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Die vorliegende Erfindung eine Anordnung zur
Befestigung eines Einspritzventils für Kraftstoff am Zylinderkopf
eines Motors für
ein Kraftfahrzeug und insbesondere einen Halteflansch für das Einspritzventil.
Ein Zylinderkopf für
einen Motor mit einer Anordnung zur Befestigung eines Einspritzventils nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der FR 2 670 543 A bekannt.
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Die Motoren von Kraftfahrzeugen werden
immer häufiger
mit Einspritzventilen an Stelle von Vergasern versehen. Das Einspritzventil
fördert
den Kraftstoff entweder direkt in den Zylinder oder in eine Einlasskammer,
in der die Bildung des Luft/Kraftstoff-Gemisches erfolgt. Um den
Kraftstoff vom Tank in den Zylinder oder in die Einlassleitung zu
fördern durchsetzt
das Einspritzventil einen Teil des Zylinderkopfes. Die Aussparung
im Zylinderkopf für
die Aufnahme des Einspritzventils ist im wesentlichen senkrecht
zur Innenseite des Zylinderkopfes ausgerichtet. Diese Aussparung
im Zylinderkopf für
das Einsetzen des Einspritzventils ist stufenförmig ausgebildet und zwar relativ
eng für
eine genaue Führung
des Gehäuses
und insbesondere der Spitze des Einspritzventils.
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Diese Anordnung ist jedoch mit einigen Nachteilen
behaftet. Das wichtigste Problem betrifft dabei die Abdichtung zwischen
der Einlasskammer, die entweder durch den Zylinder selbst gebildet
wird oder durch die Einlassleitung und die Aussparung im Zylinderkopf
für die
Aufnahme des Gehäuses
und der Spitze des Einspritzventils. Um jegliches Eindringen von
Kraftstoff in diese Aussparung für
das Einspritzventil zu verhindern, stützt sich das untere Ende des Gehäuses des
Einspritzventils auf einer Dichtung ab. Die Abdichtung wird dabei
durch einen axialen Klemmsitz des Einspritzventils im Zylinderkopf
mit Anlage an der Dichtung bewirkt. Eine derartige Anordnung bedingt
jedoch eine perfekt axial wirkende Klemmkraft zwischen dem unteren
Ende des Gehäuses
des Einspritzventils und der Dichtung.
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Eines der Probleme beruht auf der
Tatsache, dass die Aussparung im Zylinderkopf für die Aufnahme des Gehäuses des
Einspritzventils relativ eng ist. Derjenige Abschnitt des Zylinderkopfes,
der für
den Durchlass ausschließlich
der Spitze des Einspritzventils vorgesehen ist, ist relativ lang
und eng bezüglich
des Durchmessers der Spitze des Einspritzventils.
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Aus diesem Grund kann jegliche nicht
axial ausgerichtete Krafteinwirkung auf das Oberteil des Gehäuses des
Einspritzventils zu einer Beschädigung
desjenigen Bereichs des Gehäuses
führen,
der sich bereits in der Aussparung befindet und insbesondere der
Spitze des Einspritzventils.
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Außerdem neigt eine nicht axiale
Krafteinwirkung auf das Oberteil des Gehäuses des Einspritzventils dazu,
einen Teil der Dichtung zu komprimieren, während der diametral gegenüber liegende
Teil aufgeworfen wird, sodass diese nicht mehr ihre Dichtwirkung
in vollem Umfang ausüben
kann.
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Um diese aufgezählten Probleme zu überwinden
ist es wünschenswert,
das Gehäuse
des Einspritzventils ausschließlich
mit axial wirkenden Kräften
zu beaufschlagen.
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Zu diesem Zweck wurde bereits in
der GB-A-2 153 908 vorgeschlagen, einen Befestigungsflansch für ein Einspritzventil
zu verwenden, der im wesentlichen aus einem Hebel besteht, dessen
Mittenabschnitt eine Öffnung
aufweist, die vom oberen Bereich des Gehäuses durchsetzt wird, dessen
eines Ende sich auf einem Teil der Außenfläche des Zylinderkopfes abstützt und
dessen anderes Ende eine Gewindebohrung aufweist, in die ein Gewindestab eingreift,
der fest mit dem Zylinderkopf verbunden ist und eine Klemmmutter
trägt.
