DE19838755A1 - Auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse - Google Patents

Abstract

Für eine auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse wird eine Abschirmung des Düsenhalters über eine axial auf den Düsenhals aufschiebbare Abschirmhülse vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine auf den Brennraum einer Brenn­ kraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Kraftstoffeinspritzdüsen der vorgenannten Art sind aus der DE- PS 8 73 011, Fig. 2 und 3 bekannt. Bei üblichem Aufbau und üblicher Funktion bestehen sie aus einem Düsenkörper und einem gegenüber dem Düsenkörper im Durchmesser abgesetzten Düsen­ hals, der am brennraumseitigen Ende mindestens eine Spritzöff­ nung aufweist, die über die Düsennadel gesteuert ist und dem eine Abschirmhülse zugeordnet ist. Die Abschirmhülse ist ra­ dial außen mit Abstand zur umgebenden Düsenaufnahme angeord­ net, wobei der entsprechende Ringspalt sich ausgehend vom Brennraum bis zu einem Ringbund erstreckt, der dem Halsansatz­ bereich zugeordnet ist und der zwischen Anlagen des Düsenkör­ pers und der Düsenaufnahme einspannbar ist. Auch zwischen Dü­ senhals und Abschirmhülse ist ausgehend vom Brennraum ein Ringspalt gegeben, der sich allerdings nicht bis in den oberen Endbereich des Düsenhalses erstreckt, da in diesem Bereich die Abschirmhülse mit Preßsitz am Hals anliegt und beispielsweise durch Aufwalzen in eine formschlüssige Verbindung zum Düsen­ hals gebracht ist.

Diese Art der Ausgestaltung und Anbringung der Abschirmhülse führt zwar dazu, daß die Abschirmhülse den Düsenhals nahezu vollständig überdeckt und aufgrund des brennraumseitig zwi­ schen Abschirmhülse und Düsenhals gegebenen Ringspaltes den Wärmeeinfall auf den Düsenhals zu verringern geeignet ist, so­ wie auch aufgrund der im Ansatzbereich des Halses gegebenen Preßsitzverbindung zwischen Düsenhals und Abschirmhülse einen relativ guten Wärmeübergang zwischen Düsenhals und Abschirm­ hülse gewährleistet, mit der Folge eines guten Wärmetranspor­ tes auf die Düsenaufnahme. Gleichzeitig wird durch diesen Auf­ bau aber die Düse im Bereich des kritischen Übergangsbereiches des Düsenkörpers auf den Düsenhals bei der Fertigung belastet und gegebenenfalls verspannt, was in Folge der außerordentlich engen Passungsverhältnisse für die Düsennadel und deren mög­ lichst spielfreie Gleitführung kritisch ist. Darüber hinaus bedeutet eine derartige Ausgestaltung eine relativ aufwendige Fertigung sowie Schwierigkeiten bezüglich der Austauschbarkeit der Abschirmhülse im Reparaturfall.

Demgegenüber soll durch die Erfindung eine auf einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse der eingangs genannten Art dahingehend weitergebildet werden, daß bei hoher Schutzwirkung der Abschirmhülse die Verbindung zwischen Abschirmhülse und Düse in einer Weise hergestellt werden kann, die nicht nur bei der Erstausrüstung, sondern auch im Reparaturfall mit vergleichsweise einfachen Mitteln zu beherrschen ist und die insbesondere eine Austauschbarkeit im Werkstattbetrieb noch möglich macht.

