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Die
Erfindung betrifft eine auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine
einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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Kraftstoffeinspritzdüsen der
vorgenannten Art sind aus der DE-PS
873 011, 2 und 3 bekannt.
Bei üblichem
Aufbau und üblicher
Funktion bestehen sie aus einem Düsenkörper und einem gegenüber dem
Düsenkörper im
Durchmesser abgesetzten Düsenhals,
der am brennraumseitigen Ende mindestens eine Spritzöffnung aufweist,
die über
die Düsennadel
gesteuert ist, und dem eine Abschirmhülse zugeordnet ist. Die Abschirmhülse ist
radial aussen mit Abstand zur umgebenden Düsenaufnahme angeordnet, wobei
der entsprechende Ringspalt sich ausgehend vom Brennraum bis zu
einem Ringbund erstreckt, der dem Halsansatzbereich zugeordnet ist
und der zwischen Anlagen des Düsenkörpers und
der Düsenaufnahme
einspannbar ist. Auch zwischen Düsenhals
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 Düsenhals
gebracht ist.
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Diese
Art der Ausgestaltung und Anbringung der Abschirmhülse führt zwar
dazu, dass die Abschirmhülse
den Düsenhals
nahezu vollständig überdeckt
und aufgrund des brennraumseitig zwischen Abschirmhülse und
Düsenhals
gegebenen Ringspaltes den Wärmeeinfall
auf den Düsenhals
zu verringern geeignet ist, sowie auch aufgrund der im Ansatzbereich
des Halses gegebenen Presssitzverbindung zwischen Düsenhals
und Abschirmhülse
einen relativ guten Wärmeübergang
zwischen Düsenhals und
Abschirmhülse
gewährleistet,
mit der Folge eines guten Wärmetransportes
auf die Düsenaufnahme.
Gleichzeitig wird durch diesen Aufbau 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 möglichst
spielfreie Gleitführung
kritisch ist. Darüber
hinaus bedeutet eine derartige Ausgestaltung eine relativ aufwendige
Fertigung sowie Schwierigkeiten bezüglich der Austauschbarkeit
der Abschirmhülse
im Reparaturfall.
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Desweiteren
ist aus der JP 4-91362 (A) eine Kraftstoffeinspritzdüse, die
auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzt, bekannt,
bei der dem Düsenhals
eine Abschirmhülse
zugeordnet ist. Zylinderkopfseitig weist die Brennkraftmaschine
eine sich konisch gegen den Brennraum verjüngende Aufnahmebohrung für den Düsenhals
und die diesen umschliessende Abschirmhülse auf, wobei letztere über einen
Ringbund zwischen Düsenkörper und
Zylinderkopf axial eingespannt ist und an ihrem gegenüberliegenden,
brennraumseitigen Ende den Düsenhals stirnseitig
mit einem Dichtflansch von radial aussen übergreift. In ihrem zwischen
Ringbund und Dichtflansch liegenden Schaftbereich ist die Abschirmhülse gewellt
ausgeführt,
derart, das der gewellte Teil mit Vorspannung gegen die sich in
Richtung auf den Brennraum konisch verjüngende Wandung der im Zylinderkopf
vorgesehenen Aufnahmebohrung abstützt. Da diese radiale Abstützung bezogen
auf die Axialerstreckung der Abschirmhülse in deren längsmittleren
Bereich liegt, ist die Abschirmhülse
bezüglich
ihres zwischen der radialen Abstützung
und dem Brennraum liegenden Teiles nicht gegen Herausfallen in Richtung
auf den Brennraum gesichert, falls es zu einem Radialbruch der Abschirmhülse kommt, und
es ist die Abschirmhülse
auch nicht derart mit dem Düsenhals
in dessen brennraumseitigen Ende verbunden, dass eine thermische
Entlastung des brennraumseitigen Endes des Düsenhalses durch Wärmeableitung über die
Abschirmhülse
in wesentlichem Umfang erfolgen kann.
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Aus
der
DE 30 04 033 A1 ist
eine weitere auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine arbeitende
Einspritzdüse
bekannt, bei der die Abschirmhülse im Übergangsbereich
des Düsenhalses
auf den Düsenkörper mit
Presssitz gegen die Düse
fixiert ist und ausgehend von diesem brennraumfernen Befestigungsende
im Übergang
auf das brennraumseitige Ende des Düsenhalses einen Ringspalt zum
Düsenhals
abgrenzt. Die Abschirmhülse
umschliesst dabei auch kappenartig das freie Ende des Düsenhalses und
es ist die Abschirmhülse
gegenüber
dem Düsenhals
durch Verkleben oder dergleichen im Bereich des Ringspaltes begrenzt,
um die Positionierung der Spritzlöcher der Düse zu in deren Verlängerung
vorgesehenen Spritzlöchern
in der Kappe der Abschirmhülse
sicherzustellen.
