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Brennstoffeinspritzdüsenanordnung im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf die Anordnung der Brennstoffeinspritzdüse imZylinderkopf
der Maschine.
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Bei gewissen Typen von Maschinen mit Brennstoffeinspritzung ist es
notwendig, die Brennstoffeinspritzdüse in dem Bereich, der durch das Schwinghebelgehäuse
der Ventile in Anspruch genommen wird, durch den Zylinderkopf hindurchzuführen,
so daß die Düsenspitze zwischen dem Einlaß- und dem Auslaßventil in den Brennraum
hineinragt.
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Da der Zylinderkopf im Bereich der Ventile notwendigerweise verhältnismäßig
dick ist und da es insbesondere bei luftgekühlten Maschinen schwierig ist, den Zylinderkopf
in diesem Bereich genügend zu kühlen, entsteht hier das Problem der Kühlung der
Einspritzdüse. Dieses Problem wird schon ausführlich in der deutschen Patentschrift
1066 049 behandelt, jedoch bringt die dort beschriebene Anordnung und Zuordnung
der Einspritzdüse und der Kühlmittel zusätzliche Probleme in der Montage und Lagerung
der Düse, für die die vorliegende Erfindung die Lösungen angibt. Dadurch, daß die
Einspritzdüse durch das Schwinghebelgehäuse geführt wird, entsteht das Problem der
Trennung des Einspritzmechanismus und der Kühlluft vom Öl im Innern dieses Gehäuses.
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Es wurden zwar schon Einspritzdüsen innerhalb des Schwinghebelgehäuses
angeordnet, doch war es hierbei notwendig, den Gehäusedeckel zu entfernen, um Zugang
zu der Düse zu gewinnen, und es trat hierbei weiterhin das Problem auf, entsprechenden
Raum für die Anordnung der Brennstoffzuführungsleitungen zu schaffen. Außerdem ist
es in diesem Fall notwendig, die Stahldüsenanordnung in einem Aluminiumzylinderkopf
zu montieren, wobei sich die verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser
beiden Metalle störend bemerkbar machen. Alle diese Falztoren stehen im Zusammenhang
miteinander und müssen gegeneinander abgewogen werden. Die Ausbildung einer Brennstoffeinspritzdüse
nach der vorliegenden Erfindung hat all diese Gegebenheiten abgewogen und in einer
entsprechenden Anordnung berücksichtigt.
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Es ist ferner eine Anordnung bekannt, bei der die Düse in einem Rohr
untergebracht ist, welches in den Zylinderkopf eingeschraubt ist und das Schwinghebeldurchsetzt.
Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß die Befestigung der Düse an dem- aus
dem Schwinghebelgehäusedeckel herausragenden Rohrende erfolgt, so daß Wärmedehnungsunterschiede
infolge der verhältnismäßig großen Entfernungen die Spannkraft erheblich beeinflussen
können. Außerdem muß zum Abnehmen des Deckels die Düse ausgebaut werden.
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Diese Nachteile werden durch die Erfindung vermieden; diese besteht
darin, daß bei einer Brennstoffeinspritzdüsenanordnung im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine
mit auf dem Zylinderkopf angeordnetem und mit dem Brennraum durch eine mit einer
Auflageschulter für die Düse versehenen Bohrung verbundenem Ventilsteuergehäuse
und einem die Brennstoffeinspritzdüse axiallängs umgebenden, den Deckel des Steuergehäuses
durchsetzenden Rohr, aus dem der die Leitungsanschlüsse tragende Düsenhalterkopf
nach außen herausragt, die Brennstoffeinspritzdüse erfindungsgemäß durch Einschrauben
des an seinem aus dem Deckel des Ventilsteuergehäuses herausragenden Ende mit Mitteln
zum Ansetzen eines Schraubenschlüssels od. dgl. versehenen Rohrs in die Zylinderkopfbohrung
gegen die Auflageschulter gepreßt wird, wobei die Spannkraft durch das in die Zylinderkopfbohrung
hineinragende Rohrende auf eine Schulter des Düsenhalters übertragen wird.
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Die Erfindung bringt den Vorteil, daß die Einspritzdüse in ihrer vorgegebenen
axialen Lage festgespannt bleibt, ohne daß die Spannkraft durch Unterschiede in
der Wärmedehnung zwischen den Teilen des Zylinderkopfes und der Einspritzdüse wesentlich
beeinfiußt wird. Ferner kann die den Schwinghebelgehäusedeckel durchsetzende Düsenanordnung
in einfacher Weise entfernt bzw. ausgewechselt werden, ohne daß andereTeile des
Zylinders oder des Schwinghebelgehäuses abgenommen werden müssen, wobei die Anschlüsse
für die Brennstoffzuführung außerhalb des Schwinghebelgehäuses vorgesehen sind.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann die Auflageschulter für die Düse
und das Einschraubgewinde für
das Ende des Rohrs einer in den Zylinderkopf
eingegossenen Auskleidung angehören, deren Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen
dem des -ZylinderkopfmateriaJs und dem der Brennstoffeinspritzdüse liegt.