Erreicht wird dies durch die Merkmale des Anspruches 1. Da­ durch, daß bei der erfindungsgemäßen Lösung die Abschirmhülse im brennraumseitigen Endbereich in spiel frei dichtende Anlage zum Düsenhals gebracht wird, kann diese Verbindung insbeson­ dere bei Verwendung eines nicht zu harten Materials für die Abschirmhülse als Preßsitz durch Aufschieben der Abschirmhülse hergestellt werden, was es möglich macht, die Abschirmhülse in ihrem an diesen Sitzbereich anschließenden Bereich dünnwan­ dig herzustellen, da Belastungen auf diesem Bereich bei der Verbindung der Abschirmhülse mit dem Düsenhals nicht gegeben sind. Eine solche dünnwandige Ausgestaltung ist darüber hinaus eine gute Voraussetzung dafür, daß bei Verspannung des der Ab­ schirmhülse zugehörigen Ringbundes auf diesen gegebenenfalls einwirkende Kräfte nicht zu Belastungen für den Düsenhals füh­ ren, zumal im Übergangsbereich zum brennraumseitigen Ende des Düsenhalses, das kraftschlüssig mit dem Düsenhals verbunden ist, zwischen diesem und der Abschirmhülse dem Ringspalt liegt. Dieser Ringspalt ist aufgrund der dichtenden Anlage der Abschirmhülse am Düsenhals beiderseits des Ringspaltes zudem ein praktisch geschlossener Isolierraum, auf den die heißen Brenngase nicht unmittelbar einwirken, wobei die kraftschlüs­ sige Verbindung der Abschirmhülse mit dem Düsenhals in dessen brennraumseitigem Endbereich einen wesentlichen Schutz gegen radiale Einstrahlung von Wärme mit sich bringt, und dies in Verbindung mit guten Voraussetzungen zur Ableitung der Wärme aus dem Düsenhals, die stirnseitig in diesen eindringt.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet damit einmal beste Voraus­ setzungen für die Realisierung eines guten Wärmeschutzes für den Düsenhals, und sie verbindet diese Vorteile mit einer Lö­ sung, die fertigungstechnisch und auch im Reparaturfall gut zu beherrschen ist.

Im Rahmen der Erfindung bietet der dichtend, bevorzugt gas­ dicht abgeschlossene Ringspalt zwischen Düsenhals und Ab­ schirmhülse auch die Möglichkeit, das Ringspaltvolumen gegebe­ nenfalls mit einem geeigneten Isoliermaterial zu füllen.

Um bei Verwendung eines weicheren, gut wärmeleitfähigen Mate­ rials, wie beispielsweise von Kupfer oder Kupferlegierungen für die Abschirmhülse auszuschließen, daß bei der axialen Ver­ spannung des Ringbundes der Ringspalt im Bundbereich zusammen­ gedrückt wird und dadurch eine Abstützung unmittelbar gegen den Düsenhals zustandekommt, ist es erfindungsgemäß zweckmäßig, die dem Düsenkörper zugewandte Dichtfläche des Ringbundes radial innen axial zurückzunehmen, so daß ein Ringraum entsteht, der sich als radiale Verbreiterung des Ringspaltes darstellt. Bezogen auf die Breite des Ringbundes erweist es sich als zweckmäßig, diese auf die axiale Vorspan­ nung abzustimmen, so daß werkstoff- und anforderungsgerechte Flächenpressungswerte erreicht werden, was, dazu führen kann, daß erfindungsgemäß dieser radiale Ringraum etwa die halbe Breite des Ringbundes einnimmt.

In erfindungsgemäßer Ausgestaltung ist es von Vorteil, wenn die axiale Länge der Anlage zwischen Abschirmhülse und Dicht­ hals relativ klein ist und in der Größe etwa, bezogen auf den Durchmesser des Dichthalses, dem halben bis zu etwa dem ganzen Durchmesser des Dichthalses entspricht, wobei es im Hinblick auf den angestrebten Preßsitz zwischen Dichthals und Abschirm­ hülse zweckmäßig ist, die Abschirmhülse im Bereich des zu er­ zielenden Preßsitzes in der Wandstärke verstärkt auszuführen. Die diesbezügliche Verdickung ist im Rahmen der Erfindung be­ vorzugt radial innen vorgesehen und als radial nach innen stu­ fenartig vorspringender Ringbund ausgebildet, wobei die ra­ diale Breite des stufenartigen Vorsprunges erfindungsgemäß be­ vorzugt größer ist als der Ringspalt, so daß sich der Ring­ spalt bei radial außen zylindrischer Kontur der Abschirmhülse verwirklichen läßt.

