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AT514554A4 - Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf - Google Patents

Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf Download PDF

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AT514554A4
AT514554A4 ATA50750/2013A AT507502013A AT514554A4 AT 514554 A4 AT514554 A4 AT 514554A4 AT 507502013 A AT507502013 A AT 507502013A AT 514554 A4 AT514554 A4 AT 514554A4
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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

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf mit einembrennraumseitigen Feuerdeck, mit zumindest einer mit dem Zylinderkopf lösbarverbundenen Injektorhülse zur Aufnahme einer Einspritzeinrichtung, wobei dieInjektorhülse an einem feuerdeckseitigen ersten Ende über eine ersteSchraubverbindung mit dem Feuerdeck verschraubt ist, und wobei dieInjektorhülse im Bereich des ersten Endes zumindest einen radialvorspringenden ersten Auflagebereich mit einer dem Feuerdeck zugewandtenersten Auflagefläche aufweist, welche auf einer durch den Zylinderkopfgebildeten ersten Gegenfläche aufliegt.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine kommt es unter Zünddruck zu elastischenVerformungen des Feuerdeckes, wodurch es zu Relativbewegungen zwischen derInjektorhülse und dem Feuerdeck kommt. Dies kann zu Undichtheiten zwischendem Feuerdeck und der Injektorhülse führen.
Aus der GB 363 560 A ist eine Brennkraftmaschine mit einem eine Injektorhülseaufweisenden Zylinderkopf bekannt, wobei die zur Aufnahme einerEinspritzeinrichtung ausgebildete Injektorhülse über eine Flanschfläche miteinem oberen Deck des Zylinderkopfes verschraubt ist. Durch die Verschraubungwird die Injektorhülse gegen eine Dichtfläche des Feuerdecks gepresst.
Die JP 11-132100 A beschreibt eine Zylinderkopfstruktur mit einembrennraumseitigen Feuerdeck und einem vom Feuerdeck beabstandeten oberenDeck, wobei pro Zylinder eine mittige Injektorhülse zur Aufnahme einerEinspritzeinrichtung vorgesehen ist. Die Injektorhülse ist über eine ersteSchraubverbindung am oberen Deck und übereine zweite Schraubverbindungmit dem Feuerdeck des Zylinderkopfes verschraubt.
Weiters ist aus der JP 2002-188547 eine Befestigung für eine Injektorhülse einesZylinderkopfes bekannt, wobei die Injektorhülse im Bereich des Feuerdeckes inden Zylinderkopf eingeschraubt ist.
In der AT 505 049 Bl wird vorgeschlagen, die Injektorhülse über zweiSchraubverbindungen am Zylinderkopf zu befestigen, wobei die
Schraubverbindungen im Bereich der einander abgewandten Enden derInjektorhülse angeordnet sind.
Weiters ist es bekannt, die Injektorhülse nur durch eine Verschraubung imBereich des Feuerdecks im Zylinderkopf zu befestigen. Unter Zünddruck kommtes dabei zu Verformungen des Feuerdeckes, wodurch sich die Hülse mitbewegt.Auch hier können die Bewegungen der Injektorhülse langfristig zu Undichtheitenführen.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und die Steifigkeitdes Zylinderkopfes mit geringem Materialaufwand zu erhöhen. Dabei soll einedichte Verbindung mit hoher Standzeit zwischen Injektorhülse und Zylinderkopfgeschaffen 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 demFeuerdeck zugewandten zweiten Auflagefläche aufweist, welche auf einer durchden Zylinderkopf gebildeten zweiten Gegenfläche aufliegt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn im entspannten bzw. demontierten Zustandder Abstand zwischen der ersten Gegenfläche und der zweiten Gegenfläche desZylinderkopfes größer ist als der Abstand zwischen der ersten Auflagefläche undder zweiten Auflagefläche der Injektorhülse, sodass im eingeschraubten Zustanddie Injektorhülse und die erste Schraubverbindung unter einer durch eineVorspannungszugkraft verursachte Zugvorspannung steht. Die ersteSchraubverbindung ist dabei ausgebildet, um die Vorspannungszugkraft auf dieim Zylinderkopf eingebaute Injektorhülse auszuüben.