Der Mittenabschnitt des Hebels ist mit einem Vorsprung versehen,
der die allgemeine Form eines Zylinderabschnitts aufweist und der
sich axial auf einer ebenen Fläche
im oberen Bereich des Gehäuses
des Einspritzventils abstützt.
Die gesamte Anordnung bildet damit einen Hebel, dessen Achse aus
dem freien Ende des Lagers besteht, das sich am Zylinderkopf abstützt, wobei
die Kraft durch das Anziehen der Mutter am Gewindestab aufgebracht
wird, mit dem Ergebnis, dass der Mittenabschnitt mit dem Vorsprung
beaufschlagt wird.
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Der Einwirkungspunkt der Kraft liegt
am oberen Abschnitt des Einspritzventils im Mittenabschnitt des
Lagers und vor allem im erwähnten
Vorsprung. Auf Grund der zylindrischen Gestalt des Vorsprungs sind
die auf das Gehäuse
des Einspritzventils einwirkenden Kräfte senkrecht ausgerichtet.
Damit sind sie jedoch noch nicht exakt axial gerichtet, da der Vorsprung,
der sich in der Mitte des Lagers befindet, auf einem Kreis angeordnet
ist, dessen Mittelpunkt das freie Ende des Lagers ist, das sich
auf der Oberfläche des
Zylinderkopfes abstützt.
Damit kann der Vorsprung verschoben werden, sodass er nicht mehr
in der Lage ist, die Kräfte
der Achse des Gehäuses
des Einspritzventils zu übertragen.
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Gemäss einem anderen bekannten
System stützt
sich ein Befestigungsflansch auf einem elastischen Ring ab, der
in einer radial verlaufenden Nut in einem Mittenabschnitt des Gehäuses des
Einspritzventils fest angeordnet ist, wobei er in axialer Richtung
durch zwei Schrauben eingeklemmt wird, die in mit Gewinden versehene Öffnungen
im Zylinderkopf eingreifen.
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Das Einsetzen dieses Befestigungsflansches
für das
Einspritzventil ist jedoch noch mit Problemen behaftet. Die Schrauben
werden nämlich nacheinander
in den Zylinderkopf eingeschraubt, mit der Folge, dass der Befestigungsflansch
nicht mehr gleichmäßig ausgerichtet
ist und der Gehäuse
des Einspritzventils auf Biegung beansprucht wird, mit dem Risiko,
sich zu verwinden oder beschädigt
zu werden.
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Daneben birgt auch die Tatsache,
dass die Schrauben eine nach der anderen eingeschraubt werden, noch
das Risiko in sich, dass der elastische Ring aus der radialen Nut
austritt, wenn die Kräfte nicht
genau axial einwirken, sodass der Befestigungsflansch sich nicht
mehr gleichförmig
abstützen kann.
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Um alle diese Nachteile zu vermeiden schlägt die Erfindung
eine neue Anordnung für
die Befestigung eines Einspritzventils vor, die eine gleichmäßige axiale
Verteilung der Kräfte
ermöglicht, insbesondere
während
der Montage der Befestigungsschrauben am Halteflansch für das Gehäuse des
Einspritzventils.
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Zu diesem Zweck wird ein Zylinderkopf
für einen
Motor vorgeschlagen, der eine Anordnung gemäss Anspruch 1 für die Befestigung
eines Einspritzventils für
den Kraftstoff aufweist.
