DE19955896A1 - Kraftstoffeinspritzdüse - Google Patents

Abstract

Für eine auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüse wird eine Abschirmung der Düse über eine axial auf den Düsenhals aufschiebbare Abschirmhülse vorgeschlagen, wobei der Aufschiebeweg anschlagbegrenzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Kraftstoffeinspritzdüsen der vorgenannten Art sind aus der Pra­ xis bekannt und Gegenstand der DE 198 38 755.5-13. Derartige, direkt auf den Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoffeinspritzdüsen, die in Verbindung mit Dieselbrenn­ kraftmaschinen Verwendung finden, sind erheblichen thermischen Belastungen insbesondere im Bereich ihres brennraumseitigen, die Spritzöffnungen aufweisenden Halsendes ausgesetzt. Um die Wärmeeinstrahlung auf das Halsende zu verringern, bzw. die Wär­ meabfuhr aus dem Halsende zu verbessern, ist bei diesen Kraft­ stoffdüsen dem Düsenhals eine Abschirmhülse zugeordnet, die den stirnseitigen, den oder die Einspritzöffnungen enthaltenden Halsbereich freilässt, angrenzend an die Stirnseite den Düsen­ hals aber überdeckt und den Düsenhals mit Presssitz umschließt. Im axialen Übergangsbereich zwischen dem brennraumseitigen, den Düsenhals mit Presssitz umschließenden Ende der Abschirmhülse und deren vom Brennraum abgelegenen, als Ringbund ausgebildetem Befestigungsbund umschließt die Abschirmhülse den Düsenhals un­ ter Bildung eines Ringspaltes, der im Bereich des Ringbundes Anschluss an einen Ringraum hat, welcher der vom Brennraum ab­ gelegenen Stirnseite des Ringbundes radial innen zugeordnet ist und durch einen axial abgestuften Bereich des Ringbundes gebil­ det ist.

Insbesondere bei Verwendung von Material mit besonders guten Wärmeleiteigenschaften, wie beispielsweise Kupfer, ergibt sich durch die Presssitzverbindung zwischen Abschirmhülse und Düse im Bereich des brennraumseitigen Endes des Düsenhalses eine we­ sentliche thermische Entlastung dieses Bereiches. Darüber hin­ aus bewirkt die Abschirmhülse im axial dahinter liegenden, brennraumferneren Bereich aufgrund der Ringspaltdistanz zum Dü­ senhals eine Verringerung der Wärmeeinstrahlung auf den Düsen­ hals. Der dem Ringbund zugeordnete, also am brennraumfernen En­ de der Abschirmhülse vorgesehene Ringraum bedingt des Weiteren eine Verringerung der brennraumfernen Stirnfläche des Ringbun­ des, der als Stützfläche nutzbar ist, wenn der Ringbund zur Be­ festigung der Abschirmhülse axial zwischen Düse, insbesondere Düsenspannmutter und einer zylinderkopfseitigen Stützfläche der Düsenaufnahme eingespannt wird. Auch dies ist unter thermischen Gesichtspunkten von Vorteil, da die Wärmeübertrittsfläche auf die Düsenmutter und die zugehörigen Teile der Düse bzw. des Dü­ senhalters reduziert ist, andererseits aber zum gekühlten Zy­ linderkopf eine relativ große Übertrittsfläche nutzbar ist. Des Weiteren wirkt sich der Ringraum auch noch dahingehend vorteil­ haft aus, dass aufgrund der verringerten, als Stützfläche zur Verfügung stehenden Ringfläche mit kleinen axialen Spannkräften eine ausreichend hohe Flächenpressung zu realisieren ist, um, wie zu Isolationszwecken angestrebt, Ringraum und Ringspalt luftdicht abzuschließen.

