CN102245890A - 用于燃料喷射装置的脱耦部件 - Google Patents

Abstract

根据本发明的用于燃料喷射装置的脱耦部件的特征尤其在于：实现了低噪声的设计。该燃料喷射装置包括至少一个燃料喷射阀(1)及在缸头(9)中的用于该燃料喷射阀(1)的接收孔(20)以及在该燃料喷射阀(1)的阀壳体(22)与该接收孔(20)的壁之间的该脱耦部件(240)。该脱耦部件(240)的弹簧刚度这样地低及该脱耦部件(240)被这样地定位在该燃料喷射阀(1)的该阀壳体(22)与该接收孔(20)的壁之间，使得脱耦谐振频率f_R在低于2.5kHz的频率范围中。该燃料喷射装置尤其适用于将燃料直接喷射到混合气压缩的外源点火的内燃机的燃烧室中。

Description

用于燃料喷射装置的脱耦部件

技术领域

本发明涉及独立权利要求的类型的一种用于燃料喷射装置的脱耦部件。

背景技术

在图1中示范地表示出一个由现有技术公知的燃料喷射装置，其中在一个装入内燃机缸头的接收孔中的燃料喷射阀上设有一个扁平的中间部件。这种中间部件以公知的方式作为一个垫圈形式的支撑件被放置在缸头的接收孔的一个肩上。借助该中间部件可补偿制造及安装公差及在燃料喷射阀易于移动的位置上也可保证无横向力的安装。该燃料喷射装置特别适合适用在混合压缩、强制点火的内燃机的燃料喷射设备中。

由DE 101 08 466A1公知了另一种用于燃料喷射装置的简单中间部件。该中间部件涉及一个具有圆形横截面的垫圈，它被设置在一个区域中，在该区域中无论燃料喷射阀还是缸头中接收孔的壁均截锥形地延伸，及作为补偿件用于燃料喷射阀的安装及支撑。

此外由DE 100 27 662A1，DE 100 38 763A1及EP 1 223 337A1公知了一些复杂的并在制造上成本明显高的用于燃料喷射装置的中间部件。这些中间部件的特点是：它们全都由多部件或多层构成及部分地承担密封及阻尼功能。由DE 100 27 662A1公知的中间部件包括一个基体兼载体，在该载体中置入一个密封装置，该密封装置被燃料喷射阀的喷嘴体穿过。由DE 100 38 763A1公知了一个多层的补偿件，它由两个刚性的环及一个夹心地布置在其中间的弹性中间环组成。该补偿件既允许燃料喷射阀相对接收孔的轴线在一个相对大的角度范围上倾斜也允许燃料喷射阀由接收孔的中心轴线径向地移动。

由EP 1 223 337A1也公知了一个多层的中间部件，其中该中间部件由多个垫圈组成，这些垫圈由一种阻尼材料构成。这里该阻尼材料由橡胶或PTFE材料中这样地选择及设计，以致能够对燃料喷射阀工作时产生的振动及噪音进行噪音阻尼。但为此该中间部件必需包括四至六层，以便达到所需的阻尼效果。

由DE 10 2005 057 313A1已公知了用于燃料喷射器、尤其将柴油燃料喷射到一个共轨系统中的喷射器的圆盘状阻尼部件。该阻尼盘将这样地置入在喷射阀与缸头中的接收孔的边壁之间，以致即使在高压紧力时也可使固体声阻尼，由此可减小噪音传播。该环形的阻尼部件用一个环形面支承在缸头的支撑面上及用一个环绕的凸缘支承在喷射器的锥形支撑面上。但该整个装置具有其缺点，即阻尼部件在缸头上及在喷射器上的支承部位从径向上看彼此很靠近及阻尼部件由于其安装状态被作成非常地硬。其结果是，在该装置上总是仍可明显地听到噪音的传出。

此外为了减小噪音的传播US 6,009,856A提出：燃料喷射阀由一个套管包围及在所形成的中间空腔中填充弹性的、阻尼噪音的材料。但这种噪音阻尼装置很费事、安装不方便及成本高。