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Bei
einer weiteren, auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzenden
Kraftstoffeinspritzdüse
gemäß der
DE 30 00 061 A1 ist
der Düsenhals
von einer Abschirmhülse
umschlossen, die am düsenkörperseitigen
Ende über
einen Ringbund zwischen Düsenkörper und
zylinderkopfseitiger Abstützung
eingespannt ist und die ausgehend von diesem Einspannende den Düsenhals über seine
ganze Länge
unter Bildung eines Ringspaltes umschliesst, wobei die Abschirmhülse den
Düsenhals
an seinem einspritzseitigen freien Ende mit einer radial eingebogenen
Ringlippe stirnseitig teilweise überdeckt.
Bei dieser bekannten Lösung
soll durch die Verspannung des Ringbundes der Abschirmhülse zwischen
Düsenkörper und
einer Verbindungshülse,
gegen die der Düsenkörper verschraubt
ist und die ihrerseits gegen den Zylinderkopf verschraubt ist, erreicht
werden, dass mit dem Herausschrauben der Verbindungshülse sowohl
der Düsenkörper wie
auch die Abschirmhülse
herausgezogen werden, so dass das Lösen und Herausnehmen der Abschirmhülse ohne zusätzlichen
Aufwand erreicht wird. Eine Sicherung der Abschirmhülse gegenüber dem
Düsenhals
ist im Übergang
zwischen dem Ringbund der Abschirmhülse und deren brennraumseitigen
Ende nicht gegeben, so dass auch bei dieser Lösung im Falle eines Radialbruches
Ringteile der Abschirmhülse
in den Brennraum gelangen können.
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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 beherr schend ist, eine Austauschbarkeit
im Werkstattbetrieb möglich
macht und die insgesamt zu einer hohen Betriebssicherheit führt.
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Erreicht
wird dies durch die Merkmale des Anspruches 1. Dadurch, dass bei
der erfindungsgemäßen Lösung die
Abschirmhülse
im brennraumseitigen Endbereich in spielfrei dichtende Anlage zum Düsenhals
gebracht wird, kann diese Verbindung insbesondere 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 dünnwandig
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 Abschirmhülse
zugehörigen
Ringbundes auf diesen gegebenenfalls einwirkende Kräfte nicht
zu Belastungen für
den Düsenhals
führen,
zumal im Übergangsbereich
zum brennraumseitigen Ende des Düsenhalses,
das kraftschlüssig
mit dem Düsenhals
verbunden ist, zwischen diesem und der Abschirmhülse ein 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 kraftschlüssige 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.
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Die
erfindungsgemäße Lösung bietet
damit einmal beste Voraussetzungen für die Realisierung eines guten
Wärmeschutzes
für den
Düsenhals,
und sie verbindet diese Vorteile mit einer Lösung, die fertigungstechnisch
und auch im Reparaturfall gut zu beherrschen ist.
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Im
Rahmen der Erfindung bietet der dichtend, bevorzugt gasdicht abgeschlossene
Ringspalt zwischen Düsenhals
und Abschirmhülse
auch die Möglichkeit,
das Ringspaltvolumen gegebenenfalls mit einem geeigneten Isoliermaterial
zu füllen.
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Um
auch bei Verwendung eines weicheren, gut wärmeleitfähigen Materials, wie beispielsweise von
Kupfer oder Kupferlegierungen für
die Abschirmhülse
auszuschließen,
dass bei der axialen Verspannung des Ringbundes der Ringspalt im
Bundbereich zusammengedrückt
wird und dadurch eine Abstützung
unmittelbar gegen den Düsenhals
zustandekommt, und um, unabhängig
vom Material der Abschirmhülse,
mit verhältnismäßig niedrigen
Spannkräften
die zur Abdichtung erforderliche hohe Flächenpressung im Bereich des
Ringbundes sicherzustellen, ist desweiteren die dem Düsenkörper zugewandte
Stirn- bzw. Dichtfläche
des Ringbundes radial innen axial zurückgenommen, so dass ein Ringraum entsteht,
der sich als radiale Verbreiterung des Ringspaltes darstellt.
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Die
Breite des Ringbundes ist zweckmäßig auf
die axiale Vorspannung abgestimmt, so dass Werkstoff- und anforderungsgerechte
Flächenpressungswerte
erreicht werden, was dazu führen
kann, dass erfindungsgemäß dieser
radiale Ringraum etwa die halbe Breite des Ringbundes einnimmt.
