DE19902282A1 - Injektor für eine Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Injektor für eine Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, mit einem Injektorkopf (1) und mehreren, im wesentlichen koaxial übereinander angeordneten Teilen (5, 6, 7, 8), wobei an der Stoßstelle zweier benachbarter Teile eine Spannmutter (10) angeordnet ist, welche die benachbarten Teile über ihren gesamten Umfang umgreift und mechanisch miteinander verbindet, wobei sich die Spannmutter (10) in axialer Richtung über die Länge mehrerer Teile (5, 6, 7, 8) erstreckt und alle koaxial übereinander angeordneten Teile (5, 6, 7, 8) mechanisch fixiert und axial gegeneinander verspannt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Injektor für eine Einspritzanla­ ge einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Herkömmliche Injektoren für die Kraftstoffeinspritzung in Brennkraftmaschinen sind in der Regel modular aufgebaut und bestehen aus mehreren, koaxial übereinander angeordneten Tei­ len, wie beispielsweise einem Injektorkörper und einem Steu­ ermodul, wobei die mechanische Verbindung zweier axial be­ nachbarter Teile durch ein Verbindungselement wie eine Spann­ hülse, eine Doppelspannmutter oder eine Schweißhülse erfolgt.

Nachteilig an den derartig modular aufgebauten herkömmlichen Injektoren ist jedoch, daß die Befestigung des Injektors in dem Zylinderkopf durch das Verbindungselement behindert wird. So kann die Verspannung des Injektors mit dem Zylinderkopf meist nur unterhalb des Verbindungselements erfolgen, so daß der Injektor relativ weit aus dem Zylinderkopf herausragt.

Zum einen entstehen so Probleme mit dem zur Verfügung stehen­ den Einbauraum, die auch nicht dadurch behoben werden können, daß das Verbindungselement für die Verspannung axial benach­ barter Teile des Injektors in die im Zylinderkopf der Brenn­ kraftmaschine befindliche Aufnahmebohrung für den Injektor verlagert wird, da das Verbindungselement hierzu zu groß ist.

Zum anderen führt das weite Herausragen des Injektors aus dem Zylinderkopf beim Betrieb der Brennkraftmaschine zu störenden Schwingungen des Injektors und unter Umständen zu einer Über­ lastung der Spannpratze, die den Injektor an dem Zylinderkopf befestigt, sowie möglicherweise zu Fehlfunktionen des Injek­ tors.

Darüber hinaus hat eine Krafteinleitung auf das Verbindungs­ element durch eine Spannvorrichtung des Injektors oftmals überhöhte mechanische Spannungen an dem Verbindungselement zur Folge.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen modular aufge­ bauten Injektor mit kompakter Bauform zu schaffen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des unab­ hängigen Patentanspruchs gelöst.

Die Erfindung schließt die allgemeine technische Lehre ein, zur Verbindung der einzelnen Teile eines modular aufgebauten Injektors ein hülsenförmiges Verbindungselement zu verwenden, das alle koaxial übereinander angeordneten Teile des Injek­ tors miteinander verbindet.

In einer Variante der Erfindung ist das Verbindungselement als Spannmutter ausgeführt, welche die einzelnen Teile axial gegeneinander verspannt und dadurch eine Hochdruckabdichtung der einzelnen Teile bewirkt. Der Außenquerschnitt der Spann­ mutter ist hierbei vorzugsweise über ihre gesamte Länge kon­ stant, so daß der Injektor leicht in eine entsprechende zy­ lindrische Aufnahmebohrung in dem Zylinderkopf einer Brenn­ kraftmaschine eingespannt werden kann.

Die Verwendung einer gemeinsamen Spannmutter zur Verspannung sämtlicher Module bzw. Bauteile des Injektors ermöglicht vor­ teilhaft einen kurzen Abstand der Spannstelle, an der die Spannmutter angreift, von den Verbindungsflächen zweier an­ einandergrenzenden Bauteile. Darüber hinaus können die ein­ zelnen Module bzw. Bauteile durch die zentrale Verspannung in ihrer Bauhöhe reduziert werden, wodurch die gesamte Bauhöhe des Injektors und damit auch die frei schwingende Masse ober­ halb der Auflage der Spannpratze abnimmt, die den Injektor an dem Zylinderkopf befestigt.