Bezogen auf den Durchmesser des Düsenhalses erweist es sich als zweckmäßig, wenn die Wandstärke der Abschirmhülse im Be­ reich des Ringspaltes etwa 1/7 bis zu 1/12, bevorzugt 1/10 des Außendurchmessers des Düsenhalses entspricht.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Des weiteren wird die Erfindung mit weite­ ren Details nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, die in einem schematisiert vereinfachten Ausführungsbeispiel einen Teilbereich einer in einem Zylinderkopf einer Brennkraftma­ schine angeordneten Kraftstoffeinspritzdüse im Schnitt zeigt.

In dem in der Figur gezeigten Ausschnitt ist im Schnitt ein dem Brennraum der nicht weiter gezeigten Brennkraftmaschine zugeordneter Bereich des Zylinderkopfes 1 dargestellt, in dem auf den Brennraum ausmündend eine teilweise dargestellte Kraftstoffeinspritzdüse 2 angeordnet ist, wobei für diese Ein­ spritzdüse 2 und den Zylinderkopf 1 von einem im wesentlichen bekannten Aufbau ausgegangen wird. Der Zylinderkopf 1 umfaßt eine von seiner dem Brennraum abgewandten Seite zugängliche Düsenaufnahme 3, die gegenüber dem Wasserraum des Zylinderkop­ fes durch eine Einsatzhülse 4 abgegrenzt ist, welche über ei­ nen halsartigen Fortsatz 5 in die brennraumseitige Zylinder­ kopfwand eingeschraubt ist, derart, daß in Verlängerung dieses halsartigen Fortsatzes 5 der dem Brennraum zugewandte Bereich der Zylinderkopfwand 6 einen Teil der Düsenaufnahme 3 bildet. Die zylindrische Innenkontur des halsartigen Fortsatzes 5 und der daran anschließende zylindrische, durch die Zylinderkopf­ wand gebildete Wandbereich der Düsenaufnahme 3 liegen dabei auf einem gemeinsamen Zylindermantel, der mit 7 bezeichnet ist. Dieser Zylindermantel 7 bildet die äußere Begrenzung für jenen Teil der Düsenaufnahme 3, in den der Düsenhals 8 der Kraftstoffeinspritzdüse 2 hineinragt, wobei der Düsenhals 8 an den im Durchmesser größeren Düsenhalter mit von diesem aufge­ nommenen Düsenkörper, im folgenden insgesamt als Düsenkörper 9 bezeichnet, anschließt. Dem stufenartigen Übergang zwischen Düsenkörper 9 und Düsenhals 8 mit der durch die Stufe gebilde­ ten Anlage 10 entspricht ein Absatz der Einsatzhülse 4 im Übergang auf ihren halsartigen Fortsatz 5, wobei dieser Absatz eine der Anlage 10 des Düsenkörpers 9 entsprechende Anlage 11 bildet.

Zwischen diesen Anlagen 10 und 11 liegt ein Ringbund 12 einer insgesamt mit 13 bezeichneten Abschirmhülse, welche den Düsen­ hals 8 radial umschließt, wobei der an den Ringbund 12 an­ schließende, im wesentlichen zylindrische Abschnitt der Ab­ schirmhülse 13 mit 14 bezeichnet ist. Der Abschnitt 14 hat im Ausführungsbeispiel zylindrischen Außendurchmesser und be­ grenzt mit seinem Außendurchmesser gegenüber dem Zylinderman­ tel 7 der Düsenaufnahme 3 einen Ringspalt 15. Der Innenumfang des im wesentlichen zylindrischen Abschnittes 14 der Abschirm­ hülse 13 besteht im Ausführungsbeispiel aus zwei Teilbereichen 16 und 17, von denen der Teilbereich 16 unter Bildung eines Ringspaltes 18 an den Ringbund 12 anschließt, während der Teilbereich 17 gegenüber dem Durchmesser des Düsenhalses 8 - im zugehörigen Bereich - mit Untermaß ausgeführt ist, so daß über den Teilbereich 17 die Abschirmhülse 13 mit Preßpassung auf dem Düsenhals 8 aufsitzt. Dieser Teilbereich 17 ist dem brennraumseitigen Ende des Düsenhalses 8 zugeordnet, das mit einem Fortsatz 19 für die Spritzöffnung 20 versehen ist, die hier nur symbolisch dargestellt ist.