Durch den Ringspalt ist eine unmittelbare radiale Berührung zwischen der Abschirmhülse im Bereich des Ringbundes und dem Düsenhals unterbunden, was anstrebenswert ist, um über im Be­ reich des Ringbundes aufgebrachte Spannkräfte und dadurch be­ dingte Verformungen des Ringbundes eine Beaufschlagung des Dü­ senhalses zu verhindern. Darüber hinaus wird durch den Ring­ spalt und die verhältnismäßig geringe Wandstärke der Abschirm­ hülse im Bereich des Ringspaltes auch vermieden, dass etwaige derartige Verformungen über die Abschirmhülse im Bereich des Presssitzes auf den Düsenhals übertragen werden.

Somit wird durch die vorstehend angesprochene Lösung eine ther­ mische Abschirmung des Düsenhalses ohne zusätzliche mechanische Belastungen für diesen empfindlichen Bereich der Düse erreicht, und dies auch unter Berücksichtigung der Serien-Montage; denn in der Serienfertigung wird die Abschirmhülse über eine ent­ sprechende Vorrichtung verkantungsfrei auf den Düsenhals aufge­ schoben, wobei auch die Aufschiebelänge durch die Vorrichtung vorgegeben ist, so dass Verwerfungen der Abschirmhülse über die Länge des Düsenhalses ebenso vermieden werden wie Vorschädigun­ gen der Abschirmhülse im Bereich des Ringbundes dadurch, dass die Abschirmhülse axial zu weit auf den Düsenhals aufgeschoben wird und der Ringraum zusammengedrückt wird, mit einer entspre­ chenden Belastung des Übergangsbereiches zwischen dem Hülsen­ teil der Abschirmhülse und dem Ringbund.

Außerhalb der Serienfertigung, aber auch durch Fehler im Rahmen der Serienfertigung, können derartige Vorschädigungen durch axial zu tiefes Aufschieben der Abschirmhülse grundsätzlich eintreten, da durch die Schaffung des Ringraumes der Ringbund im Übergangsbereich auf den Hülsenteil der Abschirmung verhält­ nismäßig verformungsweich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Vorschädi­ gungen im Rahmen des Möglichen auszuschließen, so dass auch ei­ ne im Servicebetrieb, also außerhalb der Serienfertigung, im Regelfall gut beherrschbare Montage der Abschirmhülse möglich ist.

Gemäß der Erfindung wird dies durch die Merkmale des Anspruches 1 erreicht, dem zufolge der Verschiebeweg der Abschirmhülse in Richtung auf die düsenseitige Abstützung des Ringbundes durch einen im Übergang des Ringraumes auf den Ringspalt liegenden Anschlag begrenzt wird. Für die Anschlagbegrenzung ist erfin­ dungsgemäß davon auszugehen, dass insbesondere bei weicherem Material, wie etwa Kupfer, sich für die Abschirmhülse eine Quetschung des Ringbundes ergibt, wenn dieser bei der Befesti­ gung der Düse gegenüber dem Zylinderkopf zwischen Zylinderkopf und düsenseitigen Anschlagflächen eingespannt wird. In Berück­ sichtigung dieses Quetschmaßes erweist es sich als zweckmäßig, bezogen auf die Ausgangslage den Anschlag gegenüber der brenn­ raumfernen Stirn- und Dichtfläche des Ringbundes zurückzuneh­ men. Bevorzugt wird dieses Untermaß noch etwas größer gewählt, und zwar im Rahmen der Grenzen, in denen die Abschirmhülse im Bereich des Ringbundes verformt werden darf, ohne Vorschädi­ gungen zu erleiden.

Erfindungsgemäß wird somit der Anschlag um die Größe des Quetschmaßes und um eine der zulässigen Verformung entsprechen­ de Plustoleranz gegenüber der brennraumfernen Stirnfläche des Ringbundes zurückgenommen, so dass im Regelfall Ringraum und Ringspalt einen durchgängigen Bereich bilden und über den An­ schlag keine Abstützung gegen die zugehörige düsenseitige Spannfläche eintritt, die Vorteile der erfindungsgemäßen Aus­ gangskonstruktion also erhalten bleiben, zugleich aber eine zu­ sätzliche Sicherung gegen Montagefehler, insbesondere im Ser­ vicebereich erreicht wird.

