EP2834511B1 - Einspritzdüse zum einspritzen von medien in einen brennraum - Google Patents

Einspritzdüse zum einspritzen von medien in einen brennraum Download PDF

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EP2834511B1
EP2834511B1 EP13715648.5A EP13715648A EP2834511B1 EP 2834511 B1 EP2834511 B1 EP 2834511B1 EP 13715648 A EP13715648 A EP 13715648A EP 2834511 B1 EP2834511 B1 EP 2834511B1
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EP
European Patent Office
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holding part
sealing
protection sleeve
combustion chamber
nozzle body
Prior art date
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Active
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EP13715648.5A
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English (en)
French (fr)
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EP2834511A1 (de
Inventor
Heinrich Werger
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/14—Arrangements of injectors with respect to engines; Mounting of injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M53/00—Fuel-injection apparatus characterised by having heating, cooling or thermally-insulating means
    • F02M53/04—Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2700/00—Supplying, feeding or preparing air, fuel, fuel air mixtures or auxiliary fluids for a combustion engine; Use of exhaust gas; Compressors for piston engines
    • F02M2700/07—Nozzles and injectors with controllable fuel supply
    • F02M2700/077—Injectors having cooling or heating means

Definitions

  • the invention relates to an injection nozzle for injecting media into a combustion chamber, in particular of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, comprising a nozzle body whose nozzle tip having the injection holes protrudes into the combustion chamber, a heat protection sleeve surrounding the nozzle body in the combustion chamber end region of the nozzle body. wherein the injection nozzle is inserted into a receiving bore of a holding part, in particular cylinder head, wherein the combustion chamber-side end region of the nozzle body interacts with the receiving bore with the interposition of the heat protection sleeve.
  • Sleeves surrounding the nozzle body of fuel injectors are already known. Their task is to surround the nozzle body as a cooling jacket. Furthermore, they also act as fastening means to fix the injection nozzle in the holding part, in particular in the cylinder head.
  • a heat protection sleeve known, which is inserted into a stepped receiving bore of a cylinder head of an internal combustion engine and encloses a discharge-side nozzle body of a fuel injection valve used in the receiving bore circumferentially.
  • Heat-insulating sleeves are not only used in injection nozzles for internal combustion engines, but also in various injection systems in other areas, for example in the chemical industry.
  • the thermal protection sleeve is usually made of copper or NiRo and covers the injection nozzle at the nozzle tip against heat input. Furthermore, it shrouds the injection nozzles along the nozzle shaft in order to transport the temperature along the sleeves away from the nozzle tip to a cooled region of the installation space, for example the cylinder head.
  • the thermal protection sleeve is occasionally made in one piece with the water sleeve, which separates the cooling channels formed in the cylinder head from Injektorbauraum.
  • a disadvantage of the conventional constructions that they require a larger through hole in the holding part, since the through hole not only the nozzle body, but in addition also the nozzle body enclosing heat protection sleeve is to receive. From the larger through-hole in turn results in a larger force which is exerted on the basis of the combustion chamber pressure from the side of the combustion chamber to the injection nozzle, since said force increases quadratically with the diameter of the bore.
  • the injection nozzle can be formed at its tip with a chamfer, via which it rests on the holding part with the interposition of a sealing washer or the heat protection sleeve.
  • this has the disadvantage that the clamping force with which the injection nozzle is clamped in the holding part is introduced on a relatively small diameter, which leads to disadvantageously high local stresses and deformations of the injection nozzle or the holding part.
  • the thermal protection sleeve has a first and a second region, which are axially spaced from each other, wherein the second region is arranged closer to the nozzle tip than the first region, wherein in the first region on the outer shell, a first outer circumferential Sealing surface and the inner shell, a first inner circumferential sealing surface are formed and in the second region on the outer shell, a second outer circumferential sealing surface and the inner shell, a second inner circumferential sealing surface are formed, wherein the second sealing surfaces are smaller in diameter than the first sealing surfaces, wherein the first outer and the second outer sealing surface each sealingly cooperate with a running in a radial plane, annular seating surface or with a tapered seat surface of the receiving bore and the first inner and the second inner sealing surface each sealing with e iner in a radial plane extending, annular seat surface or with a conical seat surface of the nozzle body interact.