Bei der Montage der Injektorhülse kommt es somit zu einer Zugvorspannung derInjektorhülse. Im Betrieb kommt es bei einer Belastung durch die thermischeAusdehnung des Zylinderkopfes zu einer zusätzlichen Zugvorspannung derInjektorhülse, welche der thermischen freien Ausdehnung des Zylinderkopfesentgegenwirkt und diese verhindert. Bei der Belastung durch den Zylinderdruckkommt es zu einer Entlastung der Zugvorspannung der Injektorhülse. Die
Vorspannungszugkraft muss somit zumindest so groß ausgelegt werden, dass einAbheben der Injektorhülse durch den maximalen Zylinderdruck verhindert wird.
Ein Außengewinde der Injektorhülse kann Teil der ersten Schraubverbindungsein. In einer einfachen Ausführungsvariante mit wenigen Bauteilen ist vorge¬sehen, dass das Außengewinde der Injektorhülse in eine Gewindebohrung desFeuerdecks eingeschraubt ist.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das Außengewinde der Injektorhülsemit einer sich an einer Auflagefläche des Feuerdecks abstützenden Mutter ver¬schraubt ist, welche von der Seite des Brennraumes in einer Bohrung des Feuer¬deckes angeordnet ist. In dieser Variante kann auf Anfertigung eines Gewindes inder Injektorbohrung des Zylinderkopfes verzichtet werden, wodurch durch dieerste Verschraubung auftretende Spannungen im Feuerdeck vermindert werden.
Insbesondere bei hohen Zylinderdrücken ist es zur Sicherung gegen ein Lockernder Injektorhülse vorteilhaft, wenn die Injektorhülse im Bereich des zweitenEndes über ein vorzugsweise durch eine Flohlschraube gebildetes Element durcheine zweite Schraubverbindung mit dem Zylinderkopf verschraubt ist, wobeidurch die zweite Schraubverbindung die zweite Auflagefläche der Injektorhülsegegen die zweite Gegenfläche des Zylinderkopfes gedrückt wird. Dabei kann dasElement mit einer der Injektorhülse zugewandten Druckfläche auf eineAngriffsfläche der Injektorhülse im Bereich deren zweiten Endes einwirken. Diezweite Schraubverbindung verhindert ein Heben der Injektorhülse durch dieGaskräfte im Zylinderraum.
Alternativ oder zusätzlich zur zweiten Schraubverbindung kann die ersteAuflagefläche mit der ersten Gegenfläche und/oder die zweite Auflagefläche mitder zweiten Gegenfläche verklebt sein.
Mit der beschriebenen Erfindung kann die Durchbiegung des Feuerdeckes und dieentstehenden Spannungen durch den Zünddruck vermindert werden, ohne dasshöherer 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 ineinem Meridianschnitt in einer ersten Ausführungsvariante und Fig. 2 eineInjektorhülse in einem Teilschnitt in einer zweiten Ausführungsvariante.
Die Fig. lund Fig. 2 zeigen jeweils eine in einem Zylinderkopf 1 angeordneteInjektorhülse 2 zur Aufnahme einer in einen Brennraum 3 einerBrennkraftmaschine mündenden, nicht weiter dargestellten Einspritzeinrichtung.Bezugszeichen 28 bezeichneten den Hohlraum innerhalb der Injektorhülse 2 zurAufnahme der Einspritzeinrichtung.