Gemäß einer Variante der Erfindung umgreift die Spannmutter an ihrem oberen Ende den Injektorkörper, wobei die Verbindung von Spannmutter und Injektorkopf durch eine Verschraubung er­ folgt. Gegebenenfalls weist die Spannmutter hierzu an ihrem oberen Ende ein Innengewinde auf, während der Injektorkopf ein entsprechend angepaßtes Außengewinde trägt, um die Ver­ schraubung von Injektorkopf und Spannmutter zu ermöglichen.

In der bevorzugten Ausführungsform dieser Variante trägt die Spannmutter an ihrem oberen Ende einen umlaufenden, vorzugs­ weise zylindrischen Bund zur Pratzenauflage, um den Injektor durch die Spannpratze axial in der Aufnahmebohrung des Zylin­ derkopfs einspannen zu können. Zur rotatorischen Ausrichtung sind an dem Bund oder oberhalb davon Schlüsselflächen für den Eingriff der Spannpratze angeformt, um den Injektor durch die Spannpratze in einer bestimmten Winkelstellung zu fixieren.

In einer anderen Variante der Erfindung umgreift dagegen der Injektorkopf die Spannmutter an ihrem oberen Ende, wobei die Verbindung von Injektorkopf und Spannmutter wiederum durch eine Schraubverbindung erfolgt, wozu die Spannmutter gegebe­ nenfalls ein Außengewinde aufweist, während der Injektorkopf ein entsprechendes Innengewinde trägt. Vorzugsweise weist der Injektorkopf in dieser Variante einen umlaufenden Bund auf, der als Pratzenauflage dient, um den Injektor axial in der Aufnahmebohrung des Zylinderkopfs zu verspannen. Darüber hin­ aus können an der äußeren Mantelfläche des Injektorkopfes Schlüsselflächen für den Eingriff der Spannpratze angeformt sein, um im montierten Zustand eine Verdrehung des Injektors im Zylinderkopf zu verhindern.

In einer weiteren Variante der Erfindung erfolgt die Verbin­ dung zwischen dem Injektorkopf und dem hülsenförmigen Verbin­ dungselement dagegen nicht durch eine Verschraubung wie bei der vorstehend beschriebenen Spannmutter, sondern durch ein geeignetes Fügeverfahren. Hierzu werden die einzelnen Module des Injektors axial gegeneinander vorgespannt, woraufhin dann das Verbindungselement mit dem Injektorkopf verbunden wird. Die Verbindung zwischen dem Injektorkopf und dem Verbindungs­ element kann in dieser Variante der Erfindung beispielsweise durch Schweissen, Hartlöten oder ähnliche Fügeverfahren er­ folgen. Vorteilhaft an dieser Variante der Erfindung ist ins­ besondere die hervorragende Dichtwirkung an der Verbindungs­ stelle zwischen dem Injektorkopf und dem hülsenförmigen Ver­ bindungselement.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfin­ dung erfolgt die mechanische Verbindung des Injektorkopfs mit dem hülsenförmigen Verbindungselement dagegen durch eine Schrumpfverbindung. Im folgenden wird eine derartige Schrumpfverbindung für die Ausführungsform beschrieben, bei welcher das hülsenförmige Verbindungselement den Injektorkopf umgreift. Hierbei wird das hülsenförmige Verbindungselement vor der Montage stark erwärmt, wohingegen der Injektorkopf auf einer geringeren Temperatur, wie beispielsweise der Raum­ temperatur, gehalten wird. Hierdurch erweitert sich der In­ nenquerschnitt des Verbindungselements, so daß der Injektor­ kopf dann mit seinem freien Ende in die Mündungsöffnung des Verbindungselements hineingeschoben werden kann. Anschließend wird das Verbindungselement dann wieder abgekühlt, wodurch der Innenquerschnitt des Verbindungselements abnimmt und so­ mit eine Preßpassung zwischen dem Verbindungselement und dem Injektorkopf entsteht. Selbstverständlich kann eine derartige Schrumpfverbindung auch bei einer Ausführungsform des Injek­ tors eingesetzt werden, bei welcher der Injektorkopf das hül­ senförmige Verbindungselement umgreift. In diesem Fall muß dann der Injektorkopf vor der Montage gegenüber dem hülsen­ förmigen Verbindungselement erwärmt werden, um anschließend eine Preßpassung zu bilden.

Schließlich kann das hülsenförmige Verbindungselement auch durch eine Pressverbindung mit dem Injektorkopf verbunden werden.

