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Vorrichtung zur Halterung einer Brennstoffeinspritzdüse im Zylinderkopf
einer Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Halterung einer
Brennstoffeinspritzdüse im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, mit einem aus
einem Material höherer Wärmeleitfähigkeit als die Einspritzdüse bestehenden Dichtungskörper,
dessen wenigstens annähernd zylindrische Bohtung den Einspritzdüsenkörper passend
umschließt und der am Außenürnfäng einen auf einer entsprechenden Sitzfläche im
Zylinderkopf aufliegenden Konus mit derart spitzem Kegelwinkel aufweist, daß der
Einspritzdüsenkörper bei axialem Anziehen der Spannmittel und bei Erwärmung mit
einem Preßsitz im Zylinderkopf festgehalten wird.
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Bei einer bekannten Vorrlchtitng dieser Art Wird der von dem Dichtungskörper
umschlossene Teil von der Nadelführung selbst gebildet, die deshalb der Gefahr des
Klemmens ausgesetzt ist, und zwar um so mehr, als das in den Brennraum hineinragende
Düsenende wegen seines verhältnismäßig großen Durchmessers eine große Angriffsfläche
für die Wärme bietet.
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Es ist auch bereits bekannt, das Düsenmundstück mit einem Kupfermantel
zu versehen, durch den die Wärme nach oben in gut gekühlte Bereiche abgeleitet wird.
Mit dieser Maßnahme ist jedoch noch nicht in allen Fällen eine geeignete Kühlung
zu erreichen, da hierbei die gasbeaufschlagte Fläche nicht verkleinert, sondern
eher vergrößert wird. Dies rührt daher, daß der zwischen Düsenmundstück und Zylinderkopf
zur Vermeidung eines Verklemmens der Düse üblicherweise vorgesehene freie Spalt
auch bei aufgewalztem Kupfermantel bis zum Dichtungssitz eingehalten wer= den muß,
wodurch der Durchmesser der wärmeaufnehmenden. Fläche vergrößert und damit die Gasbeaufschlagung
verstärkt wird. Ein Teil der günstigen wärmeableitenden Wirkung des Kupfermantels
geht auf diese Weise wieder verloren.
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Ein weiterer Nachteil von aufgezogenen und aufgewalzten. Kupfermänteln
ist der, daß bei einer Temperaturerhöhung infolge unterschiedlicher Materialausdehnung
zwischen Kupfer und Stahl die Bindung des aufgewalzten Kupfermantels am Düsenmundstück
zwangläufig schlechter wird, so, daß bei Erwärmung der Wärmeübergang zwischen Düsenmundstück
und kühlendem Kupfermantel geringer wird. Hieraus folgt, daß eine zylindrische Passung
zwischen. dem zu kühlenden Stahlteil und dem kühlenden Kupfermantel nicht günstig
ist, wenn nicht durch besondere, die Konstruktion natürlich verteuernde Maßnahmen
die unterschiedliche Materialausdehnung wieder ausgeglichen wird.
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Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Vorrichtungen
grundsätzlich dadurch, däß trotz Anordnung eines besonderen Wänneableitteiles die
gasbeaufschlagte Oberfläche der Düse nicht vergrößert, sondern wesentlich verringert
wird. Die. konstruktiv zu lösende Aufgabe besteht dabei darin, den Wärmeableitteil
so auszubilden und anzuordnen, daß bei eingebauter Einspritzdüse einerseits zwischen
Düsenmundstück und Zylinderkopf kein freier Spalt mehr vorhanden ist, so daß nur
noch die Düsenkuppe, in der die Düsenlöcher gebohrt sind, vom Gas unmittelbar berührt
wird, und daß andererseits auch bei unterschiedlicher Wärmeausdehnung eine innige
Berührung zwischen Düsenmundstück und wärmeableitendem Teil stets gewährleistet
ist. Dabei kommt es ganz wesentlich darauf an, daß die Nadelführung nicht der Gefahr
des Klemmens ausgesetzt wird und trotzdem eine gasdichte und feste Halterung des
Einspritzdüsenkörpers im Zylinderkopf erzielt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung der eingangs erläuterten Gattung als mit
dem Dichtungskörper zusammenwirkender Teil des Einspritzdüsenkörpers das in an sich
bekannter Weise von der Aufgabe der Ventilnadelführung frei bleibende Mundstück
dient, welches bis zum brennraumseitigen Ende seiner Außenmantelfläche von dem Dichtungskörper
umschlossen ist.