Die Injektorhülse 2 ist dabei über eine erste Schraubverbindung 4 in einem anden Brennraum 3 grenzenden Feuerdeck 7 des Zylinderkopfes 1 lösbar befestigt,und weist ein erstes Ende 5 im Bereich des Feuerdecks 7 und ein dem erstenEnde 5 abgewandtes zweites Ende 6 auf. Im Bereich des ersten Endes 5 weistdie Injektorhülse 2 ein Außengewinde 16 auf, welches zur Befestigung imZylinderkopf 1 mit einem entsprechenden Innengewinde 8 zusammenwirkt.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung ist das Innengewinde 8 durch eineGewindebohrung 17 des Feuerdecks 7 des Zylinderkopfes 1 gebildet. Fig. 2 zeigtdagegen eine Ausführung, bei der das Innengewinde 8 durch eine Mutter 19gebildet ist, welche sich an Schultern 20, 21 des Feuerdecks 7 abstützt. DieMutter 19 ist von der Seite des Brennraumes 3 in der Bohrung 22 desFeuerdecks 7 angeordnet.
Im Bereich des ersten Endes 4 der Injektorhülse 2 ist zumindest ein radialvorspringender erster Auflagebereich 9 mit einer dem Feuerdeck 7 zugewandtenersten Auflagefläche 10 angeordnet, welche auf einer durch den Zylinderkopf 1gebildeten ersten Gegenfläche 11 aufliegt.
Im Bereich des zweiten Endes 6 weist die Injektorhülse 2 zumindest einen radialnach außen vorspringenden zweiten Auflagebereich 12 mit einer dem Feuerdeck7 zugewandten zweiten Auflagefläche 13 auf. Die zweite Auflagefläche 13 liegtauf einer durch den Zylinderkopf 1 gebildeten zweiten Gegenfläche 14 auf.
Im Ausführungsbeispiel sind erste Auflagefläche 10 und erste Gegenfläche 11 alsebene Ringflächen normal auf die Achse 2a der Injektorhülse 2 ausgebildet. ErsteAuflagefläche 10 und erste Gegenfläche 11 können aber auch alskorrespondierende kegelige Flächen ausgebildet sein. Gleiches gilt für die zweiteAuflagefläche 13 und die zweite Gegenfläche 14.
Im entspannten Zustand, in welchem sich sämtliche Auflageflächen 10; 13 undGegenflächen 11; 14 nicht berühren, also wenn beispielsweise die Injektorhülse2 noch nicht in den Zylinderkopf 1 eingeschraubt ist, ist der Abstand a zwischender ersten Gegenfläche 11 und der zweiten Gegenfläche 14 des Zylinderkopfes 1größer ist als der Abstand b zwischen der ersten Auflagefläche 10 und derzweiten Auflagefläche 13 der Injektorhülse 2. Dadurch steht im eingeschraubtenZustand die Injektorhülse 2 unter einer durch eine Vorspannungszugkraftbewirkten Zugvorspannung, wobei die erste Schraubverbindung 4 ausgebildetist, um die Vorspannungszugkraft auf die im Zylinderkopf 1 eingebauteInjektorhülse 2 auszuüben. Die Vorspannungskraft muss dabei zumindest sogroß gewählt werden, dass ein Abheben der Injektorhülse 2 durch den bei derVerbrennung im Brennraum 3 entstehenden maximalen Zylinderdruck vermiedenwird.
Zur zusätzlichen Sicherung kann ein Element durch eine zweiteSchraubverbindung 15 im Bereich des zweiten Endes 6 der Injektorhülse 2 mitdem Zylinderkopf 1 verschraubt sein, welches - zusätzlich zur Vorspannzugkraft -die zweite Auflagefläche 13 gegen die zweite Gegenfläche 14 presst. Das im inFig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Flohlschraube 24 gebildeteElement wirkt dabei mit einer der Injektorhülse 3 zugewandten Druckfläche 23auf eine entgegen gerichtete Angriffsfläche 24 der Injektorhülse 2 im Bereich deszweiten Endes 6 ein. Die zweite Schraubverbindung 15 weist im in Fig. 1gezeigten Ausführungsbeispiel ein Außengewinde 26 an der Flohlschraube 25 auf,welches in einem Innengewinde 27 des Zylinderkopfes 1 verschraubt ist. Durchdie zweite Schraubverbindung 15 wird ein Abheben der Injektorhülse 2 -insbesondere ein Abheben der eine Dichtfläche 18 bildenden ersten Auflagefläche10 von der ersten Gegenfläche 11 - zu Folge der Gaskräfte im Brennraum 3sicher vermieden.