Der Ringspalt 18 erstreckt sich axial bis in den Bereich des Ringbundes 12 hinein, und schließt auf diese Weise an einen radialen Ringraum 21 an, der dadurch gebildet ist, daß der Ringbund 12 radial innen an seiner der Anlage 10 zugewandten Stirnseite axial zurückgenommen ist. Die Breite des Ringraumes 21 entspricht dabei etwa der halben Breite des Ringbundes 12, so daß sich für den Ringbund 12 zur Anlage 10 am Düsenkörper 9 eine kleinere Ringfläche ergibt als zur Anlage 11 der Einsatz­ hülse 4, was eine gute Wärmeableitung auf die Einsatzhülse 4 ergibt. Zwischen Ringbund 12 und dem brennraumseitigen Teilbe­ reich der Abschirmhülse 13 ist diese dünnwandig ausgebildet, wobei die Wandstärke der Abschirmhülse 13 in diesem Teilbe­ reich etwa einem Zehntel des Durchmessers des Düsenhalses 8 entspricht, der bezogen auf eine Einspritzdüse für eine Nutz­ fahrzeug-Diesel-Brennkraftmaschine in der Größenordnung von bis zu etwa 10 mm liegt. Bezogen auf das gezeigte Ausführungs­ beispiel mit einem Durchmesser des Düsenhalses von etwa 7 mm liegt die Wandstärke der Abschirmhülse 13 über dem Teilbereich 16 bei etwa 0,7 mm, was insbesondere bei der Verwendung von Materialien für die Abschirmhülse 13, die sich, wie beispiels­ weise Kupfer, durch hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnen, aber vergleichsweise geringe Festigkeit haben, bedeutet, daß über die Abschirmhülse 13 keine wesentlichen, durch die Verspannung der Abschirmhülse 13 gegenüber der Einsatzhülse 4 bedingte Kräfte übertragen werden können.

Die durch die Preßpassung im Teilbereich 17 von der Abschirm­ hülse 13 auf den Düsenhals 8 übertragenden Kräfte als solche sind unkritisch, zumal sie im wesentlichen im stirnseitig ab­ geschlossenen Endbereich des Düsenhalses 8 aufgebracht werden. Zudem werden diese Kräfte zumindest teilweise im Betrieb durch wärmebedingte Dehnungen abgebaut oder doch soweit reduziert, daß die diesbezüglichen Belastungen des Düsenhalses 8 vernach­ lässigbar sind.

Bezogen auf, die Länge des Düsenhalses macht die Länge des Teilbereiches 17 nur einen Bruchteil aus, und liegt bei etwa 1/5 bis 2/5 der Länge des Düsenhalses 8.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung bringt es mit sich, daß die Abschirmhülse 13 zur Verbindung der Kraftstoffeinspritzdüse 2 auf den Düsenhals 8 lediglich axial aufgeschoben werden muß, wobei die damit verbundenen, rein axialen Belastungen des Dü­ senhalses unterhalb kritischer Grenzen bleiben und gegebenen­ falls noch dadurch reduzierbar sind, daß die Abschirmhülse 13 zum Aufschieben auf den Düsenhals 8 durch Erwärmung aufgewei­ tet werden kann, also die erforderliche Preßpassung teilweise zumindest durch Aufschrumpfen erreicht werden kann. Ein ent­ sprechendes Vorgehen ist auch innerhalb von Werkstätten noch möglich, so daß die erfindungsgemäße Lösung auch sehr repara­ turgünstig ist.

