierten M8-Schraubmutter 18 auf.
An der Zylinderkopfhaube 20 ist im Bereich von Kraftstoffinjektoren 24 je
ein Dichtring 26 montiert und im Bereich des Gewindebolzens 12 ist
eine Dichtung 28 zum Leiterrahmen integriert. Anschließend
werden je 2 Kraftstoffinjektoren 24 mit einer Spannpratze 30 zusammengesteckt und
gemeinsam durch die beiden Dichtringe 26 in der Zylinderkopfhaube 20 in
den Zylinderkopf 10 gesteckt. Die Spannpratze 30 wird über
ein Durchgangsloch auf den Gewindebolzen 12 aufgefädelt. Das
System aus Kraftstoffinjektoren 24 und Spannpratze 30 wird
gegen einen Dichtsitz 32 in einer Injektorbohrung des Zylinderkopfes 10 gedrückt.
Anschließend wird der Verbund mit einer weiteren beispielsweise
M8-Schraubmutter 34 verschraubt. Die Spannpratze 30 wird
durch das angelegte Drehmoment von beispielsweise 20 Nm und einem
Weiterdrehwinkel von 90° auf Block verschraubt. Der Kraftfluss
im Bereich der Gewindebolzen 12 läuft also über
die äußere M8-Schraubmutter 34 durch
die Spannpratze 30, die Hülse 22, die
weitere M8-Schraubmutter 18 und den Leiterrahmen 14 in den
Zylinderkopf 10. Auf der Seite des Kraftstoffinjektors 24 wird
die Kraft durch die M8-Schraubmutter 34 und über
die beiden Arme der Spannpratze 30 auf den Kraftstoffinjektor 24 und
dann auf eine Dichtscheibe des Kraftstoffinjektors 24 im
Kopf geleitet.
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Durch
das Verschrauben der Spannpratze 30 auf Block wird auch
die notwendige Anpresskraft für die Dichtung 28 in
der Zylinderkopfhaube 20 auf den Leiterrahmen 14 im
Bereich der Gewindebolzen 12 aufgebracht.
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Die
Festigkeit der M8-Verschraubung ist derart ausgelegt, dass unter
allen Toleranzbedingungen immer eine Verschraubung auf Block möglich
ist. Dies ist wichtig, damit der Dichtverbund umfassend Zylinderkopfhaube 20 und
Leiterrahmen 14 funktioniert und damit es nicht zu Relativbewegungen
zwischen der Spannpratze 30 und den Kraftstoffinjektoren 24 sowie
zwischen der Spannpratze 30 und der Hülse 22 kommen
kann. Die Toleranzen setzen sich auf der Seite der Kraftstoffinjektoren 24 aus
den Höhentoleranzen der Auflageflächen der Spannpratze 30 an
den Kraftstoffinjektoren 24 zusammen und betragen bis zu
1,1 mm. Im Bereich der Auflage der Spannpratze 30 auf der
Hülse 22 setzten sich die Toleranzen aus Spannpratze 30,
Hülse 22, Leiterrahmen 14 und Zylinderkopf 10 zusammen.
Hier können sich ebenfalls Toleranzen im Bereich von 1,2
mm ergeben. Als minimaler Verformungsweg wird nun ein Abstand "x"
zwischen Spannpratze 30 und Hülse 22 ausgelegt
und eingestellt.
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Für
eine minimale Vorspannkraft von beispielsweise 7 kN ist der Fall
"kleinster Verformungsweg" der Spannpratze 30 bis zum Blocksitz
relevant. Das bedeutet, dass die Spannpratze 30 schon bei kleinen
Verformungswegen eine ausreichende Steifigkeit haben muss, um die
geforderten Vorspannkräfte zu erreichen. Bei "großen
Verformungswegen" bis zum Blocksitz bei entgegengesetzter Toleranzlage
ist die Spannpratze 30 derart ausgelegt, dass es zu einer
plastischen Verformung in der Spannpratze 30 kommt und
somit kein weiterer Zuwachs an Vorspannkraft auf den Kraftstoffinjektor 24 oberhalb
des maximal zulässigen Wertes von 9 kN pro Kraftstoffinjektor 24 möglich
ist. Der minimale Verformungsweg ist also abhängig von
den Toleranzen der beteiligten Bauteile und dem gewählten
Abstand "x" zwischen Spannpratze 30 und Hülse 22.
Der Abstand "x" ergibt sich nun aus den Toleranzen und einem minimal
notwendigen Verformungsweg der plastischen Verformung der Arme der
Spannpratzen 30 für das Erreichen der minimalen
Vorspannkraft.
