WO2015067550A1 - Brennkraftmaschine mit einem zylinderkopf - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine having a cylinder head with a combustion chamber side fire deck, with at least one releasably connected to the cylinder head Injektorhülse for receiving an injector, wherein the injector is screwed to a fire deck side first end via a first screw to the fire deck, and wherein the injector in Area of the first end has at least one radially projecting first support area with a fire deck facing the first support surface which rests on a formed by the cylinder head first mating surface.
  • JP 11-132100 A describes a cylinder head structure having a combustion chamber side fire deck and a top deck spaced from the firebox, wherein a central injector sleeve for receiving an injection device is provided per cylinder.
  • the injector is screwed via a first screw on the upper deck and a second screw with the fire deck of the cylinder head.
  • an attachment for an injector sleeve of a cylinder head is known from JP 2002-188547, wherein the injector sleeve is screwed into the cylinder head in the area of the fire deck.
  • the object of the invention is to avoid these disadvantages and to increase the rigidity of the cylinder head with low material cost.
  • a tight connection with a long service life between injector and cylinder head is to be created.
  • the distance between the first mating surface and the second mating surface of the cylinder head is greater than the distance between the first bearing surface and the second bearing surface of the injector, so in the screwed state, the injector and the first screw is under a tensile prestress caused by a prestressing tensile force.
  • the first screw is designed to exert the bias tension on the built-in cylinder head injector.
  • An external thread of the injector can be part of the first screw. In a simple embodiment with few components, it is provided that the external thread of the injector sleeve is screwed into a threaded bore of the fire deck.
  • the external thread of the injector is screwed to a support on a bearing surface of the fire deck nut, which is arranged from the side of the combustion chamber in a bore of the fire deck.
  • the external thread of the injector is screwed to a support on a bearing surface of the fire deck nut, which is arranged from the side of the combustion chamber in a bore of the fire deck.
  • this variant can be dispensed with preparation of a thread in the Injektorbohrung the cylinder head, which are reduced by the first screw tensions occurring in the fire deck.
  • the injector when the injector is screwed in the region of the second end via a preferably formed by a hollow screw element by a second screw with the cylinder head, said second support surface of the second screw Injector sleeve is pressed against the second mating surface of the cylinder head.
  • the element can act with an injector sleeve facing the pressure surface on an engagement surface of the injector in the region of the second end.
  • the second screw prevents lifting of the injector by the gas forces in the cylinder chamber.
  • the first bearing surface may be glued to the first mating surface and / or the second bearing surface may be glued to the second mating surface.
  • the deflection of the fire deck and the resulting stresses can be reduced by the ignition pressure without requiring higher material use in the cylinder head.
  • FIG. 1 shows an injector sleeve for an internal combustion engine according to the invention in a meridian section in a first embodiment
  • Fig. 2 is an injector in a partial section in a second embodiment.
  • the Fig. lund Fig. 2 each show an injector sleeve 2 arranged in a cylinder head 1 for receiving an injection device opening into a combustion chamber 3 of an internal combustion engine and not shown further.
  • Reference numeral 28 denotes the cavity within the injector sleeve 2 for receiving the injector.
  • the injector sleeve 2 is releasably secured via a first screw 4 in an adjacent to the combustion chamber 3 fire deck 7 of the cylinder head 1, and has a first end 5 in the region of the fire deck 7 and the first end 5 facing away from the second end 6. In the region of the first end 5, the injector sleeve 2 has an external thread 16, which cooperates with a corresponding internal thread 8 for fastening in the cylinder head 1.
  • the internal thread 8 is formed by a threaded bore 17 of the fire deck 7 of the cylinder head 1.
  • Fig. 2 shows an embodiment in which the internal thread 8 is replaced by a nut 19. is formed, which is supported on shoulders 20, 21 of the fire deck 7. The nut 19 is arranged from the side of the combustion chamber 3 in the bore 22 of the fire deck 7.