Der Anschlag kann im Rahmen der Erfindung durch einen Ringsteg, durch einzelne Sektoren eines Ringsteges oder dgl. gebildet sein.

Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit besteht darin, den Ringspalt insgesamt lediglich in einer Höhe auszubilden, die in etwa dem Quetschmaß und einer in der Größenordnung der zulässi­ gen Verformung des Ringbundes liegenden Plustoleranz ent­ spricht.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend an­ hand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen An­ schlaglösung zur Begrenzung des axialen Aufschiebewe­ ges der Abschirmhülse, und

Fig. 2 eine der Fig. 1 weitgehend entsprechende Darstellung mit einer weiteren Anschlagbegrenzung.

Die Figuren zeigen insgesamt einen Ausschnitt aus dem Zylinder­ kopfbereich einer Brennkraftmaschine mit in der Schnittebene liegender, im Zylinderkopf 1 angeordneter und auf den nicht weiter dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine ausmün­ dender Kraftstoffeinspritzdüse 2. Der Zylinderkopf 1 umfasst, bei grundsätzlich bekanntem Aufbau der Einspritzdüse 2 und des Zylinderkopfes 1, eine von seiner dem Brennraum abgewandten Seite zugängliche Düsenaufnahme 3, die gegenüber dem Wasserraum des Zylinderkopfes 1 durch eine Einsatzhülse 4 abgegrenzt ist. Die Einsatzhülse 4 weist einen halsartigen, in die brennraum­ seitige Wand des Zylinderkopfes 1 eingeschraubten Fortsatz 5 auf, der zentral von einer axialen Bohrung durchsetzt ist, die in Verlängerung zu einer in der brennraumseitigen Zylinderkopf­ wand 6 vorgesehenen Bohrung gleichen Durchmessers liegt, so dass die Bohrungswände gemeinsam einen Zylindermantel 7 bestim­ men. Dieser bildet die äußere Begrenzung einer Aufnahme für den Düsenhals 8 der Kraftstoffeinspritzdüse 2.

Der mit dem Düsenhals 8 versehene Düsenkörper schließt nach der vom Brennraum abgewandten Seite an einen Düsenhalter 9 an, der axial über eine Düsenmutter 22 gegen den Düsenkörper verspannt ist, wobei der Düsenkörper im Rahmen der Erfindung in Verlänge­ rung des Düsenhalses 8 einen dem Durchmesser des Düsenhalses 8 entsprechenden Durchmesser aufweist, so dass die Düsenmutter 22 an ihrer dem Brennraum zugewandten Seite eine ringförmige Anla­ gefläche 10 aufweist, deren Innendurchmesser an den Durchmesser des Düsenhalses 8 angrenzt.

Der Düsenhals 8 ist im Durchmesser kleiner als die diesem zy­ linderkopfseitig zugeordnete, durch den Zylindermantel 7 be­ grenzte Aufnahme und von einer Abschirmhülse 13 umschlossen, deren Außendurchmesser kleiner als der Durchmesser des Zylin­ dermantels 7 ist und die gegenüber dem Zylindermantel 7 einen Ringspalt 15 abgrenzt. An ihrem vom Brennraum abgelegenen Ende weist die Abschirmhülse 13 einen radial auskragenden Ringbund 12 auf. Der Ringbund 12 stützt sich axial auf einer ringförmi­ gen Anlagefläche 11 der Einsatzhülse 4 ab, wobei die ringförmi­ ge Anlagefläche 11 durch eine im Übergang zum halsförmigen Fortsatz 5 liegende Stufe der Einsatzhülse 4 gebildet ist.