  • the invention thus relates to designing a thermal protection sleeve so that it rests on the cylinder head in the manner of a double fit both at the nozzle tip and at an upper sealing point, wherein the heat protection sleeve rests on the nozzle tip on a smaller diameter than at the above-lying sealing point , so that an installation of the side facing away from the combustion chamber is made possible.
  • this results in a very small surface of the nozzle, which is exposed to the combustion chamber heat and a seal against the combustion chamber pressure in a very small area, whereby the "blow by" inclination, ie the risk that escapes combustion chamber pressure between injector and cylinder head, significantly reduced is.
  • Another advantage is that when mounting on the nozzle tip, a surface pressure is produced, which is sufficient to seal against the combustion chamber pressure, wherein at the above-lying sealing point, the remaining clamping force of the injector voltage is added.
  • the clamping force with which the injection nozzle is clamped in the cylinder head is thus at least partially introduced on a larger diameter, namely at the upper sealing point, so that the resulting stresses in the nozzle body or in the cylinder head and deformations can be reduced.
  • the first sealing surfaces and the second sealing surfaces form a double fit, whereby a particularly effective fixing of the injection nozzle is achieved at two regions which are defined by the double fit.
  • the heat protection sleeve Since a deformation of the heat protection sleeve usually occurs when inserting the heat protection sleeve to compensate for component tolerances, the heat protection sleeve is according to a preferred development in the inserted state in the holding part of the injector under bias.
  • the heat protection sleeve is preferably made of a deformable material, so that the sealing surfaces are pressed when mounting on the seating surfaces, that the second sealing surfaces interact with the seat surfaces to form a surface pressure and that on the first sealing surfaces and the Corresponding seats the rest of the clamping force of the nozzle voltage is absorbed, whereby the heat protection sleeve with respect to the production costs and the corresponding costs can be made cheaper and the exact fit is achieved only when inserting by deformation of the selected material.
  • At least one of the seats provided in the receiving bore is formed at a stage of the receiving bore, the receiving bore thus has a protruding from the axial direction of the bore shoulder, the axial component of the combustion chamber pressure of the Injector kept away and the "blow by" inclination is further reduced.
  • At least one of the seat surfaces provided on the nozzle body is formed on the nozzle retaining nut.
  • the second sealing surfaces are formed at the combustion chamber end of the heat protection sleeve, so that the area exposed to the combustion chamber is further minimized.
  • the cooperation of the second sealing surfaces with the seating surfaces preferably produces the combustion chamber-side sealing of the nozzle body in the receiving bore.
  • the invention is preferably further developed such that the heat protection sleeve arranged in an axial portion between the first sealing surfaces and the second sealing surfaces at a radial distance from the nozzle body and the wall of the receiving bore is.
  • the invention is preferably further developed such that the heat protection sleeve made of a material with high thermal conductivity, in particular a thermal conductivity of greater than 100 W / (m ⁇ K), in particular of copper or a copper alloy , consists.
  • the heat protection sleeve is integrally formed with a water sleeve, which surrounds the nozzle body and limits a holding part arranged in the cooling channel with respect to the nozzle body.
  • the second sealing surfaces have at least one protruding, circumferential edge, in particular B constitutyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-N-N-N
  • the heat protection sleeve between the inner and the outer second sealing surface has an open towards the combustion chamber side end, extending in the circumferential direction groove or a slot.
  • FIG. 1 a sectional view of a water-cooled cylinder head with inserted injection nozzle and heat protection sleeve
  • Fig. 2 an exploded view of the training according to Fig. 1
  • Fig. 3 an embodiment in which the heat-protection sleeve is at the same time the water sleeve
  • Fig. 4 a preferred embodiment of the heat protection sleeve with B predominantlykanten
  • Fig. 5 a slotted embodiment of the heat protection sleeve.
  • Fig. 1 1 denotes the injection nozzle according to the invention, wherein a thermal protection sleeve 2 is arranged between the cylinder head 3 and the nozzle body 4.
  • the heat protection sleeve 2 has a first outer sealing surface 5 and a first inner sealing surface 6 in a first sealing region.
  • the first outer sealing surface 5 sealingly cooperates with an annular seating surface 8 of the receiving bore 7 extending in a radial plane.