  • At least one radially projecting first support region 9 is arranged with a first support surface 10 facing the fire deck 7, which rests on a first counter surface 11 formed by the cylinder head 1.
  • the injector sleeve 2 has at least one radially outwardly projecting second support region 12 with a second support surface 13 facing the fire deck 7.
  • the second bearing surface 13 rests on a second counter surface 14 formed by the cylinder head 1.
  • first contact surface 10 and the first counter surface 11 are formed as planar annular surfaces normal to the axis 2a of the injector sleeve 2.
  • First bearing surface 10 and first counter surface 11 may also be formed as a corresponding conical surfaces. The same applies to the second bearing surface 13 and the second counter surface 14th
  • the injector 2 In the relaxed state, in which all bearing surfaces 10; 13 and mating surfaces 11; 14 not touch, so if for example the injector 2 is not screwed into the cylinder head 1, the distance a between the first mating surface 11 and the second mating surface 14 of the cylinder head 1 is greater than the distance b between the first support surface 10 and the second As a result, in the screwed-in state, the injector sleeve 2 is under a tensile prestress caused by a prestressing tensile force, the first screwed connection 4 being designed to exert the pretensioning tensile force on the injector sleeve 2 installed in the cylinder head 1.
  • the biasing force must be chosen at least so large that a lifting of the injector 2 is avoided by the resulting during combustion in the combustion chamber 3 maximum cylinder pressure.
  • an element can be screwed by a second screw 15 in the region of the second end 6 of the injector 2 with the cylinder head 1, which - in addition to the biasing tension - the second bearing surface 13 presses against the second counter surface 14.
  • the im in 1 shown by a hollow screw 24 formed element acts with one of the injector sleeve 3 facing the pressure surface 23 on an oppositely directed engagement surface 24 of the injector 2 in the region of the second end 6 a.
  • the second screw 15 has in in FIG. 1 shown an external thread 26 on the hollow screw 25, which in an internal thread 27 of the cylinder head 1 is screwed.
  • first bearing surface 10 is bonded to the first mating surface 11 and / or the second bearing surface 13 with the second mating surface 14 by means of an adhesive.
  • the deflection of the fire deck 7 and the resulting stresses can be reduced by the ignition pressure without higher material use in the cylinder head 1 would be required. This allows a very rigid construction of the cylinder head 1 and low weight.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf (1) mit einem brennraumseitigen Feuerdeck (7), mit zumindest einer mit dem Zylinderkopf (1) lösbar verbundenen Injektorhülse (2) zur Aufnahme einer Einspritzeinrichtung, wobei die Injektorhülse (2) an einem feuerdeckseitigen ersten Ende (5) über eine erste Schraubverbindung (4) mit dem Feuerdeck (7) verschraubt ist, und wobei die Injektorhülse (2) im Bereich des ersten Endes (5) zumindest einen radial vorspringenden ersten Auflagebereich (9) mit einer dem Feuerdeck (7) zugewandten ersten Auflagefläche (10) aufweist, welche auf einer durch den Zylinderkopf (1) gebildeten ersten Gegenfläche (11) aufliegt. Um die Steifheit des Zylinderkopfes (1) mit geringem Materialaufwand zu erhöhen, ist vorgesehen, dass die Injektorhülse (2) - vorzugsweise im Bereich eines dem ersten Ende (5) abgewandten zweiten Endes (6) - zumindest einen radial vorspringenden zweiten Auflagebereich (12) mit einer dem Feuerdeck (7) zugewandten zweiten Auflagefläche (13) aufweist, welche auf einer durch den Zylinderkopf (1) gebildeten zweiten Gegenfläche (14) aufliegt.