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Da
die zulässigen Kräfte auf die Kraftstoffinjektoren 24 bekannt
sind, ist eine Kombination aus Pratzengeometrie, Materialeigenschaften
und Abstand "x" als Lösungsweg vorgesehen. Die Spannpratze 30 ist
derart ausgelegt, dass eine plastische Verformung immer in den Armen
der Spannpratze 30 erfolgt. Der mittlere Bereich der Spannpratze 30 mit der
Durchgangsbohrung und der Mutternauflage oben und der Hülsenauflage
unten sind sehr steif gehalten. Dadurch ist sichergestellt, dass
die Auflageflächen keiner Verformung unterworfen sind und
es so nicht zu Kantenträgern und Vorspannkraftverlusten
kommt.
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Die
Arme der Spannpratze 30 sind derart ausgelegt, dass sämtliche
Verformungen dort stattfinden. Der Querschnitt der Arme verringert
sich im Horizontalschnitt bis zu den Auflageflächen der Spannpratze 30 in
Abhängigkeit von der Materialsteifigkeit und der daraus
resultierenden Biegebelastung bei anliegender Last durch den Schraubfall.
Die Breite der Arme ist konstant gehalten. Hierbei ist der Querschnitt
derart gewählt, dass die minimale Vorspannkraft sicher
erreicht wird und die maximal zulässige Biegespannung beim Übergang
der Arme in aufliegende Füßchen nicht überschritten
wird. Aus dem Zusammenspiel zwischen Geometrie und Materialeigenschaften
lassen sich nun unterschiedliche Varianten von Spannpratzen 30 erzeugen.
Das hat den Vorteil, dass man für beengte Platzverhältnisse steifere
Materialien wählt, die mit geringeren Querschnitten auskommen.
Bei genügend Bauraum hingegen werden kostengünstigere
Materialien gewählt, wobei sich hierbei größere
Querschnitte in den Armen der Spannpratze 30 ergeben. Der
Abstand "x" ist eine Variable, die zur Optimierung herangezogen werden
kann.
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Eine
zweite, alternative Ausführungsform ist in 2 und 3 dargestellt.
Funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet,
wie in 1, so dass zu deren Erläuterung auf die
obige Beschreibung der 1 verwiesen wird. Im Unterschied
zur ersten Ausführungsform gemäß 1 ist bei
der zweiten Ausführungsform gemäß 2 die Verschraubung
der Spannpratze 30 mit einer Durchsteckschraube 36 anstelle
der oben beschriebenen Bolzenlösung realisiert. Hierbei
wird das System Gewindebolzen 12 mit zwei Schraubmuttern 18, 34 (1)
durch eine M8-Kombischraube 36 ersetzt. Für die
Verschraubung der Spannpratze 30 und deren Kraftbeaufschlagen
bei den Kraftstoffinjektoren 24 ergeben sich keine weiteren
Auswirkungen. Für die Abdichtung des Leiterrahmens 14 zum
Zylinderkopf 10 wird dann bevorzugt ein langsam aushärtendes
Dichtmittel verwendet, da die Zeit, bis die notwendige Schraubenkraft
anliegt, länger ist als in der oben beschriebenen Lösung
gemäß 1. Für die Toleranzsituation
auf der Schraubenseite ergibt sich eine Verbesserung, da die M8-Schraubutter 18 zur Befestigung
der Leiterrahmens 14 entfällt.
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Nachfolgend
wird der Zusammenbau der zweiten bevorzugten Ausführungsform
gemäß 2 beschrieben. Der Zylinderkopf 10 wird
in vormontierten Zustand mit aufgesetzter und verschraubter Zylinderkopfhaube 20 bereitgestellt.
Der Leiterrahmen 14 ist verschraubt und abgedichtet. Nun
werden je 2 Kraftstoffinjektoren 24 mit einer Spannpratze 30 vormontiert
und durch die beiden Injektordichtringe 26 in den Zylinderkopf 10 eingefädelt.
Dann werden die Kraftstoffinjektoren 24 in den Sitz 32 im
Zylinderkopf 10 (in 2 und 3 nicht
dargestellt) gedrückt. Die Befestigungsschraube 36 wird
durch die Spannpratze 30 in den Zylinderkopf 10 gesteckt
und mit 10 Nm und 90° Weiterdrehwinkel verschraubt. Die
Kraftstoffinjektoren 24 sind nun montiert.