Die vorstehend beschriebenen Arten der Verbindung zwischen dem Injektorkopf und dem hülsenförmigen Verbindungselement sind jedoch lediglich beispielhaft zu verstehen, während die Erfindung auch andere Befestigungsmöglichkeiten umfaßt.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Beschreibung der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen modular aufgebauten Injektor mit einer zylin­ drischen Spannmutter, welche die Injektorteile ver­ bindet und den Injektorkopf umgreift,

Fig. 2 eine andere Variante eines erfindungsgemäßen Injek­ tors mit einem an der Spannmutter angeformten Bund und

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge­ mäßen Injektors, bei dem der Injektorkopf die Spann­ mutter umgreift.

Der in Fig. 1 gezeigte Injektor ist modular aufgebaut und dient zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei an der Oberseite des Injektors als ein Bauteil ein Injektorkopf 1 angeordnet ist.

Zum einen ermöglicht der Injektorkopf 1 den Anschluß einer Einspritzleitung, um den Injektor mit einer zentralen Ein­ spritzanlage zu verbinden, die den erforderlichen Einspritz­ druck bereitstellt. Hierzu ist der Injektorkopf 1 an seiner Oberseite abgeschrägt und mit einem Schraubanschluß 2 mit einem Innengewinde versehen, welches einen Hochdruckstutzen mit einem Filter zum Anschluß der Einspritzleitung aufnimmt.

Zum anderen weist der Injektorkopf 1 einen im wesentlichen zylindrischen Rumpfteil auf, an dem unterhalb der Abschrägung Schlüsselflächen 3 angeformt sind, die zusammen mit einem um­ laufenden zylindrischen Bund 4 den Eingriff einer Spannpratze ermöglichen, die zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. Ei­ nerseits drückt die Spannpratze axial von oben auf den umlau­ fenden Bund 4, wodurch der gesamte Injektor in einer entspre­ chenden Aufnahmebohrung in dem Zylinderkopf der Brennkraftma­ schine axial nach unten gedrückt wird, wobei zwischen der un­ teren Stirnfläche des Injektors und der Bodenfläche der Auf­ nahmebohrung eine Kupferscheibe angeordnet ist, um die Auf­ nahmebohrung abzudichten. Andererseits greift die Spannpratze seitlich in die Schlüsselflächen 3 ein und verhindert somit im montierten Zustand eines Verdrehung des Injektors um seine Längsachse.

Weiterhin weist der Injektor eine Steuereinheit 5, einen In­ jektorkörper 6, eine Drosselscheibe 7 sowie eine Düse 8 auf, die koaxial übereinander angeordnet sind und jeweils durch Stifte in einer bestimmten Winkelstellung relativ zueinander fixiert werden. Diese rotatorische Fixierung der einzelnen Teile ist wichtig, da von dem Injektorkopf 1 durch die Steu­ ereinheit 5, den Injektorkörper 6 und die Drosselscheibe 7 ein Hochdruckkanal 9 verläuft, über den der Kraftstoff zu der Düse 8 transportiert wird, wobei die Kanalabschnitte in den einzelnen Teilen des Injektors exakt fluchten müssen, um ei­ nen durchgehenden Kanal zu bilden.

Der Injektorkopf 1, die Steuereinheit 5, der Injektorkörper 6 und die Drosselscheibe 7 weisen weiterhin eine zentrische Bohrung auf, in der sich eine axial verschiebbare Stellglied­ anordnung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung befindet, die in herkömmlicher Weise ausgeführt ist. Im folgenden wird deshalb zur Vereinfachung auf eine detaillierte Beschreibung des Aufbaus und der Funktion der Stellgliedanordnung verzich­ tet, um detailliert auf den Kern der vorliegenden Erfindung eingehen zu können. Es wird diesbezüglich jedoch beispielhaft auf die europäische Patentanmeldung EP 0 690 223 A2 verwie­ sen, deren Inhalt hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung der Stellgliedanordnung mit aufgenommen wird.