  • the first inner sealing surface 6 sealingly cooperates with an annular seat surface 9 of the nozzle retaining nut 14 which extends in a radial plane.
  • the heat protection sleeve 2 further has a second outer sealing surface 10 and a second inner sealing surface 11 in a second sealing region.
  • the second outer sealing surface 10 sealingly cooperates with a conical seat surface 12 of the receiving bore 7.
  • the second inner sealing surface 11 sealingly cooperates with a conical seat surface 13 of the nozzle body 4 or the nozzle tip 15.
  • the first and second sealing surfaces together with the corresponding seating surfaces of the receiving bore 7 and of the nozzle body 4, form a double fit.
  • Double fits generally has the problem that, depending on manufacturing tolerances, more or less pronounced stresses result in the component concerned, which can change at the slightest environmental change (eg thermal expansion), resulting in random and therefore unpredictable states. Due to these indeterminabilities in the case of double fits, the extent of the surface pressure, for example in the second sealing area, ie at the nozzle tip, can not be controlled, resulting in the risk of leakage.
  • the heat-insulating sleeve preferably consists of a soft metal, in particular a metal with a Mohs hardness of ⁇ 4, such as e.g. Copper or its alloys, so that deforms the heat protection sleeve when inserting the injection nozzle and thereby the component tolerances are compensated and a surface pressure is achieved especially in the second sealing area.
  • the Injektorklemmkraft is hereby partly taken in the second sealing area and partly in the first sealing area.
  • the combustion chamber pressure, which is symbolized by the arrow 25, is more than compensated by the injector clamping force, which is symbolized by the arrow 16, and the nozzle body 4 is thus held in the cylinder head 3.
  • the heat protection sleeve 2 Due to the inventive design of the heat protection sleeve 2, the largest area of the nozzle tip 15 of the nozzle body 4 is protected from the heat of the combustion chamber 17. 18, the injection jet of the injection nozzle 1 is shown schematically.
  • a water sleeve 19 separates a water-filled cooling channel 20, which is arranged in the cylinder head 3, from the nozzle body 4.
  • the heat protection sleeve 2 and the water jacket are integrally formed, whereby the water in the cooling channel 20 and the heat protection sleeve 2 cools, whereby an improved dissipation of heat from the nozzle tip is achieved.
  • the thermal protection sleeve 2 which is arranged between the cylinder head 3 and the injection nozzle 1, is formed in its second sealing region with a peripheral edge which acts as a biting edge 21 on the two parts 3 and 4.
  • This design leads to an increased sealing effect.
  • the heat protection sleeve 2 is formed in its cylindrical portion 22, which lies between the first sealing surfaces and the second sealing surfaces, at a radial distance from the nozzle body 4 and the wall of the receiving bore 7 in the cylinder head 3.
  • Fig. 5 is now shown that the end portion 23 of the heat protection sleeve 2 is designed with a slot 24. If now the heat protection sleeve 2 is subjected to combustion chamber pressure, this leads to a spreading of the biting edge 21 on the nozzle body 4 and the cylinder head 3, whereby an increased sealing effect is achieved.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse zum Einspritzen von Medien in einen Brennraum, insbesondere von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Düsenkörper, dessen die Spritzlöcher aufweisende Düsenspitze in den Brennraum hineinragt, eine im brennraumseitigen Endbereich des Düsenkörpers angeordnete Wärmeschutzhülse, die den Düsenkörper umgibt, wobei die Einspritzdüse in eine Aufnahmebohrung eines Halteteils, insbesondere Zylinderkopfes, eingesetzt ist, wobei der brennraumseitige Endbereich des Düsenkörpers unter Zwischenschaltung der Wärmeschutzhülse mit der Aufnahmebohrung zusammenwirkt.
  • Hülsen, die den Düsenkörper von Kraftstoffeinspritzdüsen, insbesondere Benzin-Direkteinspritzventilen oder Diesel-Direkteinspritzventilen umgeben, sind bereits bekannt. Sie haben die Aufgabe, den Düsenkörper als Kühlmantel zu umgeben. Weiters wirken sie auch als Befestigungsmittel um die Einspritzdüse im Halteteil, insbesondere im Zylinderkopf zu fixieren. Beispielsweise ist aus der DE 19743103 A1 eine Wärmeschutzhülse bekannt, die in eine abgestufte Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine eingesetzt ist und einen abspritzseitigen Düsenkörper eines in die Aufnahmebohrung eingesetzten Brennstoffeinspritzventils umfänglich umschließt.
