EP2292919A1

EP2292919A1 - Kraftstoffeinspritzanordnung mit optimierter Wärmekopplung zwischen Kraftstoffeinspritzeinrichtung und Zylinderkopf

Info

Publication number: EP2292919A1
Application number: EP10170246A
Authority: EP
Inventors: Bernd Streicher; Dietmar Zeh; Thomas Pauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2011-03-09
Also published as: DE102009029088A1; US20110067675A1

Abstract

Bei einer Kraftstoffeinspritzanordnung (1) einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzeinrichtung (2) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (3) der Brennkraftmaschine, wobei die Einspritzeinrichtung (2) in einen Zylinderkopf (6) der Brennkraftmaschine eingebaut ist und wobei zwischen der Einspritzeinrichtung (2) und dem Zylinderkopf (6) bzw. dessen Anbauteilen (10) ein Spalt (4) vorhanden ist, ist erfindungsgemäß der Spalt (4) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, mit einer wärmeleitenden Flüssigkeit (7), deren Wärmeleitfähigkeit höher als die von Luft ist, oder mit einem elastisch verformbaren, wärmeleitenden Bauteil (20), dessen Wärmeleitfähigkeit höher als die von Luft ist, ausgefüllt.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzanordnung nach der Gattung des Anspruchs 1, wie sie beispielsweise durch die DE 102 34 324 A1 bekannt geworden ist.
Einspritzeinrichtungen von Dieselmotoren (z.B. Injektoren, Pumpe-Düse, etc.) sind in den Zylinderkopf der Dieselmotoren eingebaut und spritzen während des Motorbetriebes den Kraftstoff in den Brennraum ein. Dabei nehmen sie mehr oder weniger schnell die im Motorraum auftretenden Temperaturen an. Abhängig von der Einbauart befindet sich zwischen Injektor und Zylinderkopf bzw. Zylinderkopfhaube ein mehr oder weniger großer Luftspalt. Dieser behindert den Wärmeübergang zwischen Zylinderkopf und dessen Anbauteilen zum einen und der Einspritzeinrichtung zum anderen. Im Betrieb kann sich die Einspritzeinrichtung z.B. durch Druckabbau an den Bauteilführungen und Hydraulikventilen oder durch die Eigenerwärmung der elektrischen Komponenten stärker erwärmen als der luft- oder wassergekühlte Zylinderkopf bzw. dessen Anbauteile. Insbesondere bei Einspritzeinrichtungen für hohe Drücke (>1300 bar) kann es zu einer Schädigung der Bauteile der Einspritzeinrichtung durch die auftretenden hohen Temperaturen kommen.
Bei der eingangs genannten DE 102 34 324 A1 ist der Kraftstoffinjektor in eine Injektorbohrung des Zylinderkopfes eingebaut. Vor dem Einbau des Injektors ist eine Kühlmittelmantelhülse in die Injektorbohrung eingebaut bzw. eingesetzt, um dadurch einen Kühlmantel zu bilden, der den Injektor umgibt. Die Kühlmittelmantelhülse ist aus einer Kupferlegierung oder einem korrosionsresistenten Stahl hergestellt und sorgt für einen besseren Wärmeübergang, allerdings nur, wenn der Injektor mit seiner Mantelfläche passgenau an der Wandung der Injektorbohrung anliegt. Ein andernfalls vorhandener Ringspalt verschlechtert den Wärmeübergang, und der Injektor kann sich stärker erwärmen als der gekühlte Zylinderkopf.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Temperaturübergang von der Einspritzeinrichtung zum zwangsgekühlten Zylinderkopf so zu verbessern, dass die Einspritzeinrichtung praktisch jederzeit die Temperatur des gekühlten Zylinderkopfes annimmt.

Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß ist ein ansonsten zwischen Einspritzeinrichtung und Zylinderkopf bzw. dessen Anbauteilen vorhandener Luftspalt durch eine stark wärmeleitende Flüssigkeit (z.B. Wärmeleitpaste oder Öl), deren Wärmeleitfähigkeit höher als die von Luft ist, oder mit einem elastisch verformbaren, wärmeleitenden Bauteil, dessen Wärmeleitfähigkeit höher als die von Luft ist, ausgefüllt. Dadurch wird der Wärmeübergang zwischen Einspritzeinrichtung und Zylinderkopf so stark verbessert, dass für die Bauteile der Einspritzeinrichtung schädliche Temperaturen vermieden werden. Mit anderen Worten nimmt die Einspritzeinrichtung praktisch jederzeit die Temperatur des gekühlten Zylinderkopfes an, so dass im Mittel an der Einspritzeinrichtung ein niedrigeres Temperaturniveau auftritt, als es ohne die Erfindung auftreten würde. Die Wärmeleitfähigkeit der wärmeleitenden Flüssigkeit bzw. des elastisch verformbaren, wärmeleitenden Bauteils ist mindestens 10mal, bevorzugt mindestens 100mal, höher als die von Luft.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnungen

Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gegenstands sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraft- stoffeinspritzanordnung; und
Fig. 2: ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraft- stoffeinspritzanordnung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in Fig. 1 schematisch gezeigte Kraftstoffeinspritzanordnung 1 einer Brennkraftmaschine umfasst einen Kraftstoffinjektor 2 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum 3 der Brennkraftmaschine. Der Injektor 2 ist unter Ausbildung eines Ringspalts 4 in eine Injektorbohrung 5 eines Zylinderkopfes 6 der Brennkraftmaschine eingesetzt und fixiert.
Der Ringspalt 4 ist auf seiner gesamten axialen Länge, also zwischen seinen dem Brennraum 3 zugewandten und abgewandten Enden, mit einer wärmeleitenden Flüssigkeit (z.B. Öl) oder einer Wärmeleitpaste 7 ausgefüllt, deren Wärmeleitfähigkeit höher als die von Luft ist. Der Wärmeübergang vom Injektor 2 zum gekühlten Zylinderkopf 6 wird durch dieses flüssige oder pastöse Wärmeleitmedium 7 im Vergleich zum ansonsten vorhanden Luftspalt deutlich verbessert, bei Verwendung von Wärmeleitpaste sogar um den Faktor 150 bis 400. Durch die verbesserte Kühlung des Injektors 2 werden für die Bauteile des Injektors 2 schädliche Temperaturen vermieden, und der Injektor 2 nimmt praktisch jederzeit die Temperatur des gekühlten Zylinderkopfes 6 an, so dass im Mittel am Injektor 2 ein niedrigeres Temperaturniveau auftritt, als es ohne das eingefüllte Wärmeleitmedium 7 auftreten würde.
Der Ringspalt 4 ist an seinem dem Brennraum 3 zugewandten Ende durch ein Dichtelement 8, das zwischen Kraftstoffinjektor 2 und Zylinderkopf 6 angeordnet ist, zum Brennraum 3 hin abgedichtet, damit beim Einfüllen kein Wärmeleitmedium 7 in den Brennraum 3 gelangt. Nach dem Einfüllen des Wärmeleitmediums 7 wird der Ringspalt 4 an seinem dem Brennraum 3 abgewandten Ende durch ein weiteres Dichtelement 9 (z.B. Radialwellendichtring, O-Ring, etc.) nach außen hin abgedichtet bzw. verschlossen.
Wie in Fig. 1 am Beispiel einer Zylinderkopfhaube 10 gestrichelt angedeutet, kann der Spalt 4 auch zwischen dem Injektor 2 und Anbauteilen des Zylinderkopfs 6 ausgebildet sein.
Vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 unterscheidet sich die in Fig. 2 gezeigte Kraftstoffeinspritzanordnung 1 lediglich dadurch, dass hier statt eines flüssigen oder pastösen Wärmeleitmediums 7 ein separates Bauteil 20 aus elastisch verformbarem, wärmeleitendem Material, wie z.B. Elastomer oder Silikon, eingesetzt ist. Das elastische Bauteil 20 ist als Hülse, Schlauch oder Manschette ausgebildet und wird eng anliegend über einen Teil des Injektors 2 gezogen und dann zusammen mit dem Injektor 2 in den Zylinderkopf 6 montiert. Abschließend wird das elastische Bauteil 20 mittels einer geeigneten Spannvorrichtung innerhalb des Ringspalts 4 axial so verpresst, dass es in radialer Richtung sowohl am Zylinderkopf 6 als auch am Injektor 2 ohne Luftspalt anliegt. Die Spannvorrichtung kann beispielsweise durch einen Bund am Injektor 2, durch andere Maschinenelemente oder, wie in Fig. 2 gezeigt, durch ein Schraubelement 21 gebildet sein. Durch die Spannvorrichtung wird das elastische Bauteil 20 axial gegen eine brennraumseitige Schulter (Gegenlager) 22 des Zylinderkopfes 6 presst, wodurch es aufgrund seiner Elastizität radial ausweicht und am Zylinderkopf 6 und am Injektor 2 ohne Luftspalt anliegt. Das elastische Bauteil 20 weist eine weit bessere Wärmeleitfähigkeit als Luft auf. Dies ist zum Beispiel bei elastischen Werkstoffen wie Elastomer oder Silikon der Fall, die einen sehr hohen Anteil an metallischen Bestandteilen, wie z.B. Kupfer, Magnesium, etc., aufweisen.