Schließlich weist der dargestellte erfindungsgemäße Injektor ein hülsenförmiges Verbindungselement auf, das vorzugsweise als hohlzylindrische Spannmutter 10 ausgebildet ist, in der die Düse 8, die Drosselscheibe 7, der Injektorkörper 6 und die Steuereinheit 5 angeordnet sind, wobei die Spannmutter 10 an ihrem oberen Ende von dem Injektorkopf 1 verschlossen wird und an ihrem unterem Ende einen Ringabsatz aufweist, der die Bodenfläche der Spannmutter 10 bildet, durch den sich der Durchmesser der Spannmutter verringert und auf den sich die ringförmige Stirnfläche der Düse 8 stützt. Die Spannmutter 10 weist ein Innengewinde auf, in das ein entsprechend angepaß­ tes Außengewinde in dem unteren Teil des Injektorkopfs 1 ein­ greift. Zur Montage des Injektors werden also zunächst die Düse 8, die Drosselscheibe 7, die Steuereinheit 6 und der In­ jektorkopf 5 koaxial zueinander angeordnet und durch Stifte in einer bestimmten Winkelstellung zueinander fixiert, damit die in den einzelnen Teilen befindlichen Kanalabschnitte im montierten Zustand des Injektors den durchgehenden Hochdruck­ kanal 9 bilden. Anschließend wird der Stapel aus der Düse 8, der Drosselscheibe 7, dem Injektorkörper 6 und der Steuerein­ heit 5 auf den Kopf gestellt, so daß die Düse 8 nach oben zeigt. Daraufhin wird dann die Spannmutter 10 von oben auf den Stapel aufgeschoben, bis die Düse 8 mit ihrer Stirnfläche auf der Bodenfläche der Spannmutter 10 aufliegt. Schließlich wird dann der Injektorkopf 1 mit seinem Außengewinde soweit in das Innengewinde der Spannmutter 10 hineingeschraubt, bis ein bestimmtes Anzugsmoment erreicht ist, wobei die einzelnen Teile innerhalb der Spannmutter 10 axial gegeneinander ver­ spannt werden. Der Injektorkopf 1 wird hierbei soweit in die Spannmutter 10 hineingeschraubt, bis ein vorgegebenes Anzugs­ moment erreicht ist, das ausreichend ist, um eine Hochdruck­ abdichtung zwischen den einzelnen Teilen in der Spannmutter 10 herzustellen. Im montierten Zustand wird eine Verdrehung des aus der Düse 8, der Drosselscheibe 7, dem Injektorkörper 6 und der Steuereinheit 5 bestehenden Stapels innerhalb der Spannmutter 10 durch eine Stiftverbindung verhindert, die zur Vereinfachung nicht in den Zeichnungen dargestellt ist.

In diesem Zusammenhang ist besonders vorteilhaft, daß die Schlüsselflächen 3 an dem Injektorkopf 1 und nicht an der Mantelfläche der Spannmutter 10 angeordnet sind, da die Win­ kelstellung der Schlüsselflächen 3 relativ zu dem Zylinder­ kopf somit unabhängig von dem Festziehen der Spannmutter 10 ist. Bei einer Anordnung der Schlüsselflächen 3 auf der Man­ telfläche der Spannmutter 10 müßte die Spannmutter 10 dagegen nach Erreichen des vorgegebenen Anzugsmoments noch weiter ge­ dreht werden, bis die Schlüsselflächen 3 wieder die zur Mon­ tage erforderliche Winkelstellung aufweisen, was zu erhebli­ chen mechanischen Spannungen führen würde.

In einer weiteren Ausbildungsform ist das Verbindungselement axial vorgespannt mit dem Injektorkopf 1 umlaufend ver­ schweißt, wodurch eine kostengüngstige Montage ermöglicht wird.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Injektors, das weitgehend mit dem vorstehend be­ schriebenen und in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel übereinstimmt, so daß entsprechende Bauteile in Fig. 2 mit denselben Bezugszeichen versehen sind und diesbezüglich zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschrei­ bung verwiesen wird.

Im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbei­ spiel weist der untere Teil des Injektorkopfes 1 eine weitge­ hend zylindrische Mantelfläche ohne Schlüsselflächen und ohne den zylindrischen Bund auf, der in dem Injektor gemäß Fig. 2 an der Mantelfläche der Spannmutter angeformt ist. Die Anord­ nung des zylindrischen Bundes 4 für die Pratzenauflage an der Mantelfläche der Spannmutter 10 bietet den Vorteil, daß die axiale Baulänge des Injektorkopfes 1 entsprechend verringert werden kann, was insgesamt zu einem kürzeren Injektor führt.

Die rotatorische Fixierung des Injektors in der Aufnahmeboh­ rung des Zylinderkopfs erfolgt hierbei beispielsweise durch einen Zylinderstift, der in einer entsprechende Aussparung in der Spannmutter 10 eingreift.