  • Wärmeschutzhülsen werden aber nicht nur bei Einspritzdüsen für Brennkraftmaschinen, sondern auch bei verschiedenen Einspritzsystemen in anderen Bereichen, z.B. in der chemischen Industrie, verwendet. Die Wärmeschutzhülse besteht meist aus Kupfer oder NiRo und deckt die Einspritzdüse an der Düsenkuppe gegenüber Wärmeeintrag ab. Weiters hüllt sie die Einspritzdüsen entlang des Düsenschaftes ein, um die Temperatur entlang der Hülsen von der Düsenspitze weg hin zu einem gekühlten Bereich des Einbauraumes, z.B. des Zylinderkopfes, zu transportieren. Die Wärmeschutzhülse wird fallweise einteilig mit der Wasserhülse ausgeführt, welche die im Zylinderkopf ausgebildeten Kühlkanäle vom Injektorbauraum trennt.
  • Nachteilig bei den herkömmlichen Konstruktionen ist, dass diese eine größere Durchgangsbohrung im Halteteil benötigen, da die Durchgangsbohrung nicht nur den Düsenkörper, sondern zusätzlich auch die den Düsenkörper umhüllende Wärmeschutzhülse aufnehmen soll. Aus der größeren Durchgangsbohrung resultiert wiederum eine größere Kraft, die auf Grund des Brennraumdrucks von der Seite des Brennraums auf die Einspritzdüse ausgeübt wird, da die genannte Kraft quadratisch mit dem Durchmesser der Bohrung steigt. Um die dem Brennraumdruck ausgesetzte Fläche zu reduzieren, kann die Einspritzdüse an ihrer Spitze mit einer Fase ausgebildet werden, über welche sie unter Zwischenschaltung einer Dichtscheibe oder der Wärmeschutzhülse am Halteteil aufliegt. Dies hat aber den Nachteil, dass die Klemmkraft, mit der die Einspritzdüse in das Halteteil gespannt wird, auf einem relativ kleinen Durchmesser eingebracht wird, was zu nachteilig hohen lokalen Spannungen und Verformungen der Einspritzdüse bzw. des Halteteils führt.
  • Es besteht somit die Aufgabe, eine Einspritzdüse der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die dem Brennraudruck und die der Brennraumhitze ausgesetzte Fläche des Düsenkörpers minimiert wird und die Wärmeschutzhülse gleichzeitig eine ausreichende Abdichtung gegenüber dem Brennraumdruck gewährleistet. Weiters soll die Klemmkraft, mit der die Einspritzdüse in das Halteteil gespannt wird, nicht zu lokalen Spannungen führen, die zu Verformungen der Einspritzdüse oder des Halteteils führt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass die Wärmeschutzhülse einen ersten und einen zweiten Bereich aufweist, die voneinander axial beabstandet sind, wobei der zweite Bereich näher zur Düsenspitze angeordnet ist als der erste Bereich, wobei im ersten Bereich am Außenmantel eine erste äußere umfangsmäßige Dichtfläche und am Innenmantel eine erste innere umfangsmäßige Dichtfläche ausgebildet sind und im zweiten Bereich am Außenmantel eine zweite äußere umfangsmäßige Dichtfläche und am Innenmantel eine zweite innere umfangsmäßige Dichtfläche ausgebildet sind, wobei die zweiten Dichtflächen auf kleinerem Durchmesser liegen als die ersten Dichtflächen, wobei die erste äußere und die zweite äußere Dichtfläche jeweils dichtend mit einer in einer radialen Ebene verlaufenden, ringförmigen Sitzfläche oder mit einer kegeligen Sitzfläche der Aufnahmebohrung zusammenwirken und die erste innere und die zweite innere Dichtfläche jeweils dichtend mit einer in einer radialen Ebene verlaufenden, ringförmigen Sitzfläche oder mit einer kegeligen Sitzfläche des Düsenkörpers zusammenwirken. Die Erfindung bezieht sich somit darauf, eine Wärmeschutzhülse so auszubilden, dass diese nach Art einer Doppelpassung sowohl an der Düsenspitze als auch an einer oberhalb gelegenen Dichtstelle am Zylinderkopf aufliegt, wobei die Wärmeschutzhülse an der Düsenspitze