发明内容

根据本发明的具有权利要求1的特征部分的特征的用于燃料喷射装置的脱耦部件具有其优点，即以简单的结构方式通过脱耦或隔离达到更好的噪音下降。根据本发明脱耦部件的弹簧刚度被选择得这样地低及脱耦部件被这样地放置在燃料喷射阀的阀壳体与接收孔的一个壁之间，以使得脱耦谐振频率频率f_R在低于2.5kHz的频率范围中。以此方式在将脱耦部件装入设有用于直接喷射燃料的喷射器、尤其设有压电致动器驱动的喷射器的燃料喷射装置中时可得到多个正面的及有利的方面。脱耦部件的低刚度可使燃料喷射阀与缸头有效地脱耦及由此在噪音严重的工况中明显地减小导入缸头的固体声功率及减小由缸头发出的噪音。

通过从属权利要求中所述的措施可得到权利要求1中给出的燃料喷射装置的有利的进一步构型及改进。

特别有利的是：脱耦部件被这样地构成，即脱耦部件在径向外部及径向内部边缘区域中的两个支承区域被选择得相互这样尽可能远地隔开，以致形成一个最大可能的杠杆臂。

对此有利的是，用于燃料喷射阀的接收孔被构成在缸头中及接收孔具有一个肩台，该肩台垂直于接收孔的延伸方向地延伸及脱耦部件用其径向外部的支承区域部分地支承在该肩台上，及燃料喷射阀用一个垂直于阀纵向轴线延伸的阀壳体的外部轮廓支承在脱耦部件的径向内部的支承区域上。

脱耦部件以有利的方式被构成环形盘状及总地构成盆形或碟形。在此情况下脱耦部件的横截面具有一个带有两个向着支承区域的半径的S形轮廓。其安装可使用脱耦部件的两个取向，即盆形地以底部向下或倒过来盆形地以底向上。

视使用在一个交变压力系统中或使用在一个恒定压力系统中而定脱耦部件以特别有利的方式被设计成具有一个非线性的累进的弹簧特性曲线或具有一个非线性的递减的弹簧特性曲线。

附图说明

在附图中简要地表示出本发明的实施例及在以下的说明中对其详细地描述。附图表示：

图1：一个部分地表示的、公知的实施形式中的设有盘状中间部件的燃料喷射装置，

图2：支撑在缸头中的燃料喷射阀在燃料直接喷射时的等效机械图，它体现为一个普通的弹簧质量阻尼系统，

图3：图2中所示的弹簧质量阻尼系统中的传递特性，在其低频的谐振频率f_R范围及脱耦频率f_E以上的隔音范围中具有一个增益，

图4：部分表示的具有根据本发明的脱耦部件的燃料喷射装置，

图5：根据图4的本发明的脱耦部件的第一实施例的一个横截面，

图6：根据本发明的两部分解决方案的脱耦部件的第二实施例的一个横截面，

图7：根据本发明的脱耦部件的第三实施例的俯视图，

图8：沿图7中线VIII-VIII的根据本发明的脱耦部件的一个横截面，

图9：根据本发明的脱耦部件的第四实施例的俯视图。

图10：沿图9中线X-X的根据本发明的脱耦部件的一个横截面，

图11：部分表示的具有根据本发明的第五脱耦部件的一个燃料喷射装置，

图12：部分表示的具有根据本发明的第六脱耦部件的一个燃料喷射装置，

图13：用于根据本发明的脱耦部件的一个非线性的、累进的弹簧特性曲线，该脱耦部件可使用在一个交变压力系统中，及

图14：用于根据本发明的脱耦部件的一个非线性的、递减的弹簧特性曲线，该脱耦部件可使用在一个恒定压力系统中。

具体实施方式

为了理解本发明以下先借助图1来详细描述一个公知的燃料喷射装置的实施形式。图1中作为实施例以侧视图表示出一个用于混合压缩、强制点火的内燃机的燃料喷射装置的喷射阀1形式的阀。该燃料喷射阀1是燃料喷射装置的一部分。该被作成用于将燃料直接喷射到内燃机的燃烧室25中的一个直喷式喷射阀形式的燃料喷射阀1用其一个下游的端部安装在一个缸头9的接收孔20中。一个密封圈2-尤其由聚四氟乙烯(Teflon