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Die Erfindung sei nunmehr an Hand der Zeichnung beschrieben, in der
eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist. Es zeigt Fig. 1 einen
Teilschnitt durch einen Zylinderkopf mit erfindungsgemäß angeordneter Brennstoffeinspritzdüse,
Fig.2 einen Teilschnitt ähnlich Fig. 1 durch eine etwas abgewandelte Ausführungform
und Fig.3 einen Schnitt im wesentlichen längs der Linie 3-3 in Fig. 1.
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In der Zeichnung ist ein Teil eines aus Aluminium bestehenden, eine
Verbrennungskammer 11 abdeckenden Zylinderkopfes 10 dargestellt, der einen mit einem
Einlaßventil 14 versehenen Einlaßkanal 12 sowie einen mit einem Auslaßventil 15
versehenen Auslaßkana113 aufweist. Am Zylinderkopf 10 ist ein Schwinghebelgehäuse
16 durch Schraubenbolzen 17 befestigt, das in seinem Deckel mit einem Durchbruch
18 versehen ist, durch den eine Einspritzdüsenanordnung 19 eingeführt werden kann.
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Der Zylinderkopf 10 weist eine Bohrung 25 auf, die sich einerseits
zwischen dem Einlaßventil 14 und dem Auslaßventil 15 in die Verbrennungskammer 11
öffnet und sich andererseits bis in das Innere des Schwinghebelgehäuses 16 erstreckt.
An ihrem brennraumseitigen Ende ist die Bohrung 25 in einem Bereich 25a verengt,
der dazu dient, eine Auskleidung oder Einlage 26 aus einem Werkstoff mit gewissen,
nachfolgend erläuterten Eigenschaften aufzunehmen. Diese Einlage ist in den aus
Aluminium bestehenden Zylinderkopf bei 27 eingegossen. Das Material der Einlage
sollte einerseits nicht zu sehr von Aluminium verschieden sein, um eine gute Verbindung
mit dem Aluminiumzylinderkopf 10 zu gewährleisten und andererseits in seinen Eigenschaften
auch nicht zu stark von Stahl abweichen, um so den Unterschied in der Wärmeausdehnung
zwischen der Einlage 26 und der Düsenanordnung 19 möglichst gering zu halten, damit
der notwendige Preßsitz zwischen beiden gewährleistet ist. Schließlich muß die Einlage
geeignet sein, eine Schraubverbindung mit Stahlteilen herzustellen; sie muß ferner
hitzebeständig sein, um die Kante des Bohrungsbereichs 25 a gegen die in
diesem Bereich herrschenden hohen Temperaturen schützen zu können.
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Der im Bereich 25 a der Bohrung mit vermindertem Durchmesser befindliche
Teil der Einlage 26 weist einen Flansch 26 a auf, der mit einer Ansenkung 25 c zusammenwirkt,
um die Einlage 26 gegen axiale Verschiebung zu sichern. Wegen des größeren Ausdehnungskoeffizienten
des Aluminiumzylinderkopfes als des der Einlage 26 steht der Bereich 10a des Zylinderkopfes,
der denBohrungsteil 25a mit kleinerem Durchmesser zwischen einer Schulter 25 b und
der Verbrennungskammer umschließt, unter axialer Spannung in dem Maße, wie die Arbeitstemperatur
der Maschine ansteigt. Darüber hinaus schützt der Flansch 26d, wie bereits erwähnt,
die Kante des Bohrungsbereichs 25 a.
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Die -zweiteilige Einspritzdüsenanordnung 19 besteht aus einem Verlängerungsstück
19a und dem fest damit verbundenen Düsenhalter 19 b und weist einen Anschluß 30
für den Brennstoffeinlaß, eine Brennstoffleitung 31, eine flberlaufleitung 32, ein
Einspritzventil 33 und ein Düsenmundstück 33 ra auf, das in die Verbrennungskammer
11 ragt. Das Einspritzventil 33 ist in üblicher Weise ausgebildet. Der Düsenhalter
19 b bildet mit der Bohrung 26 b der Einlage 26 eine Ringkammer 34, die durch eine
Schulter 35 des Düsenhalters in einen oberen Kammerteil 34a und einen unteren Kammerteil34b
unterteilt ist. Auf den Düsenhalter ist ein schraubengangförmig geripptes Kühlglied
36 aufgeschoben, das den unteren Kammerteil 34b ausfüllt und dessen Zweck und Wirkungsweise
in der eingangs genannten deutschen Patentschrift 1066 049 beschrieben ist.
