DE102010005064A1 - Cylinder head for internal combustion engine, has fuel injector for insertion of fuel directly in cylinder of internal combustion engine, where fuel injector has valve needle that is movable in axial direction by control element - Google Patents

Cylinder head for internal combustion engine, has fuel injector for insertion of fuel directly in cylinder of internal combustion engine, where fuel injector has valve needle that is movable in axial direction by control element Download PDF

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Abstract

The cylinder head (1) has a fuel injector (2) for insertion of fuel directly in a cylinder (3) of an internal combustion engine. The fuel injector has a valve needle (5) that is movable in axial direction by a control element (4). The valve needle allows a fuel supply by a spray bore (7) in the cylinder during lifting of a valve seat (6). The valve needle is guided directly in the cylinder head or in a valve needle guide (8). The spray bore is formed by the cylinder head or the valve needle guide.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a cylinder head for an internal combustion engine with the features of the preamble of patent claim 1.

Sie geht von der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2005 058 317 A1 aus. Aus dieser ist ein Injektor für eine Brennkraftmaschine bekannt, der zum Einspritzen von einem Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Der Injektor umfasst ein Injektorventil und ein das Injektorventil über Kraftstoffdruck steuerndes Steuerventil. Das Steuerventil weist eine elektrische Spule, ein Ventilgehäuse und ein längs verschiebbar in einem Ventilgehäuse geführten Ventilstößel mit einer daran befestigten Ankerplatte auf. Es ist eine Federkammer mit einer auf den Ventilstößel wirkenden Druckfeder vorgesehen, wobei eine Vorspannkraft der Druckfeder einer von Strom durchflossenen elektrischen Spule auf die Ankerplatte einwirkenden Zugkraft entgegenwirkt. Die Federkammer ist in axialer Richtung durch die Ankerplatte begrenzt. Weiter ist ein aus der Federkammer herausführender Druckausgleichskanal vorgesehen.It starts from the German publication DE 10 2005 058 317 A1 out. From this, an injector for an internal combustion engine is known, which is provided for injecting a fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine. The injector includes an injector valve and a control valve that controls the injector valve via fuel pressure. The control valve has an electric coil, a valve housing and a longitudinally displaceably guided in a valve housing valve tappet with an anchor plate attached thereto. It is a spring chamber provided with a force acting on the valve stem compression spring, wherein a biasing force of the compression spring counteracts a current flowing through electric coil on the armature plate acting tensile force. The spring chamber is limited in the axial direction by the anchor plate. Next, a leading out of the spring chamber pressure equalization channel is provided.

Gattungsgemäße Injektoren sind sehr kostenintensiv. Weiter führen die notwendigen Befestigungselemente zu weiteren Mehrkosten. Außerdem haben heute bekannte Kraftstoffinjektoren teilweise große Toleranzen bezüglich der Lage der Spraybohrungen relativ zur Zündkerze, was zu einem schlechten Brennkraftmaschinenlauf (Laufunruhe) führen kann.Generic injectors are very expensive. Next, the necessary fasteners lead to additional costs. In addition, today known fuel injectors have sometimes large tolerances with respect to the position of the spray holes relative to the spark plug, which can lead to a poor engine running (rough running).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, oben genannte Nachteile zu vermeiden.Object of the present invention is to avoid the above-mentioned disadvantages.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features in the characterizing part of patent claim 1.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung führt zu in vorteilhafter Weise zu einer Kostenersparnis durch Wegfall von einzelnen Injektorbauelementen. Weiterhin kann eine Brennraumabdichtung zwischen Injektor und Zylinderkopf entfallen. Ferner ergibt sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine Verbesserung der Genauigkeit der Lage der Spritzlöcher, bzw. Spraybohrungen bezüglich der Zündkerze, wodurch die Laufruhe im Falle einer fremd gezündeten Brennkraftmaschine verbessert wird. Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Kraftstofftemperaturkontrolle durch ein Temperaturmanagement des Zylinderkopfes.The embodiment of the invention leads to an advantageous manner to a cost savings by eliminating individual Injektorbauelementen. Furthermore, a combustion chamber seal between the injector and the cylinder head can be omitted. Furthermore, the embodiment of the invention results in an improvement in the accuracy of the position of the injection holes, or spray holes with respect to the spark plug, whereby the smoothness is improved in the case of an externally ignited internal combustion engine. Next results in an advantageous manner, a fuel temperature control by a temperature management of the cylinder head.