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Bei
diesem System wird eine steife Spannpratze 30 eingesetzt,
die nur eine geringe Durchbiegung zulässt Der Kraftfluss über
die Schraube 36 geht also einerseits direkt in den Zylinderkopf 10 und andererseits
direkt auf die Kraftstoffinjektoren 24. Die Schraube 36 ist
beispielsweise eine M6-Schraube, die sowohl mit Unterlegscheibe
als auch als einteilige Schraube ausgeführt sein kann.
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Die
Schraube 36 weist einen Dichtschaft auf, der die Schraube über
die Zylinderkopfhaube 20 abdichtet. Dazu ist in der Zylinderkopfhaube 20 ein Dichtgummi 38 montiert.
Dieser Dichtgummi 38 ist entweder angespritzt oder montiert.
Der Sitz der Schraube 36 auf der Spannpratze 30 ist
derart ausgeführt, dass auf der Spannpratze 30 eine
kegelförmige Kontur und auf der Schraube 36 eine
kugelförmige Kontur ausgebildet ist. Somit wird auch bei Schrägstellung
der Spannpratze 30 oder der Schraube 36 eine Linienlast
aufgetragen. Damit ist eine gleichmäßige Lastverteilung
sichergestellt.
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Die
Spannpratze 30 wird in diesem Fall nicht auf Block angezogen.
Unter dem vorgeschriebenen Drehmoment und dem Weiterdrehwinkel ergibt
sich aus der festgelegten Festigkeit der Schraube 36 eine resultierende
minimale Vorspannkraft, die von den Reibbeiwerten und den Festigkeitstoleranzen
der Schraubenverbindung abhängig ist. Die Schraube 36 ist
für diesen Fall in ihrer Festigkeit eingeschränkt und
unterliegt einer plastischen Verformung. Ein Vorteil dieses Systems
ist die Wiederverwendbarkeit der Spannpratze 30. Lediglich
die Schraube 36 muss nach einem Aus- und wieder Einbau
der Kraftstoffinjektoren 24 getauscht werden, beispielsweise
wenn eine Reparatur am Injektor o. ä. notwendig ist. Ein weiterer
Vorteil liegt darin, dass der Zusammenbau des Zylinderkopfes 10 vor
der Montage der Kraftstoffinjektoren 24 vollständiger
sein kann als bei der ersten Ausführungsform gemäß 1.
Weiterhin ist die Toleranzsituation wegen der geringeren Anzahl der
Bauteile verbessert. Durch die sehr steife Spannpratze 30 wird
die Einleitung von Querkräften in die Kraftstoffinjektoren 24 stark
reduziert. Bei der Geometriegebung der Spannpratze 30 kommt
es nun hauptsächlich auf maximale Steifigkeit an.
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Aus 3 ist
zusätzlich eine besondere Ausführungsform der
Spannpratze 30 ersichtlich. Unabhängig vom Verschraubungskonzept
gemäß 1 oder 2 ist die
Spannpratze 30 beispielsweise dreiteilig ausgebildet und
umfasst zwei Spannbügel 42, 44, die jeweils
eine Seite der beiden Arme der Spannpratze 30 ausbilden,
und ein Zentralteil, Klammerstück oder Klemmteil 40 in
der Mitte der Spannpratze 30 zur Aufnahmen der Schraube 36 und
zur Führung der Spannbügel 42. Das System
ist lose montiert und wird durch die Schraubenkräfte zusammengehalten
oder es ist durch Klemmen leicht vorfixiert. Der Vorteil dieses
Systems liegt darin, dass die Spannpratze 30 ohne Ziehen
beider Kraftstoffinjektoren 24 demontiert werden kann.
Hierzu baut man die Spannpratze 30 auseinander und zieht
dann nur den zu reparierenden Kraftstoffinjektor 24 aus
dem Zylinderkopf 10 heraus. Ein weiter Vorteil ist die
kostengünstigere Herstellung der Einzelteile.
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- 10
- Zylinderkopf
- 12
- Gewindebolzen
- 14
- Leiterrahmen
- 16
- M6-Kombischrauben
- 18
- Schraubmutter
- 20
- Zylinderkopfhaube
- 22
- metallische
Stützhülsen
- 24
- Kraftstoffinjektor
- 26
- Dichtring
- 28
- Dichtung
zum Leiterrahmen
- 30
- Spannpratze
- 32
- Dichtsitz
- 34
- Schraubmutter
- 36
- Durchsteckschraube
- 38
- Dichtgummi
- 40
- Klemmteil
- 42
- Spannbügel
- 44
- Spannbügel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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