)组成-用于燃料喷射阀1相对缸头9的接收孔20的壁的最佳密封。

在阀壳体22的一个阶台21(未示出)或一个支撑件19的端面21(图1)与接收孔20的一个例如垂直于接收孔20地延伸的肩台23之间被置入一个扁平的中间部件24，该中间部件被作成一个垫圈的形式。借助这样一个中间部件24-或它与一个刚性的支撑件19组合地制造，该支撑件例如朝燃料喷射阀1向内地具有一个弯拱的接触面-可补偿组装公差及在燃料喷射阀1容易移动的位置上也可保证无横向力的安装。

燃料喷射阀1在其输入侧端部3上具有一个对燃料分配管路(燃料轨)4的插接连接部分，该插接连接部分通过在燃料分配管路4的一个接管6-它由截面表示-与燃料喷射阀1的输入接管7之间的密封圈5来密封。燃料喷射阀1被插入到燃料分配管路4的接管6中。这里接管6例如整体地出自于实际的燃料分配管路4及在接收孔12的上游具有一个小直径的流入孔15，通过该流入孔实现燃料喷射阀1的入流。该燃料喷射阀1设有一个用于操作燃料喷射器1的电接触的电连接插头8。

为了使燃料喷射阀1及燃料分配管路4尽量在径向上无力作用地相互隔开及可靠地将燃料喷射阀1压紧在缸头的接收孔中，在燃料喷射阀1与接管6中间设有一个压紧器10，该压紧器10被作成弓形的构件，例如被作成冲压-弯曲部件。压紧器10具有一个部分环形的基本部分11，由该基本部分弯曲地延伸出一个压紧弓13，该压紧弓在装入状态中支承在燃料分配管路4上的接管6的一个下游的端面14上。

本发明的任务在于，用简单的方式方法相对公知的中间部件方案及阻尼盘方案达到更好的噪音降低，这主要在噪音严重的空载运行时并也在恒定压力系统中在系统压力上通过中间部件24的合乎要求的设计及几何形状来达到。燃料喷射阀1在直接高压喷射时起决定作用的噪音源是阀工作期间导入缸头9中的力(固体声)，它导致缸头9结构上的激励及由该缸头反射空气声波。为了达到噪音的改善，因此将力图使导入缸头9中的力最小化。除了减小由喷射引起的力之外这也可通过对燃料喷射阀1与缸头9之间的传递特性的影响来达到。

在机械的意义上燃料喷射阀1用无源的中间部件24支承在缸头9的接收孔20中反映为一个普通的弹簧-质量阻尼系统，如由图2中所示。在此情况下缸头9的质量M相对燃料喷射阀1的质量m在一级近似中被假定为无限大。这样一个系统的传递特性的特征是在其低频的谐振频率f_R(脱耦谐振)范围及脱耦频率f_E以上的隔音范围中具有一个增益(见图3)。

基于此特征由该弹簧-质量阻尼系统产生的传递特性可得到用于减小噪音的多个可能性：

1.将固有频率向小的频率移动，以使得隔音范围包括可听频谱的尽可能大的部分。这可通过中间部件24的低刚性c来达到。

2.提高中间部件24的阻尼特性(例如摩擦力)，以便达到低频时增益的衰减。但随着阻尼特性的增高也使高频区域中隔音作用减小。

3.上述两个可能性的组合。

本发明旨在通过优先使用减小噪音的弹性隔音材料(脱耦材料)来设计中间部件24。这里本发明一方面包括在考虑到当直接喷射燃料时的典型的要求及边界条件的情况下来确定及设计适合的弹簧特性曲线及另一方面设计中间部件24，使该中间部件能够反映这样确定出的弹簧特性曲线的特征及通过简单几何参数的选择可适配喷射系统的特定的边界条件。对于弹簧特性曲线可参考图13及14。