Description

Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf mit einem brennraumseitigen Feuerdeck, mit zumindest einer mit dem Zylinderkopf lösbar verbundenen Injektorhülse zur Aufnahme einer Einspritzeinrichtung, wobei die Injektorhülse an einem feuerdeckseitigen ersten Ende über eine erste Schraubverbindung mit dem Feuerdeck verschraubt ist, und wobei die Injektorhülse im Bereich des ersten Endes zumindest einen radial vorspringenden ersten Auflagebereich mit einer dem Feuerdeck zugewandten ersten Auflagefläche aufweist, welche auf einer durch den Zylinderkopf gebildeten ersten Gegenfläche aufliegt.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine kommt es unter Zünddruck zu elastischen Verformungen des Feuerdeckes, wodurch es zu Relativbewegungen zwischen der Injektorhülse und dem Feuerdeck kommt. Dies kann zu Undichtheiten zwischen dem Feuerdeck und der Injektorhülse führen.
Aus der GB 363 560 A ist eine Brennkraftmaschine mit einem eine Injektorhülse aufweisenden Zylinderkopf bekannt, wobei die zur Aufnahme einer Einspritzeinrichtung ausgebildete Injektorhülse über eine Flanschfläche mit einem oberen Deck des Zylinderkopfes verschraubt ist. Durch die Verschraubung wird die Injektorhülse gegen eine Dichtfläche des Feuerdecks gepresst.
Die JP 11-132100 A beschreibt eine Zylinderkopfstruktur mit einem brennraumseitigen Feuerdeck und einem vom Feuerdeck beabstandeten oberen Deck, wobei pro Zylinder eine mittige Injektorhülse zur Aufnahme einer Einspritzeinrichtung vorgesehen ist. Die Injektorhülse ist über eine erste Schraubverbindung am oberen Deck und über eine zweite Schraubverbindung mit dem Feuerdeck des Zylinderkopfes verschraubt.
Weiters ist aus der JP 2002-188547 eine Befestigung für eine Injektorhülse eines Zylinderkopfes bekannt, wobei die Injektorhülse im Bereich des Feuerdeckes in den Zylinderkopf eingeschraubt ist.
In der AT 505 049 Bl wird vorgeschlagen, die Injektorhülse über zwei Schraubverbindungen am Zylinderkopf zu befestigen, wobei die Schraubverbindungen im Bereich der einander abgewandten Enden der Injektorhülse angeordnet sind.
Weiters ist es bekannt, die Injektorhülse nur durch eine Verschraubung im Bereich des Feuerdecks im Zylinderkopf zu befestigen. Unter Zünddruck kommt es dabei zu Verformungen des Feuerdeckes, wodurch sich die Hülse mitbewegt. Auch hier können die Bewegungen der Injektorhülse langfristig zu Undichtheiten führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und die Steifigkeit des Zylinderkopfes mit geringem Materialaufwand zu erhöhen. Dabei soll eine dichte Verbindung mit hoher Standzeit zwischen Injektorhülse und Zylinderkopf geschaffen werden.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Injektorhülse - vorzugsweise im Bereich eines dem ersten Ende abgewandten zweiten Endes - zumindest einen radial vorspringenden zweiten Auflagebereich mit einer dem Feuerdeck zugewandten zweiten Auflagefläche aufweist, welche auf einer durch den Zylinderkopf gebildeten zweiten Gegenfläche aufliegt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn im entspannten bzw. demontierten Zustand der Abstand zwischen der ersten Gegenfläche und der zweiten Gegenfläche des Zylinderkopfes größer ist als der Abstand zwischen der ersten Auflagefläche und der zweiten Auflagefläche der Injektorhülse, sodass im eingeschraubten Zustand die Injektorhülse und die erste Schraubverbindung unter einer durch eine Vorspannungszugkraft verursachte Zugvorspannung steht. Die erste Schraubverbindung ist dabei ausgebildet, um die Vorspannungszugkraft auf die im Zylinderkopf eingebaute Injektorhülse auszuüben.