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Es sei noch erwähnt, daß es allgemein bekannt ist, konische Dichtungskörper
als Auflage für die Einspritzdüse zu verwenden. Der Kegelwinkel ist jedoch im allgemeinen
derart stumpf, daß ein Anpressen in. radialer Richtung nicht erzielt werden kann.
In einen Falle ist jedoch eine Vorrichtung bekanntge-,vorden, hei dem die brennraumseitige
Stirnfläche der Düse unter plastischer Verformung eines topfförmigen Wärmeableitkörpers
aus gut wärmeleitendem Material
an diesen axial angedrückt wird.
Der topfförmig hochgezogene Außenrand dieses Wärmeableitkörpers 1@-eist auf seiner
Innenseite eine Hohlkegelfläche mit verhältnismäßig spitzem Kegelwinkel auf. An
dieser Hohlkegelfläche liegt ein entsprechend kegeliges Spannstück an, welches durch
axiales Festspannen den Topfförmigen Rand des Wärmeableitkörpers radial nach außen
preßt und somit eine feste Anlage desselben im Zylinderkopf bewirkt. Mit dieser
bekannten Vorrichtung erscheint es zwar möglich, den Wärmeübergang von den heißen
Gasen. auf die Stirnfläche der Düse herabzumindern, doch wird auch in diesem bekannten
Fall die Düse selbst in axialer Richtung unter Aufwendung der üblichen, das Funktionieren
der Nadelführung gefährdenden Spannkräfte belastet.
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Beim Gegenstand der Erfindung dagegen genügen verhältnismäßig geringe
Spannkräfte, weil der Dichtkörper dank seiner größeren Wärmedehnung an Volumen zunimmt
und wegen des verhältnismäßig spitzen Winkels des Kegels die Einspritzdüse im wesentlichen
durch radiales Einzwängen festhält.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird
in die die Düse in axialer Richtung festspannenden Mittel ein federndes Zwischenglied
eingeschaltet. Auf diese Weise wird auch bei unterschiedlicher Wärmeausdehnung eine
innige Beiührung zwischen Düsenschaft und wärmeableitendem Teil sichergestellt.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der konische
Dichtungskörper mit einem hülsenförmigen Verlängerungsteil versehen, der sich in
den die Düse umgebenden Kühlwasserraum des Zylinderkopfes erstreckt. Die äußere
Mantelfläche des Verlängerungsteiles wird dabei unmittelbar vom Kühl-,%#asser umspühlt.
Durch diese Maßnahme wird die Wärmeableitung an der Düse wirksam unterstützt.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der konische
Dichtungskörper auch derart ausgebildet sein, daß er in. der Art eines Spannfutters
den Düsenschaft festhält. Auf diese Weise wird eine Befestigungsform der Düse geschaffen,
bei der Verspannungen leicht zu vermeiden sind.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen
noch ausführlicher erläutert. In den Zeichnungen ist Fig. 1 eine teils im Querschnitt,
teils im Aufriß dargestellte Ansicht einer erfindungsgemäß im Zylinderkopf eines
Verbrennungsmotors eingebauten Einspritzdüse, unter Verwendung eines einfachen konischen
Dichtungskörpers als Wärmeableitteil, Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1, jedoch
mit dem Unterschied, daß der konische Dichtungskörper einen Verlängerungsteil aufweist,
der in den die Düse umgebenden Kühlwasserraum hineinragt, Fig. 3 eine Ansicht ähnlich
Fig. 1 und 2, worin der konische Dichtungskörper als arn Düsenmundstück angreifendes
Spannfutter ausgebildet ist, Fig.4 eine Ansicht ähnlich Fig.3, jedoch mit Unterteilung
des konischen Dichtungskörpers in mehrere spannbackenartig ineinander,-reifende
Einzelteile.