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Gemäss weiteren Merkmalen der Erfindung:
- – ist
der Mittelpunkt der Kugel, die durch die Kontaktflächen zwischen
dem Befestigungsflansch und dem Verbindungselement definiert ist,
auf der Achse des Einspritzventils angeordnet um eine axiale Verteilung
der Klemmkraft zu erzielen,
- – ist
das Verbindungselement zwischen dem Befestigungsflansch und dem
Einspritzventil ein Einsatzteil, das am Gehäuse des Einspritzventils befestigt
ist,
- – stützt sich
das Verbindungselement in Axialrichtung und in Richtung der Klemmkraft
auf einem elastischen Haltering ab, der in einer radialen Nut des
Gehäuses
des Einspritzventils festgelegt ist,
- – weist
das Verbindungselement zwischen dem Befestigungsflansch und dem
Gehäuse
des Einspritzventils eine im wesentlichen rohrförmige Gestalt auf, wobei es
vom Gehäuse
des Einspritzventils durchsetzt wird, mit einer kugelförmigen Oberfläche versehen
ist und auf seiner Unterseite eine Nut aufweist um sich auf dem
elastischen Haltering abzustützen,
- – ist
das Verbindungselement zwischen dem Befestigungsflansch und dem
Gehäuse
des Einspritzventils einstückig
mit dem Gehäuse
des Einspritzventils hergestellt,
- – ist
eine der Schrauben für
die Halterung des Befestigungsflansches eine gestufte Schraube,
die einen Schraubenkopf aufweist zur axialen Anlage am Flansch,
an den sich ein erster axialer Abschnitt des Schaubenkörpers anschließt, der durch
einen zweiten mit einem Gewinde versehenen Endabschnitt mit geringerem
Durchmesser verlängert
ist, wobei die beiden Abschnitte durch eine untere ringförmige Schulterfläche begrenzt sind,
die in Kontakt steht mit der Außenseite
des Zylinderkopfes, wobei die Länge
des ersten Abschnitts das Axialspiel zwischen dem Zylinderkopf und
dem Befestigungsflansch bestimmt,
- – ist
das Verbindungselement in Axialrichtung im wesentlichen in der Mitte
des Gehäuses
des Einspritzventils angeordnet, wobei der Gehäuse des Einspritzventils eine Öffnung im
konisch ausgebildeten Befestigungsflansch derart durchsetzt dass ein
Spiel in Radialrichtung zwischen dem Befestigungsflansch und dem
Gehäuse
des Einspritzventils während
des Einsetzens des Flansches besteht.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang
mit der Zeichnung hervor; darin zeigen:
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1 eine
teilweise axial aufgeschnittene Ansicht einer Anordnung gemäss dem Stand
der Technik,
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2 eine ähnliche
Ansicht wie in 1 einer
Anordnung nach der Erfindung während
des Einbaus und vor dem Anziehen und
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3 eine ähnliche
Ansicht wie in 2 nach
dem Einbau und nach dem Anziehen der Schrauben.
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In der Beschreibung sind gleiche
Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen
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In den 1 bis 3 ist mit 10 ein
Einspritzventil bezeichnet, das ein zylindrisches Gehäuse 12 aufweist,
dessen unterer Abschnitt 14 in eine gestufte Aussparung 16 eingreift,
die in einem Zylinderkopf 18 ausgebildet ist. Die ringförmige Unterseite 20 des
unteren Abschnitts 14 des Gehäuses 12 des Einspritzventils 10 stützt sich
auf einer ringförmigen
Dichtung 22 ab, die wiederum in Axialrichtung auf einer inneren
Schulter 17 in der Aussparung 16 des Zylinderkopfes 18 angeordnet
ist.
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Der untere Abschnitt 14 des
Gehäuses 12 des
Einspritzventils 10 wird an seinem unteren Ende durch eine
Spitze 24 verlängert,
die die Einspritzdüse darstellt
und die zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder oder in
dessen Einlassleitung dient. Die den Zylinderkopf 18 durchsetzende
gestufte Aussparung 16 mündet auf ihrer Unterseite in
einer Einlasskammer 26, die durch ein Teil 28 der
Unterseite des Zylinderkopfes 18 begrenzt wird. Damit kann
die Spitze 24 des Einspritzventils 10 den Kraftstoff
in die Einlasskammer einspritzen.