auf einem kleineren Durchmesser aufliegt als an der oberhalb gelegenen Dichtstelle, sodass ein Einbau von der dem Brennraum abgewandten Seite ermöglicht wird. Gleichzeitig ergibt sich dadurch eine sehr kleine Oberfläche der Düse, die der Brennraumhitze ausgesetzt ist und eine Abdichtung gegenüber dem Brennraumdruck auf sehr kleiner Fläche, wodurch die "blow by"-Neigung, d.h. die Gefahr, dass Brennraumdruck zwischen Einspritzdüse und Zylinderkopf entweicht, erheblich reduziert ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass bei der Montage an der Düsenspitze eine Flächenpressung hergestellt wird, die ausreicht, um gegen den Brennraumdruck abzudichten, wobei an der oberhalb gelegenen Dichtstelle die restliche Klemmkraft der Injektorspannung aufgenommen wird. Die Klemmkraft, mit der die Einspritzdüse in den Zylinderkopf gespannt wird, wird somit zumindest teilweise auf einem größeren Durchmesser, nämlich an der weiter oben gelegenen Dichtstelle eingebracht, sodass die im Düsenkörper bzw. im Zylinderkopf entstehenden Spannungen und Verformungen verringert werden können.
  • Die ersten Dichtflächen und die zweiten Dichtflächen bilden eine Doppelpassung aus, wodurch eine besonders wirksame Festlegung der Einspritzdüse an zwei Bereichen, die durch die Doppelpassung definiert sind, erreicht wird.
  • Da beim Einsetzen der Wärmeschutzhülse zum Ausgleich von Bauteiltoleranzen in der Regel eine Deformation der Wärmeschutzhülse auftritt, steht die Wärmeschutzhülse gemäß einer bevorzugten Weiterbildung im in das Halteteil eingesetzten Zustand der Einspritzdüse unter Vorspannung. Diese kann dadurch verringert werden, dass die Wärmeschutzhülse in bevorzugter Weise aus einem verformbaren Material besteht, sodass die Dichtflächen beim Montieren so auf die Sitzflächen gedrückt werden, dass die zweiten Dichtflächen unter Ausbildung einer Flächenpressung mit den Sitzflächen zusammenwirken und dass an den ersten Dichtflächen und den korrespondierenden Sitzflächen die restliche Klemmkraft der Düsenspannung aufgenommen wird, wodurch die Wärmeschutzhülse bezüglich des Herstellungsaufwandes bzw. der entsprechenden Kosten günstiger hergestellt werden kann und die genaue Passung erst beim Einsetzen durch Verformung des gewählten Materials erreicht wird. Wenn, wie dies einer bevorzugten Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung entspricht, wenigstens eine der in der Aufnahmebohrung vorgesehenen Sitzflächen an einer Stufe der Aufnahmebohrung ausgebildet ist, die Aufnahmebohrung somit einen von der axialen Richtung der Bohrung vorspringenden Absatz aufweist, wird die axiale Komponente des Brennraumdrucks von der Einspritzdüse ferngehalten und die "blow by"-Neigung wird weiter vermindert.
  • Bevorzugt ist wenigstens eine der am Düsenkörper vorgesehenen Sitzflächen an der Düsenspannmutter ausgebildet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die zweiten Dichtflächen am brennraumseitigen Ende der Wärmeschutzhülse ausgebildet, sodass die dem Brennraum ausgesetzte Fläche weiter minimiert wird. Bevorzugt stellt das Zusammenwirken der zweiten Dichtflächen mit den Sitzflächen hierbei die brennraumseitige Abdichtung des Düsenkörpers in der Aufnahmebohrung her.
  • Um die Flächenpressung an den ersten und zweiten Dichtflächen zur Realisierung der genannten Doppelpassung sicherzustellen, ist die Erfindung bevorzugt dahingehend weitergebildet, dass die Wärmeschutzhülse in einem axialen Abschnitt zwischen den ersten Dichtflächen und den zweiten Dichtflächen in radialem Abstand von dem Düsenkörper und der Wandung der Aufnahmebohrung angeordnet ist.