Die Ausgestaltungen gemäß den Unteransprüchen sind besonders bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The embodiments according to the subclaims are particularly preferred developments of the invention.

Die Erfindung beschreibt somit eine teilweise Integration des Kraftstoffinjektors in den Zylinderkopf. Dabei wird die Nadelgruppe mit Spritzlöchern, bzw. Spraybohrungen und ggf. ein Dichtelement zwischen dem Kraftstoffinjektor und dem Zylinderkopf in den Zylinderkopf integriert. Die übrigen Bauelemente des Kraftstoffinjektors werden in eine Montagestelle eingesetzt, besonders bevorzugt eingeschraubt. Zusätzliche Befestigungselemente für den Kraftstoffinjektor können somit entfallen. Insbesondere bietet ein solches erfindungsgemäßes Prinzip in Kombination mit der Integration anderer kraftstoffführender Bauteile, insbesondere dem Kraftstoffrail und den Kraftstoffleitungen in den Zylinderkopf große dichtungstechnische Vorteile. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann somit der gesamte Hochdruckbereich des Kraftstoffinjektors in den Zylinderkopf integriert werden.The invention thus describes a partial integration of the fuel injector in the cylinder head. In this case, the needle group with spray holes, or spray holes and possibly a sealing element between the fuel injector and the cylinder head is integrated into the cylinder head. The remaining components of the fuel injector are inserted into a mounting location, particularly preferably screwed. Additional fasteners for the fuel injector can thus be omitted. In particular, such an inventive principle in combination with the integration of other fuel-carrying components, in particular the fuel rail and the fuel lines in the cylinder head offers great sealing advantages. As a result of the embodiment according to the invention, the entire high-pressure region of the fuel injector can thus be integrated into the cylinder head.

Als Ventilnadelführung kann eine in den Zylinderkopf eingebrachte Vertiefung, wie z. B. eine Bohrung, dienen. Ebenfalls ist denkbar, in eine im Zylinderkopf eingebrachte Vertiefung ein zusätzliches Bauteil als Ventilnadelführung einzupressen oder einzugießen, welches dann auch den Ventilsitz und ggf. auch die Spraybohrungen, diese evtl. auch mit dem Zylinderkopf gemeinsam, bildet. Der kraftstoffführende Teil des Kraftstoffinjektors wird auf der dem Brennraum abgewandten Seite dicht verschraubt. Das Kraftstoffsystem ist somit bis auf eine Schnittstelle, ggf. zu einem Drucksensor und/oder einer zu einer Kraftstoffzuleitung komplett verschlossen.As a valve needle guide introduced into the cylinder head recess, such. B. a hole serve. It is also conceivable to press or insert an additional component as a valve needle guide into a recess introduced in the cylinder head, which then also forms the valve seat and possibly also the spray bores, possibly also together with the cylinder head. The fuel-carrying part of the fuel injector is tightly screwed on the side facing away from the combustion chamber. The fuel system is thus completely closed except for an interface, possibly to a pressure sensor and / or to a fuel supply line.