Im Rahmen der Erfindung besteht eine weitere Möglichkeit zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Abschirmhülse und dem brennraumseitigen Endbereich des Düsenhalses durch Gewin­ deverbindung, insbesondere in Form eines Feingewindes.

Claims (15)

1. Auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse, die in einer brennkraftmaschinen­ seitigen, gegen den Brennraum offenen Düsenaufnahme anzuord­ nen ist, einen Düsenkörper und einen gegenüber dem Düsenkör­ per abgesetzten Düsenhals mit am brennraumseitigen Halsende angeordneter Spritzöffnung aufweist und der im Halsbereich eine Abschirmhülse zugeordnet ist, die radial außen mit Ab­ stand zur umgebenden Düsenaufnahme liegt und radial innen ausgehend von ihrem einen Ende über einen axialen Teilbe­ reich spielfrei am Hals anliegt und über einen anderen Teil­ bereich gegenüber dem Hals einen Ringspalt abgrenzt und die an ihrem dem Düsenkörper zugewandten Ende mit einem Ringbund versehen ist, der im Bereich des Halsansatzes zwischen Dü­ senkörper und Düsenaufnahme einspannbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmhülse (13) eine radial spielfreie Anlage am brennraumseitigen Endbereich des Düsenhalses (8) aufweist und daß der Ringspalt (18) zwischen Abschirmhülse (13) und Düsenhals (8) durch die Anlage zwischen Düsenhals (8) und Abschirmhülse (13) sowie die Anlage des axial im Übergang von Düsenhals (8) und Düsenkörper (9) liegenden Ringbundes (12) am Düsenkörper (9) abgeschlossen ist.

2. Auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (18) als Isolationsvolumen insbesondere gasdicht abgeschlossen ist.

3. Auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolationsvolumen durch ein Luftvolumen gebildet ist.

4. Auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolationsvolumen ein Isoliermaterial aufnimmt.

5. Auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Düsenkörper (9) zugewandte Dichtfläche des Ring­ bundes (12) radial innen axial abgesetzt ist, derart, daß ein Ringraum (21) entsteht, der eine radiale Verbreiterung des Ringspaltes (16) zwischen Düsenhals (8) und Abschirm­ hülse (13) bildet.

6. Auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (21) sich etwa über die halbe Breite des Ringbundes (12) erstreckt.

7. Auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spielfreie Anlage der Abschirmhülse (13) am brenn­ raumseitigen Endbereich des Düsenhalses (8) durch Preßpas­ sung gebildet ist.

8. Auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse nach einem oder mehrerer der Ansprü­ che 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die spielfreie Anlage der Abschirmhülse (13) am brenn­ raumseitigen Endbereich des Düsenhalses (8) durch eine Ge­ windeverbindung gebildet ist.

9. Auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des Teilbereiches (17) mit spiel freier Anlage der Abschirmhülse (13) am Düsenhals (8) etwa dem Durchmesser des Düsenhalses (8) entspricht.

10. Auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmhülse (13) aus einem Material hoher Wärme­ leitfähigkeit besteht.

11. Auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmhülse (13) aus Kupfer oder kupferhaltigem Material besteht.

12. Auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Abschirmhülse (13) in dem den Ring­ spalt (18) aufweisenden Teilbereich (16) etwa dem zehnten Teil ihres Innendurchmessers entspricht.

13. Auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmhülse (13) auf den Düsenhals (8) axial auf­ schiebbar ist.

14. Auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse nach einem oder mehrerer der Vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als einzuspritzender Kraftstoff Dieselöl vorgesehen ist.

15. Auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als einzuspritzender Kraftstoff Benzin vorgesehen ist.