Bei der Montage der Injektorhülse kommt es somit zu einer Zugvorspannung der Injektorhülse. Im Betrieb kommt es bei einer Belastung durch die thermische Ausdehnung des Zylinderkopfes zu einer zusätzlichen Zugvorspannung der Injektorhülse, welche der thermischen freien Ausdehnung des Zylinderkopfes entgegenwirkt und diese verhindert. Bei der Belastung durch den Zylinderdruck kommt es zu einer Entlastung der Zugvorspannung der Injektorhülse. Die Vorspannungszugkraft muss somit zumindest so groß ausgelegt werden, dass ein Abheben der Injektorhülse durch den maximalen Zylinderdruck verhindert wird .
Ein Außengewinde der Injektorhülse kann Teil der ersten Schraubverbindung sein. In einer einfachen Ausführungsvariante mit wenigen Bauteilen ist vorgesehen, dass das Außengewinde der Injektorhülse in eine Gewindebohrung des Feuerdecks eingeschraubt ist.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das Außengewinde der Injektorhülse mit einer sich an einer Auflagefläche des Feuerdecks abstützenden Mutter verschraubt ist, welche von der Seite des Brennraumes in einer Bohrung des Feuerdeckes angeordnet ist. In dieser Variante kann auf Anfertigung eines Gewindes in der Injektorbohrung des Zylinderkopfes verzichtet werden, wodurch durch die erste Verschraubung auftretende Spannungen im Feuerdeck vermindert werden. Insbesondere bei hohen Zylinderdrücken ist es zur Sicherung gegen ein Lockern der Injektorhülse vorteilhaft, wenn die Injektorhülse im Bereich des zweiten Endes über ein vorzugsweise durch eine Hohlschraube gebildetes Element durch eine zweite Schraubverbindung mit dem Zylinderkopf verschraubt ist, wobei durch die zweite Schraubverbindung die zweite Auflagefläche der Injektorhülse gegen die zweite Gegenfläche des Zylinderkopfes gedrückt wird . Dabei kann das Element mit einer der Injektorhülse zugewandten Druckfläche auf eine Angriffsfläche der Injektorhülse im Bereich deren zweiten Endes einwirken. Die zweite Schraubverbindung verhindert ein Heben der Injektorhülse durch die Gaskräfte im Zylinderraum.
Alternativ oder zusätzlich zur zweiten Schraubverbindung kann die erste Auflagefläche mit der ersten Gegenfläche und/oder die zweite Auflagefläche mit der zweiten Gegenfläche verklebt sein.
Mit der beschriebenen Erfindung kann die Durchbiegung des Feuerdeckes und die entstehenden Spannungen durch den Zünddruck vermindert werden, ohne dass höherer Materialeinsatz im Zylinderkopf erforderlich wäre.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 eine Injektorhülse für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem Meridianschnitt in einer ersten Ausführungsvariante; und
Fig. 2 eine Injektorhülse in einem Teilschnitt in einer zweiten Ausführungsvariante.
Die Fig . lund Fig . 2 zeigen jeweils eine in einem Zylinderkopf 1 angeordnete Injektorhülse 2 zur Aufnahme einer in einen Brennraum 3 einer Brennkraftmaschine mündenden, nicht weiter dargestellten Einspritzeinrichtung. Bezugszeichen 28 bezeichneten den Hohlraum innerhalb der Injektorhülse 2 zur Aufnahme der Einspritzeinrichtung.
Die Injektorhülse 2 ist dabei über eine erste Schraubverbindung 4 in einem an den Brennraum 3 grenzenden Feuerdeck 7 des Zylinderkopfes 1 lösbar befestigt, und weist ein erstes Ende 5 im Bereich des Feuerdecks 7 und ein dem ersten Ende 5 abgewandtes zweites Ende 6 auf. Im Bereich des ersten Endes 5 weist die Injektorhülse 2 ein Außengewinde 16 auf, welches zur Befestigung im Zylinderkopf 1 mit einem entsprechenden Innengewinde 8 zusammenwirkt.