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Wie ferner aus 1 hervorgeht weist in herkömmlicher
Weise das Gehäuse 12 des
Einspritzventils 10 in seinem mittleren Bereich eine radiale Nut 30 auf,
in die ein elastischer Ring 32 eingesetzt ist. Auf diesem
Ring 32 stützt
sich in Axialrichtung ein Befestigungsflansch 34 für das Einsspritzventil 10 gegenüber dem
Zylinderkopf 18 ab. Der Flansch 34 hält das Gehäuse 12 des
Einspritzventils 10 unter Aufbringung einer axialen Klemmkraft,
sodass es in abdichtender Weise an der Dichtung 22 anliegt.
Die Seitenteile des Befestigungsflansches 34 sind mit axial
ausgerichteten Öffnungen 36 versehen,
die von Halteschrauben 38 zur Befestigung des Flansches 34 durchsetzt
werden.
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Die Position der radialen Nut 30 in
senkrechter Richtung relativ zu einem Abschnitt 40 der
Außenseite 40 des
Zylinderkopfes 18 bestimmt ein für den Klemmsitz erforderliches
axiales Spiel zwischen dem Befestigungsflansch 34 und dem
Zylinderkopf 18.
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Nach der Erfindung weist der Befestigungsflansch 42 eine
konkave, kugelförmige
Unterseite 44 auf, wie es in den 2 und 3 dargestellt
ist. Diese kugelförmig
gestaltete Unterseite ist komplementär zu einer konvexen kugelförmigen Oberseite 48 eines Verbindungselementes 46,
das im wesentlichen eine rohrförmige
Gestalt aufweist.
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Die kugelförmigen Flächen 44 und 48,
die sich aufeinander abstützen,
besitzen einen gemeinsamen Mittelpunkt, der, wie es aus 3 ersichtlich ist, in der
Achse X-X des Einspritzventils 10 liegt. In vorteilhafter
Weise weist die die Flächen 44 und 48 bildende
Kugel einen Durchmesser von ungefähr sechzig Millimetern auf.
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Damit wird erreicht, dass sich das
Verbindungselement 46 auf dem elastischen Ring 32 in
der radialen Nut 30 abstützt.
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Der Befestigungsflansch 42 mit
seiner kugelförmigen
Unterseite wird, in gleicher Weise wie oben beschrieben, in seiner
Mitte vom Gehäuse 12 des Einspritzventils 10 durchsetzt.
Die Innenwand 50 der mittigen Öffnung im Befestigungsflansch 42 ist
jedoch konisch in Gestalt eines umgedrehten Kegelstumpfes ausgebildet.
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Wie oben bereits ausgeführt sind
auch hier die Seitenteile des kugelförmigen Befestigungsflansches 42 in
Axialrichtung mit Öffnungen
versehen, die von Halteschrauben durchsetzt werden.
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Nach der Erfindung ist eine der Halteschrauben
verändert.
Diese ist als gestufte Schraube 52 ausgebildet, mit einem
Schraubenkopf 54, der in Axialrichtung an der ebenen oberen
Seite 45 des kugelförmigen
Befestigungsflansches 42 anliegt. An diesen Schraubenkopf 54 schließt sich
ein erster glatter Abschnitt 56 in Axialrichtung an, auf
den ein mit einem Gewinde versehener Abschnitt 58 mit geringerem
Durchmesser folgt. Dieser zweite mit dem Gewinde versehenen Abschnitt 58 dient
dazu, in eine mit einem Gewinde versehene Öffnung im Zylinderkopf 18 eingeschraubt
zu werden.
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Durch die verschiedenen Durchmesser
der beiden Abschnitte 56 und 58 der Schraube 52 entsteht
eine ringförmige
Schulter 60, die sich auf der Außenseite 40 des Zylinderkopfes 18 abstützt.
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Die Klemmwirkung wird durch mindestens eine
zweite Schraube 62 verstärkt, die als gewöhnliche
Schraube ohne Stufung ausgebildet ist.