借助中间部件24-以下称之为脱耦部件240-的小弹簧刚度c使燃料喷射器1与缸头9脱耦除由于小的结构空间外还由于发动机运行期间所允许的燃料喷射阀1的最大运动量的限制而变难。

在燃料喷射阀工作中为了将燃料喷射到内燃机中取决于其工作原理该喷射阀在与外围安装部分的交接处产生出具有宽的频率范围的交变力。该交变力激励外围部分至振动，该振动又作为噪音传播及可被察觉到。为了避免通常作为干扰被察觉的噪音目前已提出(见“现有技术”段落)及使用了用于振动阻尼(能量耗散)的阻尼元件。此外这些阻尼元件通常可由不同的材料及零件组成。

但公知类型的阻尼元件旨在通过宽带的能量耗散、例如通过阻尼元件内部的细微滑动或材料阻尼来减小力输入。但在此情况下仅可有限地降低燃料喷射阀与外围部分之间的力传递。阻尼机械力正比于阻尼元件上的移动或速度，对于它的形成必需存在一个力，该力由此通过阻尼元件导入到结构中。

而借助根据本发明的脱耦部件240可在脱耦谐振频率f_R以上的一个大频率范围上尽可能地抑制来自燃料喷射阀的力通量。在此情况下脱耦谐振频率f_R可移动到一个频率区间中，在该频率区间中谐振增益在很大程度上被发动机的其它噪音成分掩盖(图3)。

根据本发明脱耦部件240的特征在于：为了达到降低对外围部分不希望的噪音激励的目的而减小燃料喷射阀1与其外围安装部分之间的力传递。在以下所描述的脱耦部件240的实施形式中包括在脱耦部件240的几何构型及材料选择方面的弹簧特性的各个有利的突出表现，即在恒定压力系统中累进的特性及在交变压力系统中递减的特性。

在此情况下脱耦部件240在其构型及安装状况方面主要针对振动脱耦的效果而非针对振动阻尼。脱耦部件240将鉴于其刚度特性来设计而非如公知的阻尼盘那样鉴于阻尼特性来设计。但阻尼、例如塑料或弹性体层形式的阻尼可用作对脱耦谐振f_R的控制的补充。

在图4中给出了一个部分表示的具有根据本发明的脱耦部件240的燃料喷射装置，而图5中表示根据图4的本发明的脱耦部件240的第一实施例的一个横截面。该燃料喷射装置的实施例涉及用燃料喷射阀1直接喷射燃料的系统，该燃料喷射阀由压电致动器驱动并例如使用在恒定压力系统中。脱耦部件240以有利的方式被作成金属的孔盘，就此而言它环形地延伸。金属的材料在这方面则适合于：以成本上合适的制造方法(例如车削、深拉)来加工它，以便可尺寸稳定地制造脱耦部件240的所需几何形状。

脱耦部件240的刚性与燃料喷射阀1的质量-该质量约为250g-相比被选择得低些(20-40KN/mm)。由此可使在该类型的直接喷油情况下出现的干扰噪音合乎目的地在宽带范围上脱耦，该噪音典型地在2.5-14kHz的频率范围上。在此情况下脱耦谐振频率f_R在低于2.5kHz的频率范围中，在该频率范围上它将被燃烧噪音及发动机噪音掩盖及不被察觉为干扰。

脱耦部件240的小刚性将通过多个合乎目的的措施来达到。脱耦部件240在安装状态中具有两个支承区域30，31，即一个径向外部的支承区域30及一个径向内部的支承区域31。脱耦部件240用外部支承区域30环形地支承在缸头9中接收孔20的、譬如垂直于阀纵向轴线延伸的肩台23上。脱耦部件240用内部支承区域31环形地在一个区域中托着燃料喷射阀1，在该区域中阀壳体22例如也具有垂直于阀纵向轴线延伸的外部轮廓，以致燃料喷射阀1接触在脱耦部件240的内部边缘区域上。脱耦部件240的两个支承区域30，31被这样地选择，以致形成最大可能的杠杆臂。就此而言在所示的该实施例中这些支承区域30，31位于脱耦部件240的外径及内径上尽可能远的各个边缘区域中。