Die Einstellung des Ventilnadelhubs kann durch eine definierte Einschraubtiefe des Funktionsteils (Nadelantrieb, bzw. Stellelement) des Kraftstoffinjektors erfolgen. Besonders bevorzugt wird auch die Kraftstoffversorgungsleitung, das sog. Kraftstoffrail, evtl. mit den Kraftstoffleitungen, in den Zylinderkopf integriert. Somit sind weder ein separates Kraftstoffrail noch eine separate Kraftstoffleitung noch ein separates Niederhaltesystem für den Kraftstoffinjektor nötig. Ebenfalls ist eine Brennraumabdichtung zwischen Zylinderkopf und Kraftstoffinjektor nicht zwingend notwendig.The adjustment of the valve needle stroke can be effected by a defined screw-in depth of the functional part (needle drive or actuating element) of the fuel injector. Particularly preferably, the fuel supply line, the so-called fuel rail, possibly with the fuel lines, integrated into the cylinder head. Thus, neither a separate fuel rail nor a separate fuel line nor a separate hold-down system for the fuel injector are needed. Likewise, a combustion chamber seal between the cylinder head and the fuel injector is not absolutely necessary.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Prinzips ist, dass unabhängig von der Temperatur die Lage der Spritzlöcher zum Brennraum immer gleich bleibt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass durch die steife Anbindung des Kraftstoffinjektors an den Zylinderkopf geringere Schwingungsbelastungen auf den Kraftstoffinjektor zu erwarten sind, als bei Systemen, welche mittels o. g. separater Bauteile am Zylinderkopf oder anderen Zylinderkopfteilen montiert werden.A particular advantage of the principle according to the invention is that regardless of the temperature, the position of the injection holes to the combustion chamber always remains the same. Another advantage of the invention is that due to the rigid connection of the fuel injector to the cylinder head, lower vibration loads on the fuel injector are to be expected than in systems which by means of o. G. separate components are mounted on the cylinder head or other cylinder head parts.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles in einer einzigen Figur näher erläutert. In the following the invention with reference to an embodiment in a single figure is explained in more detail.

1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffinjektor. 1 schematically shows a cylinder head according to the invention for an internal combustion engine with a fuel injector.

1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf 1 für eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffinjektor 2 zur Einbringung von einem Kraftstoff direkt in einen Zylinder 3 der Brennkraftmaschine, wobei der Kraftstoffinjektor 2 eine von einem Stellelement 4 in axialer Richtung bewegbare Ventilnadel 5 aufweist, die beim Abheben von einem Ventilsitz 6 eine Kraftstoffzufuhr durch zumindest eine Spraybohrung 7 in den Zylinder 3 ermöglicht. Erfindungsgemäß ist die Ventilnadel 5 in einer in den Zylinderkopf 1 eingebrachten Ventilnadelführung 8 geführt, wobei die Spraybohrung 7 in diesem Ausführungsbeispiel von dem Zylinderkopf selbst gebildet ist. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die oder können die Spraybohrung(en) auch von der Ventilnadelführung 8 gebildet sein oder von der Ventilnadelführung 8 und dem Zylinderkopf. Der Kraftstoff kann in flüssiger und/oder gasförmiger Form in den Zylinder 3 eingebracht werden. Hierbei kann es sich um Benzin, Diesel, Erdgas, Wasserstoff, etc. handeln. Die Anzahl der Spraybohrungen 7 ist nicht definiert, es kann eine einzige Spraybohrung 7 sein oder mehrere. Eine Zündkerze ist in 1 nicht dargestellt, da die erfindungsgemäße Ausgestaltung auch für selbstzündende Brennverfahren einsetzbar ist. 1 schematically shows a cylinder head according to the invention 1 for a non-illustrated internal combustion engine with a fuel injector 2 for the introduction of a fuel directly into a cylinder 3 the internal combustion engine, wherein the fuel injector 2 one of an actuator 4 in the axial direction movable valve needle 5 that when lifting off a valve seat 6 a fuel supply through at least one spray hole 7 in the cylinder 3 allows. According to the invention, the valve needle 5 in one in the cylinder head 1 introduced valve needle guide 8th guided, with the spray hole 7 is formed in this embodiment of the cylinder head itself. In other embodiments, the spray bore (s) may also be from the valve needle guide 8th be formed or from the valve needle guide 8th and the cylinder head. The fuel may be in liquid and / or gaseous form in the cylinder 3 be introduced. This can be gasoline, diesel, natural gas, hydrogen, etc. The number of spray holes 7 is not defined, it can be a single spray hole 7 his or more. A spark plug is in 1 not shown, since the inventive design can also be used for auto-ignition combustion.