  • Um die im Brennraum vorherrschende Wärme möglichst effizient von der Düsenspitze wegzuleiten, ist die Erfindung bevorzugt dahingehend weitergebildet, dass die Wärmeschutzhülse aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere einer Wärmeleitfähigkeit von größer 100 W/(m·K), insbesondere aus Kuper oder einer Kupferlegierung, besteht.
  • In manchen Fällen erfolgt eine zusätzliche Kühlung im Zylinderkopf, bei der Kühlwasser im Bereich des Düsenkörpers im Zylinderkopf in einem Kanal geführt wird, wobei dieser Kanal im Stand der Technik durch eine Wasserhülse begrenzt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es daher vorgesehen, dass die Wärmeschutzhülse einteilig mit einer Wasserhülse ausgebildet ist, die den Düsenkörper umgibt und einen im Halteteil angeordneten Kühlkanal gegenüber dem Düsenkörper begrenzt.
  • Eine besonders gute Dichtwirkung wird erzielt, wenn, wie dies einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht, die zweiten Dichtflächen wenigstens eine vorstehende, umfangsmäßige Kante, insbesondere Beißkanten aufweisen.
  • Eine weitere Verbesserung der Dichtwirkung unter dem Einfluss des Brennraumdrucks wird erreicht, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Wärmeschutzhülse zwischen der inneren und der äußeren zweiten Dichtfläche eine zum brennraumseitigen Ende hin offene, in Umfangsrichtung verlaufende Nut oder einen Schlitz aufweist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines wassergekühlten Zylinderkopfes mit eingesetzter Einspritzdüse und Wärmeschutzhülse, Fig. 2 eine Explosionsdarstellung der Ausbildung gemäß Fig. 1, Fig. 3 eine Ausführungsform, bei welcher die Wärmeschutzhülse gleichzeitig die Wasserhülse ist, Fig. 4 eine bevorzugte Ausführungsform der Wärmeschutzhülse mit Beißkanten und Fig. 5 eine geschlitzte Ausführungsform der Wärmeschutzhülse.
  • In Fig. 1 ist mit 1 die erfindungsgemäße Einspritzdüse bezeichnet, wobei eine Wärmeschutzhülse 2 zwischen dem Zylinderkopf 3 und dem Düsenkörper 4 angeordnet ist. Wie auch aus der Detaildarstellung gemäß Fig. 2 hervorgeht weist die Wärmeschutzhülse 2 in einem ersten Dichtbereich eine erste äußere Dichtfläche 5 und eine erste innere Dichtfläche 6 auf. Im in die Aufnahmebohrung 7 des Zylinderkopfes 3 eingesetzten Zustand wirkt die erste äußere Dichtfläche 5 dichtend mit einer in einer radialen Ebene verlaufenden, ringförmigen Sitzfläche 8 der Aufnahmebohrung 7 zusammen. Die erste innere Dichtfläche 6 wirkt dichtend mit einer in einer radialen Ebene verlaufenden, ringförmigen Sitzfläche 9 der Düsenspannmutter 14 zusammen. Die Wärmeschutzhülse 2 weist in einem zweiten Dichtbereich weiters ein zweite äußere Dichtflächen 10 und eine zweite innere Dichtfläche 11 auf. Im in die Aufnahmebohrung 7 des Zylinderkopfes 3 eingesetzten Zustand wirkt die zweite äußere Dichtfläche 10 dichtend mit einer kegeligen Sitzfläche 12 der Aufnahmebohrung 7 zusammen. Die zweite innere Dichtfläche 11 wirkt dichtend mit einer kegeligen Sitzfläche 13 des Düsenkörpers 4 bzw. der Düsenspitze 15 zusammen.
  • Die ersten und zweiten Dichtflächen bilden zusammen mit den entsprechenden Sitzflächen der Aufnahmebohrung 7 bzw. des Düsenkörpers 4 eine Doppelpassung aus. Bei Doppelpassungen besteht generell das Problem, dass sich in Abhängigkeit von Fertigungstoleranzen mehr oder weniger stark ausgeprägte Spannungen im betroffenen Bauteil ergeben, die sich bei der geringsten Umgebungsänderung (z.B. Wärmeausdehnung) ändern können, sodass sich zufällige und daher nicht berechenbare Zustände ergeben. Auf Grund dieser Unbestimmbarkeiten bei Doppelpassungen ist auch das Ausmaß der Flächenpressung beispielsweise im zweiten Dichtbereich, d.h. an der Düsenspitze, nicht beherrschbar, woraus das Risiko einer Undichtheit entsteht.