Der Düsenhals 8 erstreckt sich etwa bis in die Ebene des nicht weiter dargestellten, zylinderkopfseitig durch die Wand 6 be­ grenzten Brennraumes und läuft auf den Brennraum in einem Fort­ satz 19 aus, dem die Spritzöffnungen 20 der Düse zugeordnet sind. Über seinen zylindrischen Teil ist der Düsenhals 8 von der Abschirmhülse 13 umschlossen, wobei die Abschirmhülse den Hals 8 am brennraumseitigen Ende über einen Teilbereich 17 spielfrei umschließt. An den Teilbereich 17, dessen axiale Län­ ge bei etwa 1/5 bis 2/5 der Länge des Düsenhalses 8 liegt und bevorzugt kleiner als der Durchmesser des Düsenhalses 8 ist, schließt ein Teilbereich 16 an, über den die Abschirmhülse 13 in ihrem Innendurchmesser vergrößert ist, so dass sich ein Ringspalt 18 ergibt. Dieser Ringspalt 18 läuft ausgehend vom Teilbereich 17 bis zur Anlagefläche 10 durch, wobei der Ring­ bund 12 auf seiner der Düsenmutter 22 zugewandten Stirnfläche radial innen axial zurückgenommen ist, so dass sich ein Ring­ raum 21 ergibt. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die axiale Höhe des Ringraumes 21 etwa entsprechend der radialen Breite des Ringspaltes 18, wobei der Ringspalt 18 und der in diesen übergehende Ringraum 21 einen luftdicht abgeschlossenen Isolierraum bilden.

Der Abschluss dieses Isolierraumes erfolgt einmal über die Presssitzverbindung im brennraumseitigen Teilbereich 17, und zum anderen dadurch, dass der Ringbund 12 bei im Zylinderkopf 1 verspannter Düse 2 über die Düsenmutter 22 beaufschlagt und ge­ gen den Absatz der Einsatzhülse 4 verspannt ist, wobei durch den Ringraum 21 die Breite der ringförmigen Anlagefläche 10 zwischen Düsenmutter 22 und Ringbund 12 derart reduziert ist, dass bei verhältnismäßig geringen axiale Spannkräften die Flä­ chenpressung in der Ebene der Anlagefläche 10 groß genug ist, um einen dichtenden Abschluss zu erreichen. Besteht die Ab­ schirmhülse 13, was eine bevorzugte Lösung ist, aus einem hoch­ wärmeleitfähigen Material, wie insbesondere Kupfer, so ist mit der axialen Einspannung des Ringbundes 12 auch eine gewisse Quetschung des Ringbundes verbunden, wobei bezogen auf das Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 1 dieses Quetschmaß deutlich gerin­ ger ist als die axiale Höhe des Ringraumes 21.

Die axiale Verspannung der Kraftstoffeinspritzdüse 2 in Rich­ tung auf den Brennraum ist im Ausführungsbeispiel nicht gezeigt und erfolgt in bekannter Weise, so beispielsweise durch eine die Kraftstoffeinspritzdüse 2 an ihrem vom Brennraum abgelege­ nen Ende beaufschlagende, gegen den Zylinderkopf abgestützte Spannpratze.

Die Kraftstoffeinspritzdüse 2 bildet zusammen mit der ihr hals­ seitig zugeordneten Abschirmhülse 13 eine vorgefertigte Bauein­ heit, die serienmäßig vormontiert wird, wobei die Abschirmhülse 13 axial halsseitig auf die Einspritzdüse 2 aufgeschoben wird und dieses Aufschieben kontrolliert koaxial und mit vorgegebe­ ner Tiefe erfolgt, so dass Querkräfte auf den Düsenhals 8 ver­ mieden werden, und ebenso ein Stauchen der Abschirmhülse 13, bzw. ein Einbiegen des Bundes 12 im radial inneren Bereich in Richtung auf die Anlagefläche 10.