Bei der in Fig . 1 dargestellten Ausführung ist das Innengewinde 8 durch eine Gewindebohrung 17 des Feuerdecks 7 des Zylinderkopfes 1 gebildet. Fig . 2 zeigt dagegen eine Ausführung, bei der das Innengewinde 8 durch eine Mutter 19 ge- bildet ist, welche sich an Schultern 20, 21 des Feuerdecks 7 abstützt. Die Mutter 19 ist von der Seite des Brennraumes 3 in der Bohrung 22 des Feuerdecks 7 angeordnet.
Im Bereich des ersten Endes 4 der Injektorhülse 2 ist zumindest ein radial vorspringender erster Auflagebereich 9 mit einer dem Feuerdeck 7 zugewandten ersten Auflagefläche 10 angeordnet, welche auf einer durch den Zylinderkopf 1 gebildeten ersten Gegenfläche 11 aufliegt.
Im Bereich des zweiten Endes 6 weist die Injektorhülse 2 zumindest einen radial nach außen vorspringenden zweiten Auflagebereich 12 mit einer dem Feuerdeck 7 zugewandten zweiten Auflagefläche 13 auf. Die zweite Auflagefläche 13 liegt auf einer durch den Zylinderkopf 1 gebildeten zweiten Gegenfläche 14 auf.
Im Ausführungsbeispiel sind erste Auflagefläche 10 und erste Gegenfläche 11 als ebene Ringflächen normal auf die Achse 2a der Injektorhülse 2 ausgebildet. Erste Auflagefläche 10 und erste Gegenfläche 11 können aber auch als korrespondierende kegelige Flächen ausgebildet sein . Gleiches gilt für die zweite Auflagefläche 13 und die zweite Gegenfläche 14.
Im entspannten Zustand, in welchem sich sämtliche Auflageflächen 10; 13 und Gegenflächen 11; 14 nicht berühren, also wenn beispielsweise die Injektorhülse 2 noch nicht in den Zylinderkopf 1 eingeschraubt ist, ist der Abstand a zwischen der ersten Gegenfläche 11 und der zweiten Gegenfläche 14 des Zylinderkopfes 1 größer ist als der Abstand b zwischen der ersten Auflagefläche 10 und der zweiten Auflagefläche 13 der Injektorhülse 2. Dadurch steht im eingeschraubten Zustand die Injektorhülse 2 unter einer durch eine Vorspannungszugkraft bewirkten Zugvorspannung, wobei die erste Schraubverbindung 4 ausgebildet ist, um die Vorspannungszugkraft auf die im Zylinderkopf 1 eingebaute Injektorhülse 2 auszuüben. Die Vorspannungskraft muss dabei zumindest so groß gewählt werden, dass ein Abheben der Injektorhülse 2 durch den bei der Verbrennung im Brennraum 3 entstehenden maximalen Zylinderdruck vermieden wird.
Zur zusätzlichen Sicherung kann ein Element durch eine zweite Schraubverbindung 15 im Bereich des zweiten Endes 6 der Injektorhülse 2 mit dem Zylinderkopf 1 verschraubt sein, welches - zusätzlich zur Vorspannzugkraft - die zweite Auflagefläche 13 gegen die zweite Gegenfläche 14 presst. Das im in Fig . 1 gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Hohlschraube 24 gebildete Element wirkt dabei mit einer der Injektorhülse 3 zugewandten Druckfläche 23 auf eine entgegen gerichtete Angriffsfläche 24 der Injektorhülse 2 im Bereich des zweiten Endes 6 ein. Die zweite Schraubverbindung 15 weist im in Fig . 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Außengewinde 26 an der Hohlschraube 25 auf, welches in einem Innengewinde 27 des Zylinderkopfes 1 verschraubt ist. Durch die zweite Schraubverbindung 15 wird ein Abheben der Injektorhülse 2 - insbesondere ein Abheben der eine Dichtfläche 18 bildenden ersten Auflagefläche 10 von der ersten Gegenfläche 11 - zu Folge der Gaskräfte im Brennraum 3 sicher vermieden.