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In den Figuren sind gleichbleibende Teile mit gleichen Bezugsziffern
benannt.
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In Fig. 1 ist mit 1 der Düsenhalter, an dem durch die als Überwurfmutter
ausgebildete Düsenmutter 2 die eigentliche Düse befestigt ist, deren Mundstück 3
in der Düsenkuppe 4 mit den nicht näher gezeigten Zerstäubungslöchern endet. Auf
das Düsenmundstück 3 ist im Schiebesitz ein konischer Dichtungskörper oder Dichtkonus
5 aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Aluminium oder Kupfer, aufgeschoben,
der bei eingebauter Düse im gekühlten Teil des Zylinderkopfes 6 in einer entsprechenden
konischen Ansenkung 7 seinen Sitz hat. Die Düsenmutter 2 wird über ein federndes
Zwischenglied oder Druckstück 8 von einer Verschraubung 9 gegen den Dichtkonus 5
gepreßt, so daß bei 10 ein gasdichter Abschluß entsteht. Das Druckstück 8 ist als
federnde Hülse ausgebildet. Im kalten Zustand läßt sich der Dichtkonus 5 auf das
Düsenmundstück 3 aufschieben, das zylindrisch, jedoch auch ähnlich wie der Konus
5 seinerseits konisch ausgebildet sein kann.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einbauart ist folgende: Erfahren
durch den Lauf des Motors der Zylinderkopf und die Düse eine Erwärmung, dann hat
der konische Dichtungskörper 5 der eine größere Wärmeausdehnung als das Düsenmundstück
3 besitzt, das Bestreben, sich auszudehnen. Durch das federnde Druckstück 8 wird
jedoch der Ausdehnung in Richtung auf die Verschraubung 9 Widerstand entgegengesetzt.
Infolge der konischen Passung des Dichtungskörpers 5 in der Ansenkung 7 wird der
Dichtkonus 5 gezwungen, sein Volumen nach innen zu erweitern, so daß der Sitz zwischen
dem Mundstück 3 und dem Konus 5 zu einem Preßsitz wird. Das Ausmaß der Pressung
wird dabei durch die Widerstandskraft des federnden Druckstückes 8 und die Neigung
des Konus 5 im Zylinderkopf 6 bestimmt, wobei der Preßdruck so gehalten ist, daß
eine Verformung der Düse vermieden wird.
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Bei Erwärmung wird die Flächenberührung zwischen dem Düsenmundstück
3 und dem konischen Dichtungskörper 5 einerseits und zwischen der letzteren und
dem Zylinderkopf 6 andererseits durch die dabei entstehende Pressung noch verbessert.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird sonach der Gaseintritt
zwischen dem Dichtungskörper 5 und dem Mundstück 3 wirksam verhindert und damit
auch die mit dem Gaseintritt verbundene Erwärmung. Andererseits werden sehr günstige
Wärmeübergangsverhältnisse vom Düsenmundstück 3 über den Dichtungskörper 5 auf den
gekühlten Zylinderkopf 6 gescha.Hen.
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Die bei Erwärmung geschilderten Vorgänge ergeben noch einen weiteren
Vorteil beim Ausbau der Düse. Wird die Einspritzdüse im warmen Zustand des Motors
ausgebaut, so wird der Dichtungskörper 5 zusammen mit dem Düsenmundstück 3 aus dem
Zylinderkopf 6 herausgenommen, da die im warmen Zustand vorhandene Pressung zwischen
den Teilen 5 und 3 einen Festsitz zur Folge hat. Erfolgt der Ausbau jedoch bei kaltem
Zylinderkopf, so bleibt der konische Dichtungskörper 5 im Zylinderkopf 6 klemmen;
das Düsenmundstück 3 läßt sich daher in diesem Falle aus dem Dichtkonus 5 herausziehen.
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In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der
außer einer guten Abdichtung auch eine besonders gute Kühlwirkung erreicht ist.