Alternativ oder zusätzlich zur zweiten Schraubverbindung 15 kann auchvorgesehen sein, dass die erste Auflagefläche 10 mit der ersten Gegenfläche 11und/oder die zweite Auflagefläche 13 mit der zweiten Gegenfläche 14 mittelseines Klebstoffes verklebt ist.
Mit jeder der beschriebenen Ausführungen können die Durchbiegung desFeuerdeckes 7 und die entstehenden Spannungen durch den Zünddruckvermindert werden, ohne dass höherer Materialeinsatz im Zylinderkopf 1erforderlich wäre. Dies ermöglicht eine sehr steife Bauweise des Zylinderkopfes 1und geringes Gewicht.

Claims (10)

  1. PATENTANSPRÜCHE 1. Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf (1) mit einembrennraumseitigen Feuerdeck (7), mit zumindest einer mit demZylinderkopf (1) lösbar verbundenen Injektorhülse (2) zur Aufnahme einerEinspritzeinrichtung, wobei die Injektorhülse (2) an einem feuerdeckseitigenersten Ende (5) übereine erste Schraubverbindung (4) mit dem Feuerdeck (7) verschraubt ist, und wobei die Injektorhülse (2) im Bereich des erstenEndes (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 erstenGegenfläche (11) aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass dieInjektorhülse (2) - vorzugsweise im Bereich eines dem ersten Ende (5)abgewandten zweiten Endes (6) - zumindest einen radial vorspringendenzweiten Auflagebereich (12) mit einer dem Feuerdeck (7) zugewandtenzweiten Auflagefläche (13) aufweist, welche auf einer durch denZylinderkopf (1) gebildeten zweiten Gegenfläche (14) aufliegt.
  2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass imentspannten Zustand der Abstand (a) zwischen der ersten Gegenfläche (11)und der zweiten Gegenfläche (14) des Zylinderkopfes (1) größer ist als derAbstand (b) zwischen der ersten Auflagefläche (10) und der zweitenAuflagefläche (13) der Injektorhülse (2), so dass im eingeschraubtenZustand die Injektorhülse (2) unter einer durch eine Vorspannungszugkraftbewirkten Zugvorspannung steht.
  3. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieerste Schraubverbindung (4) ausgebildet ist, um die Vorspannungszugkraftauf die im Zylinderkopf (1) eingebaute Injektorhülse (2) auszuüben.
  4. 4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurchgekennzeichnet, dass die Vorspannungszugkraft zumindest so großausgelegt ist, dass ein Abheben der Injektorhülse (2) durch den maximalenZylinderdruck verhindert wird.
  5. 5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurchgekennzeichnet, dass ein Außengewinde (16) der Injektorhülse (2) imBereich des Feuerdeckes (7) Teil der ersten Schraubverbindung (4) ist.
  6. 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dassdas Außengewinde (16) der Injektorhülse (2) in eine Gewindebohrung (17)des Feuerdecks (7) eingeschraubt ist.
  7. 7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dassdas Außengewinde (16) der Injektorhülse (2) mit einer sich an zumindesteiner 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. 8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurchgekennzeichnet, dass ein Element, vorzugsweise eine Flohlschraube (25),im Bereich des zweiten Endes (6) durch eine zweite Schraubverbindung(15) mit dem Zylinderkopf (1) verschraubt ist, wobei durch die zweiteSchraubverbindung (15) die zweite Auflagefläche (13) der injektorhülse (2)gegen die zweite Gegenfläche (14) des Zylinderkopfes (1) gedrückt wird.
  9. 9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dassdas Element mit einer der Injektorhülse (2) zugewandten Druckfläche (23)auf eine Angriffsfläche (24) der Injektorhülse (2) im Bereich deren zweitenEndes (6) einwirkt.
  10. 10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurchgekennzeichnet, dass die erste Auflagefläche (10) mit der erstenGegenfläche (11) und/oder die zweite Auflagefläche (13) mit der zweitenGegenfläche (14) verklebt ist.
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