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Es sei betont, dass die gestufte
Schraube 52 durch eine gewöhnliche Schraube ähnlich der Schraube 62 ersetzt
werden kann, der ein zusätzliches
Bauteil in Form einer Strebe zugeordnet werden kann, das als Schulter
dient. Dieses zusätzliche
Bauteil ist in diesem Fall rohrförmig
auszugestalten, wobei es in Axialrichtung über seine gesamte Länge vom
Gewindeabschnitt der Schraube 62 durchsetzt wird, sodass
es mit dieser fest verbunden ist, wobei es sich in Axialrichtung
auf der Unterseite des Kopfes der Schraube 62 abstützt. Damit
wird erreicht, dass das zusätzliche
Bauteil zwischen dem Kopf der Schraube 62 und der Außenseite 40 des
Zylinderkopfes 18 eingeklemmt ist.
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Dieses Bauteil kann aus einem beliebeigen Material
bestehen, sofern es eine ausreichende Steifigkeit aufweist, um den
einwirkenden Kräften
widerstehen zu können.
In vorteilhafter weise und zur Verringerung der Kosten besteht es
aus einem Kunststoff, wie zum Beispiel Polyamid.
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Erfindunsgemäss wird während der Montage auf das freie
untere Ende 20 des Gehäuses 12 des Einspritzventils 10 zuerst
der kugelförmige
Befestigungsflansch 42 axial aufgesetzt, anschließend das Verbindungselement 46,
dessen Oberseite 48 kugelförmig ausgestaltet ist, wonach
der elastische Ring 32 in die Nut 30 im Gehäuse 12 des
Einspritzventils 10 eingesetzt wird. Schließlich wird
die gestufte Schraube 52 vor den anderen Schrauben eingesetzt.
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Danach wird die damit gebildete Anordnung unter
Zwischenschaltung der Dichtung 22 am Zylinderkopf befestigt.
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Auf Grund der Tatsache, dass das
Verbindungselement 46 und das Befestigungsflansch 48 über die
kugelförmigen
Flächen 44 und 48 miteinander
verbunden sind, die zusammenwirken, wird eine axiale Verteilung
der auf das Gehäuse 12 des
Einspritzventils 10 einwirkenden Kräfte erzielt, unabhängig von
einer möglichen
Neigung des Befestigungsflansches relativ zur Achse X-X des Einspritzventils. Die
gestufte Schraube 52 wird dabei zuerst eingesetzt, wobei
während
des Anziehens der anderen Schraube 62 die auf das Gehäuse 12 des
Einspritzventils 10 einwirkenden Kräfte axial ausgerichtet sind,
sodass weder eine Gefahr der Verformung des Einspritzventils 10 besteht
noch ein anderes Problem auftritt.
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Diese Art des Einbaus wird durch
die mittige Öffnung
im Befestigungsflansch 42 erleichtert, deren Wand 50 konisch
in Form eines umgedrehten Kegelstumpfes ausgebildet ist, wodurch
eine bestimmte Neigung des Befestigungsflansches 42 bezüglich des
Gehäuses 12 des
Einspritzventils 10 eingestellt werden kann, ohne dass
letzteres beschädigt
wird.
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Während
des Einbaus bestimmt die Länge des
ersten glatten Abschnitts 56 der gestuften Schraube 52 zusammen
mit der senkrechten Position des elastischen Ringes 32 das
für die Klemmwirkung
zwischen der Oberseite 40 des Zylinderkopfes 18 und
dem Befestigungsflansch 42 erforderliche Spiel.
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Die gesamte axiale Klemmanordnung
führt zu
einer gleichmäßigen Verteilung
der Klemmkraft über
den Umfang der Dichtung 22, sodass keinerlei Verunreinigung
in die Aussparung 16 des Zylinderkopfes 18 eindringen
kann. Diese Klemmwirkung verhindert außerdem, dass der elastische
Ring 32 stellenweise aus der radialen Nut 30 austritt
oder dass das Gehäuse 12 des
Einspritzventils 10 verformt wird auf Grund nicht axial
einwirkender Kräfte.
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Als Variante kann vorgesehen werden,
dass der in die radiale Nut 30 im Gehäuse 12 des Einspritzventils
eingesetzte elastische Ring 32 und das Verbindungsteil 46 durch
ein einstückig
mit dem Gehäuse
des Einspritzventil hergestelltes Bauteil ersetzt werden, dessen
Oberseite kugelförmig
ausgestaltet ist.