  • Um die oben beschriebenen, durch die Doppelpassung verursachten Probleme zu vermeiden, besteht die Wärmeschutzhülse bevorzugt aus einem weichen Metall, insbesondere einem Metall mit einer Mohshärte von < 4, wie z.B. Kupfer oder dessen Legierungen, sodass sich die Wärmeschutzhülse beim Einsetzen der Einspritzdüse deformiert und dadurch die Bauteiltoleranzen ausgeglichen werden und eine Flächenpressung insbesondere im zweiten Dichtbereich erzielt wird. Die Injektorklemmkraft wird hierbei zum Teil im zweiten Dichtbereich und zum Teil im ersten Dichtbereich aufgenommen. Der Brennraumdruck, der durch den Pfeil 25 symbolisiert ist, wird durch die Injektorklemmkraft, die durch den Pfeil 16 symbolisiert ist, mehr als ausgeglichen und der Düsenkörper 4 somit im Zylinderkopf 3 gehalten. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Wärmeschutzhülse 2 ist der größte Bereich der Düsenspitze 15 des Düsenkörpers 4 vor der Hitze des Brennraumes 17 geschützt. Mit 18 ist der Einspritzstrahl der Einspritzdüse 1 schematisch dargestellt. Eine Wasserhülse 19 trennt einen wassergefüllten Kühlkanal 20, der im Zylinderkopf 3 angeordnet ist, vom Düsenkörper 4 ab.
  • In der Darstellung nach Fig. 3 sind nun die Wärmeschutzhülse 2 und die Wasserschutzhülse einteilig ausgebildet, wodurch das Wasser im Kühlkanal 20 auch die Wärmeschutzhülse 2 kühlt, wodurch eine verbesserte Ableitung der Wärme von der Düsenspitze erreicht wird.
  • In Fig. 4 ist nun zu erkennen, dass die Wärmeschutzhülse 2, die zwischen Zylinderkopf 3 und Einspritzdüse 1 angeordnet ist, in ihrem zweiten Dichtbereich mit einer umlaufenden Kante, die als Beißkante 21 an den beiden Teilen 3 und 4 wirkt, ausgebildet ist. Diese Bauform führt zu einer erhöhten Dichtwirkung. Weiters ist zu erkennen, dass die Wärmeschutzhülse 2 in ihrem zylindrischen Abschnitt 22, der zwischen den ersten Dichtflächen und den zweiten Dichtflächen liegt, in radialem Abstand vom Düsenkörper 4 und der Wandung der Aufnahmebohrung 7 im Zylinderkopf 3 ausgebildet ist.
  • In Fig. 5 ist nun dargestellt, dass der Endbereich 23 der Wärmeschutzhülse 2 mit einem Schlitz 24 ausgeführt ist. Wenn nun die Wärmeschutzhülse 2 mit Brennraumdruck beaufschlagt wird, führt dies zu einer Verspreizung der Beißkante 21 am Düsenkörper 4 und am Zylinderkopf 3, wodurch eine erhöhte Dichtwirkung erzielt wird.