Claims

Kraftstoffeinspritzanordnung (1) einer Brennkraftmaschine, mit einer Einspritzeinrichtung (2) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (3) der Brennkraftmaschine, wobei die Einspritzeinrichtung (2) in einen Zylinderkopf (6) der Brennkraftmaschine eingebaut ist und wobei zwischen der Einspritzeinrichtung (2) und dem Zylinderkopf (6) bzw. dessen Anbauteilen (10) ein Spalt (4) vorhanden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Spalt (4) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, mit einer wärmeleitenden Flüssigkeit (7), deren Wärmeleitfähigkeit höher als die von Luft ist, oder mit einem elastisch verformbaren, wärmeleitenden Bauteil (20), dessen Wärmeleitfähigkeit höher als die von Luft ist, ausgefüllt ist.
Kraftstoffeinspritzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit der wärmeleitenden Flüssigkeit (7) bzw. des elastisch verformbaren, wärmeleitenden Bauteils (20) mindestens 10mal, bevorzugt mindestens 100mal, höher als die von Luft ist.
Kraftstoffeinspritzanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitende Flüssigkeit (7) ein Öl oder eine Wärmeleitpaste ist.
Kraftstoffeinspritzanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch verformbare wärmeleitende Bauteil (20) aus elastischem Material, insbesondere aus einem Elastomer oder Silikon, gebildet ist.
Kraftstoffeinspritzanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material des elastisch verformbaren, wärmeleitenden Bauteils (20) metallische Bestandteile aufweist.
Kraftstoffeinspritzanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch verformbare, wärmeleitende Bauteil (20) als Hülse, Schlauch oder Manschette ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitende Flüssigkeit (7) bzw. das elastisch verformbare, wärmeleitende Bauteil (20) innerhalb des Spalts (4) verpresst ist.
Kraftstoffeinspritzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung (2) in eine Bohrung (5) des Zylinderkopfes (6) oder dessen Anbauteilen (10) unter Ausbildung eines Ringspalts (4) eingebaut ist, der zumindest auf einer axialen Teillänge, vorzugsweise auf seiner gesamten axialen Länge, mit der wärmeleitenden Flüssigkeit (7) bzw. mit dem elastisch verformbaren, wärmeleitenden Bauteil (20) ausgefüllt ist.
Kraftstoffeinspritzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (4) an seinem dem Brennraum (3) zugewandten Ende durch ein Dichtelement (8), welches zwischen Kraftstoffinjektor (2) und Zylinderkopf (6) angeordnet ist, zum Brennraum (3) hin abgedichtet ist.
Kraftstoffeinspritzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (4) an seinem dem Brennraum (3) zugewandten Ende durch ein Dichtelement (9), das zwischen Einspritzeinrichtung (2) und Zylinderkopf (6) angeordnet ist, nach außen hin abgedichtet ist.