Alternativ dazu ist es auch möglich, an der Mantelfläche der Spannmutter 10 im Bereich des zylindrischen Bundes 4 oder oberhalb des zylindrischen Bundes 4 Schlüsselflächen für die Spannpratze vorzusehen.

Fig. 3 zeigt schließlich ein drittes Ausführungsbeispiel ei­ nes erfindungsgemäßen Injektors, das ebenfalls weitgehend mit dem in Fig. 1 dargestellten Injektor übereinstimmt, so daß auch diesbezüglich die entsprechenden Bezugszeichen verwendet werden und auf die vorangegangenen Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen wird.

Der wesentliche Unterschied dieses Injektors zu den vorste­ hend beschriebenen Ausführungsbeispielen besteht in der un­ terschiedlichen Verbindung des Injektorkopfes 1 mit der Spannmutter 10. So weist die Spannmutter 10 hierbei an ihrem oberen Ende ein Außengewinde auf, während der Injektorkopf 1 das obere Ende der Spannmutter 10 im montierten Zustand um­ greift und ein entsprechend angepaßtes Innengewinde trägt. Darüber hinaus ist an dem unteren Ende des Injektorkopfes 1 außen ein umlaufender zylindrischer Bund 4 angeformt, der als Auflage für die Spannpratze dient. Ferner trägt der Injektor­ kopf 1 an seiner Mantelfläche außen oberhalb des zylindri­ schen Bundes Schlüsselflächen 3 zum Eingriff der Spannpratze, um im montierten Zustand eine Verdrehung des Injektors um seine Längsachse zu verhindern. Auch bei dieser Anordnung ist es besonders vorteilhaft, daß die Winkelstellung der Schlüs­ selflächen 3 relativ zu dem Zylinderkopf somit unabhängig von dem Anziehen der Spannmutter 10 ist, so daß beim Anziehen der Spannmutter 10 nach dem Erreichen des vorgegebenen Anzugsmo­ ments nicht weiter gedreht werden muß, bis die erforderliche Endstellung der Schlüsselflächen 3 erreicht ist.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gear­ teten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (12)

1. Injektor für eine Einspritzanlage einer Brennkraftma­ schine, mit einem Injektorkopf (1) und einer Düse (8), zwi­ schen denen Injektorteile (5, 6, 7, 8) im wesentlichen koa­ xial übereinander angordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Injektorkopf (1) und der Düse (8) ein hülsenförmi­ ges Verbindungselement (10) angebracht ist, das die Injektor­ teile (5, 6, 7, 8) umschließt und axial vorspannt.

2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (10) im wesentlichen hohlzylin­ drisch ist und an seinem oberen Ende den Injektorkopf (1) um­ greift.

3. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenwand des Verbindungselements (10) im Bereich des Injektorkopfes (1) ein umlaufender Bund (4) zur Auflage einer Spannpratze angeformt ist.

4. Injektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (10) an seinem oberen Ende ein Innengewinde aufweist und der Injektorkopf (1) an seinem un­ teren Ende ein entsprechend angepaßtes Außengewinde trägt, um eine Verschraubung des Injektorkopfs (1) mit dem Verbindungs­ element (10) zu ermöglichen.

5. Injektor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem an dem Verbindungselement (10) angeformten Bund (4) zur rotatorischen Ausrichtung Schlüsselflächen (3) für den Eingriff einer Spannpratze angeformt sind.

6. Injektor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem an dem Verbindungselement (10) angeformten Bund (4) zur rotatorischen Ausrichtung mindestens eine Aussparung zum Eingriff eines Zylinderstifts angeformt ist.

7. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektorkopf (1) das Verbindungselement (10) an des­ sen oberen Ende umgreift.

8. Injektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenwand des Injektorkopfs (1) ein umlaufender Bund (4) angeformt ist.

9. Injektor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (10) an seinem oberen Ende ein Au­ ßengewinde aufweist und der Injektorkopf (1) ein entsprechend angepaßte Innengewinde trägt, um eine Verschraubung des In­ jektorkopfs (1) mit dem Verbindungselement (10) zu ermögli­ chen.

10. Injektor nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (4) im wesentlichen zylindrisch ist.

11. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (10) als Spannmutter ausgebildet ist.

12. Injektor nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (10) mit dem Injektorkopf (1) ver­ schweißt ist.