脱耦部件240的横截面具有一个带有两个向着外部及内部接触面30，31的大半径R1，R2的S形轮廓，这些S形轮廓的公用边切向地交互过渡。因此该脱耦部件240总地具有一个盆形或碟形的构型。借助该构型通常在缸头9的接收孔20中仅很小的结构空间也可对尽可能长的杠杆臂有利地被最佳利用。该轮廓的两个半径R1，R2在其大小及其比例上被这样选择，以使得在其材料中形成尽可能有利的应力分布并最佳地满足预定的刚度特性。在本例中例如上部半径R1为2mm及下部半径R2为2.5mm。

利用脱耦部件240的盆形构型可作到：能使用对于脱耦部件240的强度足够的材料厚度，并同时在总的弹簧刚度小的情况下也是如此。在金属材料的情况下这里数量级为0.5mm的材料厚度即为合适。但脱耦部件240上的材料厚度也可有利于刚度特性优化地在其径向延伸方向上变化。

图6中表示根据本发明的两部分解决方案的脱耦部件240的第二实施例的一个横截面。该脱耦部件240也具有一个盆形构型。该实施方案考虑到这样的安装要求，即在安装时可使燃料喷射阀1取得一个强倾斜的位置。因此该脱耦部件240被分成两个相互交叠放置的部分件34，35。径向外部的即上部的部分件34具有径向外部的支承区域30及以半径R1向外弯曲地延伸，而径向内部的即下部的部分件35设有径向内部的支承区域31及以半径R2向内弯曲。内部分件35被置入在外部分件34中。脱耦部件240的部分件34，35共同地允许轻松移动以补偿倾斜位置，但在其总的特性上可遵循所需的设计目的。

根据本发明的脱耦部件240的第三实施例以俯视图表示在图7中。图8表示沿图7中线VIII-VIII的根据本发明的脱耦部件240的一个横截面。脱耦部件240的该实施方案的特征是：径向内部的支承区域31相对以上所述的方案有所改变。在脱耦部件240上不是设置一个环形延伸的支承区域31而是设置多个相互隔开的支承部位31a，31b，31c，这些支承部位当其数目例如为三个支承部位31a，31b，31c时则以120o的间隔分布地设置。并且这种实施方案通过成型在脱耦部件240上的球形支承部位31a，31b，31c也考虑到燃料喷射阀1的位置倾斜的可能性，在这些支承部位以内可定位燃料喷射阀1。

根据本发明的脱耦部件240的第四实施例以俯视图表示在图9中。图10表示沿图9中线X-X的根据本发明的脱耦部件240的一个横截面。这又一实施方案通过内部支承区域31的局部削弱来获取燃料喷射阀1的可能的倾斜位置。径向内部支承区域31的该局部削弱例如通过径向延伸的槽37来实现，这些槽由脱耦部件240的内径240开始例如一直延伸到内部半径R2处。这些槽37或减小刚性的其它开口在数目上典型地设有3至20个。

图11及12中部分地表示出两个其它的燃料喷射装置，它们设有根据本发明的第五与第六脱耦部件240。图11中所示的脱耦部件240与图4及5中所示的脱耦部件240的区别尤其在于颠倒地向上弯曲。该脱耦部件240也被构成盆形或碟形，但以颠倒的位置安装，这就是说，在缸头9的肩台23上的径向外部的支承区域30低于燃料喷射阀1的阀壳体22上的径向内部的支承区域31。

图12的实施例表明：脱耦部件240也可被构成一个平的盘。以上对于弹簧刚度及支承区域30，31所需的相互距离的要求也适用于图11及12中所示的脱耦部件240的两个实施方案。根据所需的刚度特性这里材料厚度也可在脱耦部件240的径向延伸方向上变化。

现在借助图13及14再次地说明：如何通过脱耦部件240的脱耦刚性的合乎要求的非线性特性可达到燃料系统中燃料喷射阀1的有利脱耦。在一些系统中燃料压力被保持恒定的高度(恒定压力系统)，在另一些系统中系统压力与负载或转速相关地变化(交变压力系统)，典型地在后一系统中在空载时进行燃料压力的降低。