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Zu der Düsenanordnung 19 gehört weiterhin ein Rohr 40 aus Stahl, welches
das Schwinghebelgehäuse 16 durchsetzt und bei 41 in die Einlage 26 eingeschraubt
ist. An der Durchtrittsstelle 18 durch das Schwinghebelgehäuse 16 ist eine Ringdichtung
42 vorgesehen. Das obere Ende des Rohrs 40 trägt eine Mutter 43, mit deren Hilfe
das Rohr 40 in die Einlage 26 in der Bohrung des Zylinderkopfes festgezogen werden
kann. Der Mutterkopf 43 kann entweder. aus demselben Materialstück wie das Rohr
40 bestehen oder hart auf dieses aufgelötet sein.
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Das Schutzrohr 40 dient verschiedenen Zwecken. Einmal hält es die
Einspritzdüsenanordnung in ihrer Lage, indem es den gewünschten Druck des Düsenhalters
19 b gegen das untere Ende des Bohrungsbereichs 26 b ausübt. Weiterhin dient es
zum Herausziehen der Düse, da bei seinem Herausschrauben die Kopffläche der Mutter
43 gegen eine obere Schulter 19 c des Düsenhalterverlängerungsstücks stößt und dabei
die Düsenanordnung 19 einschließlich Düsenmundstück 33 a aus dem Bereich der Bohrung
mit vermindertem Durchmesser herauszieht, wo sie sich gegebenenfalls durch Rußablagerungen
festgesetzt haben könnte. Daneben bildet das Rohr 40, wie bereits in der vorgenannten
Patentschrift beschrieben, einen ringförmigen Durchlaß für dieKühlluft und dichtet
weiterhin durch die Dichtung 42 das Schwinghebelgehäuse 16 gegen Ölaustritt und
durch die Ringdichtung 49 den unteren Teil der Düse gegen Wasser- und Staubeinwirkung
ab. Schließlich dient es, wie in Fig. 3 dargestellt ist, zur Lagerung und Führung
des oberen Endes der Einspritzdüse, um Schwingungen derselben zu verhindern.
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Ein den oberen Teil der Einlage 26 umgebender Zylinderkopfteil
10b ragt in den Bereich des Schwinghebelgehäuses hinein. Wenn das Rohr 40
und die Einspritzdüse 19 entfernt werden, hindert der Teil 10b etwa im Schwinghebelgehäuse
befindliches Öl daran, durch die Bohrung der Einlage 26 in die Verbrennungskammer
11 einzudringen.
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Zwischen dem unteren Ende des Rohrs 40 und der Schulter 35 des Düsenhalters
19 b im oberen Kammerbereich 34a ist entweder gemäß Fig. 1 eine Feder 44 oder gemäß
Fig. 2 eine Hülse 45 angeordnet, die aus einem Werkstoff bestehen, der im wesentlichen
dieselbe Ausdehnung wie die Einlage 26 aufweist und daher geeignet ist, Unterschiede
in der Ausdehnung zu kompensieren und die Düsenanordnung 19 starr an ihrem Ort zu
halten, wobei sie genügend Kraft ausübt, das unter Druck stehende Gas in der Verbrennungskammer
daran zu hindern, an einer gemäß Fig. 1 zwischen dem Düsenhalter 19 b und der Einlage
26 angeordneten Dichtung 46 vorbei auszutreten. Das Rohr 40 ist mit der Düse 19
derart verbunden, daß das Ganze als eine Einheit aus dem Schwinghebelgehäuse entfernt
werden kann. Das Rohr 40 kann von der Düse 19 nur durch Trennung des Verlängerungsstücks
19 a vom Düsenhalter 19 b abgenommen werden.
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Ein Durchlaß 47 im Zylinderkopf dient zur Einführung von Kühlluft
zum unteren Ende der Kammer 34b, die irgendeiner üblichen Kühlluftquelle, beispielsweise,
wie
dargestellt, dem Lufteinlaßkanal der Maschine entnommen werden kann, wenn die Maschine
aufgeladen ist. Diese Luft bewegt sich auf einer schraubengangförmigen Bahn durch
den Tei136 zur oberen Kammer 34a und dann um die Feder 44 herum oder durch einen
Durchlaß 48 in der Hülse 45. Zwischen dem Düsenhalter 19a und dem Rohr 40 ist ein
ringförmiger Raum vorgesehen, damit die Luft nach oben in die Atmosphäre entweichen
kann. Eine als Einwegventil wirkende Dichtung 49 erlaubt zwar ein Aufwärtsströmen
der Luft, verhindert jedoch einen umgekehrten Luftstrom und natürlich auch das Eindringen
von Wasser und von Fremdkörpern in die Kammer 34. Das Rohr 40 trennt schließlich
auch die Kühlluftführung vom Öl im Innern des Schwinghebelgehäuses 16.