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In
erfindungsgemäßer Ausgestaltung
ist es von Vorteil, wenn die axiale Länge der Anlage zwischen Abschirmhülse und
Dichthals 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 Abschirmhülse zweckmäßig ist, die Abschirmhülse im Bereich
des zu erzielenden Presssitzes in der Wandstärke verstärkt auszuführen. Die diesbezügliche Verdickung
ist im Rahmen der Erfindung bevorzugt radial innen vorgesehen und als
radial nach innen stufenartig vorspringender Ringbund ausgebildet,
wobei die radiale Breite im Bereich des stufenartigen Vorsprunges
erfindungsgemäß bevorzugt
größer ist
als der Ringspalt, so dass sich der Ringspalt bei radial aussen
zylindrischer Kontur der Abschirmhülse verwirklichen lässt.
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Bezogen
auf den Durchmesser des Düsenhalses
erweist es sich als zweckmäßig, wenn
die Wandstärke
der Abschirmhülse
im Bereich des Ringspaltes etwa 1/7 bis zu 1/12, bevorzugt 1/10
des Aussendurchmessers des Düsenhalses
entspricht.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Des
weiteren wird die Erfindung mit weiteren Details nachfolgend anhand
der Zeichnung erläutert,
die in einem schematisiert vereinfachten Ausführungsbeispiel einen Teilbereich
einer in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeordneten
Kraftstoffeinspritzdüse
im Schnitt zeigt.
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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
Einspritzdüse 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 Zylinderkopfes durch eine Einsatzhülse 4 abgegrenzt
ist, welche über
einen halsartigen Fortsatz 5 in die brennraumseitige Zylinderkopfwand
eigeschraubt 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 Zylinderkopfwand 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 aufgenommenen Düsenkörper, im
folgenden insgesamt als Düsenkörper 9 bezeichnet,
anschließt.
Dem stufenartigen Übergang
zwischen Düsenkörper 9 und
Düsenhals 8 mit
der durch die Stufe gebildeten 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.
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Zwischen
diesen Anlagen 10 und 11 liegt ein Ringbund 12 einer
insgesamt mit 13 bezeichneten Abschirmhülse, welche den Düsenhals 8 radial
umschließt,
wobei der an den Ringbund 12 anschließende, im wesentlichen zylindrische
Abschnitt der Abschirmhülse 13 mit 14 bezeichnet
ist. Der Abschnitt 14 hat im Ausführungsbeispiel zylindrischen
Außendurchmesser
und begrenzt mit seinem Außendurchmesser
gegenüber
dem Zylindermantel 7 der Düsenaufnahme 3 einen
Ringspalt 15. Der Innenumfang des im wesentlichen zylindrischen
Abschnittes 14 der Abschirmhülse 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.
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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 Einsatzhülse 4, was eine gute
Wärmeableitung
auf die Einsatzhülse 4 ergibt.
Zwischen Ringbund 12 und dem brennraumseitigen Teilbereich
der Abschirmhülse 13 ist
diese dünnwandig
ausgebildet, wobei die Wandstärke
der Abschirmhülse 13 in
diesem Teilbereich etwa einem Zehntel des Durchmessers des Düsenhalses 8 entspricht,
der bezogen auf eine Einspritzdüse
für eine Nutzfahrzeug-Diesel-Brennkraftmaschine
in der Größenordnung
von bis zu etwa 10 mm liegt. Bezogen auf das gezeigte Ausführungsbeispiel
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 beispielsweise 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.
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Die
durch die Preßpassung
im Teilbereich 17 von der Abschirmhülse 13 auf den Düsenhals 8 übertragenden
Kräfte
als solche sind unkritisch, zumal sie im wesentlichen im stirnseitig
abgeschlossenen Endbereich des Düsenhalses 8 auf
gebracht werden. Zudem werden diese Kräfte zumindest teilweise im
Betrieb durch wärmebedingte
Dehnungen abgebaut oder doch soweit reduziert, daß die diesbezüglichen Belastungen
des Düsenhalses 8 vernachlässigbar sind.
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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.
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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 Düsenhalses
unterhalb kritischer Grenzen bleiben und gegebenenfalls noch dadurch
reduzierbar sind, daß die
Abschirmhülse 13 zum
Aufschieben auf den Düsenhals 8 durch
Erwärmung
aufgeweitet werden kann, also die erforderliche Preßpassung
teilweise zumindest durch Aufschrumpfen erreicht werden kann. Ein
entsprechendes Vorgehen ist auch innerhalb von Werkstätten noch
möglich,
so daß die
erfindungsgemäße Lösung auch
sehr reparaturgünstig ist.
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Im
Rahmen der Erfindung besteht eine weitere Möglichkeit zur Herstellung einer
Verbindung zwischen der Abschirmhülse und dem brennraumseitigen
Endbereich des Düsenhalses
durch Gewindeverbindung, insbesondere in Form eines Feingewindes.