Steht, z. B. im Servicebereich, die Notwendigkeit eines Aus­ wechselns oder Aufbringens der Abschirmhülse 13 ohne derartige Hilfseinrichtungen an, so besteht insbesondere die Gefahr, dass die Hülse axial zu weit aufgeschoben wird und dadurch im Be­ reich des inneren Randes des Ringraumes 21 in Richtung auf die Anlagefläche 10 gebogen wird. Erfolgt hierbei eine Verformung bis in den elastischen Grenzbereich oder gar darüber hinaus, so kann dies zu einer Vorschädigung führen, die in Verbindung mit den nachfolgenden Belastungen der Abschirmhülse im Betrieb zu einem Bruch derselben führt.

Dem wird bei der Ausgestaltungsform gemäß Fig. 1 dadurch begeg­ net, dass ein diesbezüglich möglicher, durch die axiale Höhe des Ringraumes 21 vorgegebener Verformungsweg dadurch auf ein noch zulässiges Maß beschränkt wird, das im Übergang vom Ring­ raum 21 auf den Ringspalt 18 eine Anschlagbegrenzung vorgesehen wird, wobei als Anschlag gemäß Fig. 1 ein Ringsteg 23 vorgese­ hen ist, der sich im Radialbereich des zylindrischen, hülsen­ förmigen Abschnittes 14 der Abschirmhülse 13 über einen Teil der Höhe des Ringraumes 21 erstreckt. Anstelle eines Ringsteges 23 können selbstverständlich auch einzelne Anschlagelemente, beispielsweise Ringsegmente oder dgl. vorgesehen sein.

Bezogen auf die axiale Höhe des Ringraumes 21 ist die Höhe des Anschlages, hier des Ringsteges 23 so bemessen, dass die Diffe­ renz zumindest dem Quetschmaß, bevorzugt dem Quetschmaß zuzüg­ lich einer Plustoleranz entspricht, wobei die Höhe der Plusto­ leranz das Maß des maximal ohne Vorschädigung noch zulässigen Verformungsweges des Ringbundes im Bereich des Überganges auf die Ringhülse nicht überschreiten sollte.

Eine derartige Ausgestaltung bringt es mit sich, dass einer­ seits durch den Ringraum 21 in der Abstützung gegen die Düsen­ mutter 22 ein verhältnismäßig schmaler Ringsteg verbleibt, und andererseits unabhängig von der Höhe des Ringraumes 21 ein Ein­ biegen des Ringbundes gegen die Anlagefläche 10 bei unzulässig weitem Aufschieben der Abschirmhülse 13 verhindert ist. Zudem bleibt bezüglich der Abschirmhülse 13 der Abschnitt des Ring­ raumes 21 und der Abschnitt des Ringspaltes 18 gegenüber der Düse praktisch berührungslos, da selbst dann, wenn die An­ schlagbegrenzung zur Wirkung kommen sollte, im Betrieb ein al­ lenfalls loser Berührkontakt zustande kommt und ein wesentli­ cher Wärmeübergang nicht stattfindet.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht somit nach wie vor die Abschirmung des Düsenhalses 8 bei Wärmeableitung aus dem Kopf­ bereich des Düsenhalses 8 durch die in diesem Bereich mit Presssitz am Düsenhals 8 sitzende Abschirmhülse 13 und die Ab­ führung der Wärme von der Abschirmhülse 13 bevorzugt auf den gekühlten Bereich des Zylinderkopfes 1 durch eine großflächige Auflage des Ringbundes 12 im Schulterbereich der Einsatzhülse 4.