In 1 ist sehr schematisch der geschnittene, jedoch zu Gunsten der Übersichtlichkeit nicht schraffierte Zylinderkopf 1 dargestellt, in dem der Kraftstoffinjektor 2 montiert ist. Der Zylinderkopf 1 begrenzt geodätisch nach unten einen Zylinder 3, erkennbar ist ein Brennraumdach, in den durch zwei Spraybohrungen 7 von dem Kraftstoffinjektor 2 Kraftstoff eingebracht werden kann. Hierfür weist der Kraftstoffinjektor 2 eine Ventilnadel 5 auf, die in einer Ventilnadelführung 8 axial verschiebbar gelagert ist. Zur Betätigung der Ventilnadel 5 weist der Kraftstoffinjektor 2 ein Stellelement 4 auf, welches über eine elektrische Spule 12 betätigbar ist. Als Gegenhalter ist eine Rückstellfeder 14 vorgesehen. Das Stellelement 4, die Spule 12 und die Rückstellfeder 14 sind in einem eigenen Gehäuse 10 angeordnet, welches in den Zylinderkopf einbringbar bzw. einschraubbar ist. Zur Bestromung der elektrischen Spule 12 weist der Kraftstoffinjektor 2 auf seinem den Spraybohrungen 7 entgegengesetzten Ende einen elektrischen Stecker 13 auf.In 1 is very schematic of the cut, but not hatched in favor of clarity cylinder head 1 shown in which the fuel injector 2 is mounted. The cylinder head 1 limited geodesic down a cylinder 3 , recognizable is a combustion chamber roof, through which two spray holes 7 from the fuel injector 2 Fuel can be introduced. For this purpose, the fuel injector 2 a valve needle 5 on that in a valve needle guide 8th is mounted axially displaceable. For actuating the valve needle 5 points the fuel injector 2 an actuator 4 on which via an electric coil 12 is operable. As a counterhold is a return spring 14 intended. The actuator 4 , the sink 12 and the return spring 14 are in their own housing 10 arranged, which can be introduced or screwed into the cylinder head. For energizing the electric coil 12 points the fuel injector 2 on his the spray holes 7 opposite end of an electrical plug 13 on.

In einem geschlossenen Zustand des Kraftstoffinjektors 2 sitzt die Ventilnadel 5 auf einem Ventilsitz 6 auf, der entweder von der Ventilnadelführung 8 oder in einem anderen Ausführungsbeispiel von dem Zylinderkopf selbst gebildet ist. In dem, in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Ventilnadel 5 und dem Ventilsitz 6 ein Dichtelement 9 angeordnet, welches in anderen Ausführungsbeispielen auch entfallen kann. Wiederum in einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Ventilnadel 5 auch direkt in dem Zylinderkopf 1 geführt sein. In wiederum einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Spraybohrung 7 auch von der in den Zylinderkopf 1 eingebrachten Ventilnadelführung 8 gebildet sein. Die Ventilnadelführung 8 ist beispielsweise in den Zylinderkopf 1 einpressbar oder eingießbar. Weiter ist eine Kraftstoffversorgungsleitung 11, ein sog. Kraftstoffrail für den Kraftstoffinjektor 2 in den Zylinderkopf 1 integriert. Durch diese Integration können separate Bauteile für die Kraftstoffversorgung entfallen.In a closed state of the fuel injector 2 sits the valve needle 5 on a valve seat 6 on, either from the valve needle guide 8th or in another embodiment of the cylinder head itself is formed. In that, in 1 illustrated embodiment is between the valve needle 5 and the valve seat 6 a sealing element 9 arranged, which may also be omitted in other embodiments. Again, in another embodiment, the valve needle 5 also directly in the cylinder head 1 be guided. In yet another embodiment, the spray hole 7 also from the in the cylinder head 1 introduced valve needle guide 8th be formed. The valve needle guide 8th is for example in the cylinder head 1 Pressable or pourable. Next is a fuel supply line 11 , a so-called fuel rail for the fuel injector 2 in the cylinder head 1 integrated. This integration eliminates the need for separate fuel supply components.