Claims (12)

  1. Halteteil (3), insbesondere Zylinderkopf, mit einer in einer Aufnahmebohrung (7) des Halteteils (3) eingesetzten Einspritzdüse (1) zum Einspritzen von Medien in einen Brennraum (17), insbesondere von Kraftstoff in den Brennraum (17) einer Brennkraftmaschine, wobei die Einspritzdüse (1) einen Düsenkörper (4), dessen die Spritzlöcher aufweisende Düsenspitze (15) in den Brennraum (17) hineinragt, und eine im brennraumseitigen Endbereich des Düsenkörpers (4) angeordnete Wärmeschutzhülse (2), die den Düsenkörper (4) umgibt, umfasst, wobei der brennraumseitige Endbereich des Düsenkörpers (4) unter Zwischenschaltung der Wärmeschutzhülse (2) mit der Aufnahmebohrung (7) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeschutzhülse (2) einen ersten und einen zweiten Bereich aufweist, die voneinander axial beabstandet sind, wobei der zweite Bereich näher zur Düsenspitze (15) angeordnet ist als der erste Bereich, wobei im ersten Bereich am Außenmantel eine erste äußere umfangsmäßige Dichtfläche (5) und am Innenmantel eine erste innere umfangsmäßige Dichtfläche (6) ausgebildet sind und im zweiten Bereich am Außenmantel eine zweite äußere umfangsmäßige Dichtfläche (10) und am Innenmantel eine zweite innere umfangsmäßige Dichtfläche (11) ausgebildet sind, wobei die zweiten Dichtflächen (10,11) auf kleinerem Durchmesser liegen als die ersten Dichtflächen (5,6), wobei die erste äußere (5) und die zweite äußere Dichtfläche (10) jeweils dichtend mit einer in einer radialen Ebene verlaufenden, ringförmigen Sitzfläche (8) oder mit einer kegeligen Sitzfläche (12) der Aufnahmebohrung (7) zusammenwirken und die erste innere (6) und die zweite innere Dichtfläche (11) jeweils dichtend mit einer in einer radialen Ebene verlaufenden, ringförmigen Sitzfläche (9) oder mit einer kegeligen Sitzfläche (13) des Düsenkörpers (4) zusammenwirken, wobei je eine erste Dichtfläche (5,6) und eine zweite Dichtfläche (12,13) je eine Doppelpassung mit den korrespondierenden Sitzflächen (8, 9, 12, 13) des Düsenkörpers (4) bzw. der Aufnahmebohrung (7) ausbildet.
  2. Halteteil (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeschutzhülse (2) im in das Halteteil (3) eingesetzten Zustand der Einspritzdüse (1) unter Vorspannung steht.
  3. Halteteil (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeschutzhülse (2) aus einem verformbaren Material, insbesondere Kupfer und dessen Legierungen, besteht, sodass die Dichtflächen (5,6,10,11) beim Montieren so auf die Sitzflächen (8,9,12,13) gedrückt werden, dass die zweiten Dichtflächen (10,11) unter Ausbildung einer Flächenpressung mit den Sitzflächen (12,13) zusammenwirken und dass an den ersten Dichtflächen (5,6) und den korrespondierenden Sitzflächen (8,9) die restliche Klemmkraft der Düsenspannung aufgenommen wird.
  4. Halteteil (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der in der Aufnahmebohrung (7) vorgesehenen Sitzflächen (8,12) an einer Stufe der Aufnahmebohrung (7) ausgebildet ist.
  5. Halteteil (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der am Düsenkörper (4) vorgesehenen Sitzflächen (9,13) an der Düsenspannmutter (14) ausgebildet ist.
  6. Halteteil (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Dichtflächen (10,11) am brennraumseitigen Ende der Wärmeschutzhülse (2) ausgebildet sind.
  7. Halteteil (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenwirken der zweiten Dichtflächen (10,11) mit den Sitzflächen (12,13) die brennraumseitige Abdichtung des Düsenkörpers (4) in der Aufnahmebohrung (7) herstellt.
  8. Halteteil (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeschutzhülse (2) in einem axialen Abschnitt zwischen den ersten Dichtflächen (5,6) und den zweiten Dichtflächen (10,11) in radialem Abstand von dem Düsenkörper (4) und der Wandung der Aufnahmebohrung (7) angeordnet ist.
  9. Halteteil (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeschutzhülse (2) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere einer Wärmeleitfähigkeit von größer 100 W/(m·K), insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, besteht.
  10. Halteteil (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeschutzhülse (2) einteilig mit einer Wasserhülse (19) ausgebildet ist, die den Düsenkörper (4) umgibt und einen im Halteteil (3) angeordneten Kühlkanal (20) gegenüber dem Düsenkörper (4) begrenzt.
  11. Halteteil (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Dichtflächen (10,11) wenigstens eine vorstehende, umfangsmäßige Kante, insbesondere Beißkanten (21) aufweisen.
  12. Halteteil (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeschutzhülse (2) zwischen der inneren und der äußeren zweiten Dichtfläche (10,11) eine zum brennraumseitigen Ende hin offene, in Umfangsrichtung verlaufende Nut oder einen Schlitz (24) aufweist.
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