Die Ausgestaltung gemäß Fig. 2 entspricht weitestgehend jener gemäß Fig. 1, und es wird insoweit auf die dortige Beschreibung Bezug genommen. Abweichend von Fig. 1 ist in Fig. 2 der Ring­ raum mit 24 bezeichnet und in seiner axialen Höhe auf einen Spalt reduziert. Die Höhe des Ringraumes 24 entspricht in die­ ser Ausführungsform der Größe des Quetschmaßes zuzüglich einer Plustoleranz, die dem ohne Vorschädigung zulässigen Verfor­ mungsweg beim axialen Aufschieben der Abschirmhülse 13 ent­ spricht. Auch ein derartig in der Höhe reduzierter Ringraum 24 ermöglicht noch die in ihrer radialen Breite reduzierte, ring­ förmige Anlagefläche 10 im Übergang zwischen Ringbund 12 und Düsenmutter 22, wobei die zusätzliche Plustoleranz sicher­ stellt, dass unter Aufrechterhaltung eines Ringraumes auch der maximale Verformungsweg entsprechend beschränkt ist.

In Verbindung mit dieser Beschränkung des Verformungsweges ist es, wie auch beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, vorteilhaft, wenn die seitens der Düsenmutter 22 vorgesehene Anlagefläche zumindest nahezu an den Düsenhals 8 heranreicht, so dass die Anschlagbegrenzung durch Abstützung im radial inneren Bereich des Hülsenteiles der Abschirmhülse 13, bzw. an der radial inne­ ren Kante 25 des Ringbundes 12 erfolgt. Dies bedingt, dass der Düsenkörper in Verlängerung des Düsenhalses 8 im Wesentlichen einen dem Düsenhals entsprechenden Durchmesser aufweist. Dieser Durchmesser erweist sich auch für den anschließenden Gewindebe­ reich des Düsenhalters als zweckmäßig; bei entsprechend gestuf­ ter Ausbildung des Gewindebereiches der Düsenmutter kann der Anschlussbereich des Düsenhalters aber auch einen größeren Durchmesser aufweisen.

Claims (6)

1. Kraftstoffeinspritzdüse, die auf den Brennraum einer Brenn­ kraftmaschine einspritzt, in einer brennkraftmaschinenseitigen, gegen den Brennraum offenen Düsenaufnahme angeordnet ist, einen Düsenkörper mit in Richtung auf den Brennraum folgendem, radial abgesetzten Düsenhals und mit am brennraumseitigen Halsende an­ geordneter Spritzöffnung aufweist, und der im Halsbereich eine Abschirmhülse zugeordnet ist, die auf den Düsenhals in Gegen­ richtung zum Brennraum aufschiebbar ist, radial innen am brenn­ raumseitigen Endbereich des Düsenhalses über einen axialen Teilbereich radial spielfrei mit Presssitz am Düsenhals anliegt und über einen in Gegenrichtung zum Brennraum daran anschlie­ ßenden Teilbereich gegenüber dem Düsenhals einen Ringspalt ab­ grenzt, wobei die Abschirmhülse an ihrem vom Brennraum abge­ wandten Ende mit einem Ringbund versehen ist, der im Bereich des Halsansatzes zwischen Düse und Düsenaufnahme eingespannt ist und der einen Ringraum aufweist, der auf der vom Brennraum abgewandten Stirnseite des Ringbundes durch einen gegenüber dieser Stirnseite axial zurückgenommenen, radial inneren Ring­ bereich gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufschiebeweg der Abschirmhülse (13) auf den Düsenhals (8) durch einen im Übergang des Ringraumes (21, 24) auf den Ringspalt (18) liegenden Anschlag (23, 25) begrenzt ist.

2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (23, 25) zur düsenseitigen Gegenfläche einen Abstand aufweist, der zumindest dem durch die axiale Verspan­ nung des Ringbundes (12) sich ergebendem Quetschmaß entspricht.

3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag durch einen Ringsteg (23) gebildet ist.

4. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag durch einzelne Ringsegmente gebildet ist.

5. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (24) eine dem Abstand des Anschlages zur dü­ senseitigen Gegenfläche entsprechende Höhe aufweist.

6. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag durch die radial innere, ringraumseitige Kan­ te (25) des Ringbundes (12) gebildet ist.