Selbstverständlich kann in weiteren Ausführungsbeispielen auch ein anderer für den Antrieb der Ventilnadel 5 vorgesehen werden, wie z. B. ein Piezoelektrischer Antrieb oder auch ein hydraulischer Antrieb.Of course, in other embodiments, another for the drive of the valve needle 5 be provided, such. B. a piezoelectric drive or a hydraulic drive.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine Kostenersparnis durch den Wegfall von separaten Injektorbauelementen erzielt. Weiter kann eine Brennraumabdichtung zwischen Kraftstoffinjektor 2 und Zylinderkopf 1 entfallen. In vorteilhafter Weise führt die erfindungsgemäße Ausgestaltung zu einer Verbesserung der Genauigkeit bezüglich der Lage der Spraybohrungen 7 bezüglich einer nicht dargestellten Zündkerze, wodurch die Laufruhe im Falle einer fremd gezündeten Brennkraftmaschine verbessert wird. Weiter ist in vorteilhafter Weise eine Kraftstofftemperaturkontrolle durch ein Temperaturmanagement des Zylinderkopfes erzielt.The embodiment according to the invention results in cost savings due to the omission of separate injector components. Next, a combustion chamber seal between the fuel injector 2 and cylinder head 1 omitted. Advantageously, the inventive design leads to an improvement in accuracy with respect to the position of the spray holes 7 with respect to a spark plug, not shown, whereby the smoothness is improved in the case of an externally ignited internal combustion engine. Next, a fuel temperature control is achieved by a temperature management of the cylinder head in an advantageous manner.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Zylinderkopfcylinder head
22
Kraftstoffinjektorfuel injector
33
Zylindercylinder
44
Stellelementactuator
55
Ventilnadelvalve needle
66
Ventilsitzvalve seat
77
Spraybohrungspray hole
88th
VentilnadelführungValve needle guide
99
Dichtelementsealing element
1010
Gehäusecasing
1111
KraftstoffversorgungsleitungFuel supply line
1212
SpuleKitchen sink
1313
Elektrischer SteckerElectric plug
1414
RückstellfederReturn spring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102005058317 A1 [0002] DE 102005058317 A1 [0002]

Claims (6)

Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine, mit einem Kraftstoffinjektor (2) zur Einbringung von einem Kraftstoff direkt in einen Zylinder (3) der Brennkraftmaschine, wobei der Kraftstoffinjektor (2) eine von einem Stellelement (4) in axialer Richtung bewegbare Ventilnadel (5) aufweist, die beim Abheben von einem Ventilsitz (6) eine Kraftstoffzufuhr durch zumindest eine Spraybohrung (7) in den Zylinder (3) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Ventilnadel (5) direkt in dem Zylinderkopf (1) oder in einer in diesen eingebrachte Ventilnadelführung (8) geführt ist und die Spraybohrung (7) von dem Zylinderkopf (1) und/oder der Ventilnadelführung (8) gebildet ist.Cylinder head ( 1 ) for an internal combustion engine, with a fuel injector ( 2 ) for introducing a fuel directly into a cylinder ( 3 ) of the internal combustion engine, wherein the fuel injector ( 2 ) one of an actuator ( 4 ) in the axial direction movable valve needle ( 5 ), which when lifting from a valve seat ( 6 ) a fuel supply through at least one spray bore ( 7 ) in the cylinder ( 3 ), characterized in that at least the valve needle ( 5 ) directly in the cylinder head ( 1 ) or in a valve needle guide ( 8th ) and the spray bore ( 7 ) of the cylinder head ( 1 ) and / or the valve needle guide ( 8th ) is formed. Zylinderkopf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ventilnadel (5) und dem Ventilsitz (6) ein Dichtelement (9) anordenbar ist.Cylinder head according to claim 1, characterized in that between the valve needle ( 5 ) and the valve seat ( 6 ) a sealing element ( 9 ) can be arranged. Zylinderkopf nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadelführung (8) in den Zylinderkopf (1) einpressbar oder eingießbar ist.Cylinder head according to claim 1 or 2, characterized in that the valve needle guide ( 8th ) in the cylinder head ( 1 ) is einpressbar or pourable. Zylinderkopf nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (4) mit einem separaten Gehäuse (10) in den Zylinderkopf (1) einbringbar ist.Cylinder head according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the actuating element ( 4 ) with a separate housing ( 10 ) in the cylinder head ( 1 ) can be introduced. Zylinderkopf nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) in den Zylinderkopf (1) einschraubbar ist.Cylinder head according to claim 4, characterized in that the housing ( 10 ) in the cylinder head ( 1 ) can be screwed. Zylinderkopf nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraftstoffversorgungsleitung (11) für den Kraftstoffinjektor (2) weitgehend in den Zylinderkopf (1) integriert ist.Cylinder head according to one of the claims 1 to 5, characterized in that a fuel supply line ( 11 ) for the fuel injector ( 2 ) largely in the cylinder head ( 1 ) is integrated.
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