Zu dein Zweck hat der im übrigen in derselben Weise wie zuvor am Düsenmundstück
3 aufschiebbare Dichtkonus 5 einen Verlängerungsteil 11, der sich im Einbauzustand
der Düse bis in den die Düse umgebenden Kühlwasserraum 12 im Zylinderkopf 6 erstreckt
und dort unmittelbar vom Kühlwasser umspült wird. Um andererseits beim Ausbau der
Düse einen Wassereintritt in den Zylinder zu verhindern, wird der Dichtkonus 5 über
den Verlängerungsteil 11 und eine weitere Hülse 13 durch die Verschraubung 14 unter
Vorspannung
gesetzt, wobei der Dichteffekt bei 10 wiederum über
den Düsenhalter 1 bzw. die Düsenmutter 2 mit Hilfe eines angedeuteten Druckflansches
24 erfolgt. Zwischen den Teilen 11, 13, 14 können in an sich bekannter Weise weitere
Dichtringe 15, 16 angeordnet sein.
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Während bei den in Fig. 1 und 2 beschriebenen Düseneinbauten Spannkräfte
in axialer Richtung durch den Einspritzdüsenkörper geleitet werden müssen und deshalb
eine gewisse Fertigungsgenauigkeit notwendig ist, um ein Verspannen der Düse zu
vermeiden, zeigt Fig.3 eine Einbauform, die diese Verspannungen grundsätzlich vermeidet.
Bei dieser wird die Düsenhalterung nicht mehr durch einen Druck auf die Düsenmutter
2 oder den Düsenhalter 1 herbeigeführt, sondern der Dichtkonus 5 erhält einen Verlängerungsteil
17, der bis an den Düsenhalterkopf hochgezogen ist, wobei der Konus 5 durch die
Verschraubung 9 über eine Zwischenscheibe 18 und den Spreizring 19 in den konischen
Sitz 7 des Zylinderkopfes 6 gepreßt wird. Dadurch vermindert sich der Durchmesser
der Bohrung im Dichtkonus 5, so daß das Düsenmundstück 3 nunmehr wie in einem Spannfutter
gepreßt wird. Die Gasdichtheit wird in diesem Falle bereits durch diese Pressung
zwischen Düsenmundstück 3 und Dichtkonus 5 erreicht. Eine Verspannung des Düsenhalters
und der Düse kann nun nicht mehr eintreten, da der Düsenhalter sich ganz entsprechend
der Bohrung im Dichtkonus 5 einstellt. Zur Sicherung der Düsenmütter 2 sind im Düsenhalterkopf
Zwischenringe 20 vorgesehen, die in eine Eindrehung 22 der Verschraubung 9 eingesetzt
sind, wobei sich die Düsenmutter 2 gegen die abgesetzte Schulter 23 dieser Eindrehung
anlegt, wenn der Gasdruck das Düsenmundstück aus irgendeinem auf Einbaufehler zurückzuführenden
Grund nach oben. drückt. Den Wassereintritt in den Zylinder beim Ausbau der Düse
vermeidet je ein Gummiring 21. Der Spreizring 19, der in seiner Nut in Richtung
auf den Brennraum Luft hat, in der umgekehrten Richtung dagegen nicht, sorgt dafür,
daß der Dichtkonus 5 beim Herausziehen des Düsenhalters 1 nicht unbeabsichtigterweise
nach oben aus dem Kopf mit herauskommt.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind der Dichtkonus 5 und der
Verlängerungsteil 17 getrennte Teile, die spannbackenartig ineinandergreifen, was
für besonders gelagerte Fälle von Vorteil sein kann; im übrigen unterscheidet sich
diese Ausführungsform grundsätzlich nicht von der Ausführungsform nach Fig. 3.
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Die Erfindung ist nicht auf die hierin gezeigter. Ausführungsbeispiele
beschränkt, vielmehr sind speziell im Hinblick auf die Gestaltung der Einzelteile
noch weitere Änderungen und Abwandlungen möglich, die als mit unter die Erfindung
fallend angesehen werden. So könnte beispielsweise die konische Sitzfläche des Dichtungskörpers
5 durch eine eingedrehte Ringnut unterteilt sein, wodurch die Anpassung an die konische
Bohrung 7 verbessert wird, ohne daß dadurch die Gasdichtheit oder der Wärmeübergang
leidet.