Alternativ oder zusätzlich zur zweiten Schraubverbindung 15 kann auch vorgesehen sein, dass die erste Auflagefläche 10 mit der ersten Gegenfläche 11 und/ oder die zweite Auflagefläche 13 mit der zweiten Gegenfläche 14 mittels eines Klebstoffes verklebt ist.
Mit jeder der beschriebenen Ausführungen können die Durchbiegung des Feuerdeckes 7 und die entstehenden Spannungen durch den Zünddruck vermindert werden, ohne dass höherer Materialeinsatz im Zylinderkopf 1 erforderlich wäre. Dies ermöglicht eine sehr steife Bauweise des Zylinderkopfes 1 und geringes Gewicht.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf (1) mit einem brennraumseiti- gen Feuerdeck (7), mit zumindest einer mit dem Zylinderkopf (1) lösbar verbundenen Injektorhülse (2) zur Aufnahme einer Einspritzeinrichtung, wobei die Injektorhülse (2) an einem feuerdeckseitigen ersten Ende (5) über eine erste Schraubverbindung (4) mit dem Feuerdeck (7) verschraubt ist, und wobei die Injektorhülse (2) im Bereich des ersten Endes (5) zumindest einen radial vorspringenden ersten Auflagebereich (9) mit einer dem Feuerdeck (7) zugewandten ersten Auflagefläche (10) aufweist, welche auf einer durch den Zylinderkopf (1) gebildeten ersten Gegenfläche (11) aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektorhülse (2) - vorzugsweise im Bereich eines dem ersten Ende (5) abgewandten zweiten Endes (6) - zumindest einen radial vorspringenden zweiten Auflagebereich (12) mit einer dem Feuerdeck (7) zugewandten zweiten Auflagefläche (13) aufweist, welche auf einer durch den Zylinderkopf (1) gebildeten zweiten Gegenfläche (14) aufliegt.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im entspannten Zustand der Abstand (a) zwischen der ersten Gegenfläche (11) und der zweiten Gegenfläche (14) des Zylinderkopfes (1) größer ist als der Abstand (b) zwischen der ersten Auflagefläche (10) und der zweiten Auflagefläche (13) der Injektorhülse (2), so dass im eingeschraubten Zustand die Injektorhülse (2) unter einer durch eine Vorspannungszugkraft bewirkten Zugvorspannung steht.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schraubverbindung (4) ausgebildet ist, um die Vorspannungszugkraft auf die im Zylinderkopf (1) eingebaute Injektorhülse (2) auszuüben.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannungszugkraft zumindest so groß ausgelegt ist, dass ein Abheben der Injektorhülse (2) durch den maximalen Zylinderdruck verhindert wird .
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außengewinde (16) der Injektorhülse (2) im Bereich des Feuerdeckes (7) Teil der ersten Schraubverbindung (4) ist.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengewinde (16) der Injektorhülse (2) in eine Gewindebohrung (17) des Feuerdecks (7) eingeschraubt ist.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengewinde (16) der Injektorhülse (2) mit einer sich an zumindest einer Schulter (20, 21) des Feuerdecks (7) abstützenden Mutter (19) verschraubt ist, welche von der Seite des Brennraumes (3) in einer Bohrung (22) des Feuerdeckes (7) angeordnet ist.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Element, vorzugsweise eine Hohlschraube (25), im Bereich des zweiten Endes (6) durch eine zweite Schraubverbindung (15) mit dem Zylinderkopf (1) verschraubt ist, wobei durch die zweite Schraubverbindung (15) die zweite Auflagefläche (13) der injektorhülse (2) gegen die zweite Gegenfläche (14) des Zylinderkopfes (1) gedrückt wird.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Element mit einer der Injektorhülse (2) zugewandten Druckfläche (23) auf eine Angriffsfläche (24) der Injektorhülse (2) im Bereich deren zweiten Endes (6) einwirkt.
10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auflagefläche (10) mit der ersten Gegenfläche (11) und/oder die zweite Auflagefläche (13) mit der zweiten Gegenfläche (14) verklebt ist.
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