燃料压力作为静态的液压力作用在燃料喷射阀上及对脱耦部件240施加了一个恒定的预负荷及由此使其移动。在线性情况下该移动正比于力。鉴于在燃料系统及缸头上喷射器接口的密封性及磨损对于允许的弹簧行程给出了最大限值。因此这里根据本发明对于脱耦部件240选择了力与弹簧行程之间的一个非线性关系。

在交变压力系统的情况下(图13)一个累进的弹簧刚度在低系统压力、即空载或低负荷时引起小的刚性，及根据脱耦原理由此引起噪音脱耦的一个宽区域。通常主要在该工作区域中察觉到噪音的明显性。在高负荷及由此高压力时脱耦部件240变硬及由此限制了行程。在该工作区域中其它的发动机噪音则掩盖了由喷射器引起的脱耦较差的噪音。

在恒定压力系统的情况下(图14)在脱耦部件240上作用恒定的高压。这里有利的是，在压力建立时(例如在每次发电机起动时)通过高弹簧刚度限制弹簧行程；但在工作中对于一个宽的脱耦区域是一个小刚性起作用。该特性通过一个递减的弹簧特性曲线来达到。

Claims (11)

1.用于内燃机的燃料喷射设备的燃料喷射装置的脱耦部件，该燃料喷射装置尤其用于将燃料直接喷射到燃烧室中，其中，该燃料喷射装置包括至少一个燃料喷射阀(1)及用于该燃料喷射阀(1)的接收孔(20)，该脱耦部件(240)置入在该燃料喷射阀(1)的阀壳体(22)与该接收孔(20)的壁之间，其特征在于：该脱耦部件(240)的弹簧刚度这样地低及该脱耦部件(240)被这样地定位在该燃料喷射阀(1)的该阀壳体(22)与该接收孔(20)的壁之间，使得脱耦谐振频率f_R在低于2.5kHz的频率范围中。

2.根据权利要求1的脱耦部件，其特征在于：所述脱耦部件(240)的弹簧刚度在20-40kN/mm的范围中。

3.根据权利要求1或2的脱耦部件，其特征在于：所述脱耦部件(240)具有一个径向外部的支承区域(30)及一个径向内部的支承区域(31)，所述脱耦部件(240)通过这些支承区域在径向外部能环形地支承在该接收孔(20)的肩台(23)上及在径向内部托着所述燃料喷射阀(1)。

4.根据权利要求3的脱耦部件，其特征在于：所述脱耦部件(240)的所述两个支承区域(30，31)被选择得相互这样远地隔开，以致形成一最大可能的杠杆臂。

5.根据权利要求3或4的脱耦部件，其特征在于：所述径向内部的支承区域(31)或环形地环绕，并通过径向延伸的槽(37)或其它减小刚度的开口被中断，或通过多个相互隔开的支承部位(31a，31b，31c)构成。

6.根据以上权利要求中任一项的脱耦部件，其特征在于：所述脱耦部件(240)环形盘状及总地盆形或碟形地构成。

7.根据权利要求6的脱耦部件，其特征在于：所述脱耦部件(240)的横截面具有S形轮廓，该S形轮廓具有向着一个外部的及一个内部的支承区域(30，31)的两个半径(R1，R2)。

8.根据以上权利要求中任一项的脱耦部件，其特征在于：所述盘状的脱耦部件(240)的材料厚度或者是恒定的或者为有利于最佳的刚度特性在该脱耦部件的径向延伸上变化。

9.根据以上权利要求中任一项的脱耦部件，其特征在于：所述脱耦部件(240)当使用在交变压力系统中时以非线性的累进的弹簧特性曲线来设计。

10.根据权利要求1至8中任一项的脱耦部件，其特征在于：所述脱耦部件(240)当使用在恒定压力系统中时以非线性的递减的弹簧特性曲线来设计。

11.根据以上权利要求中任一项的脱耦部件，其特征在于：用于所述燃料喷射阀(1)的所述接收孔(20)被构成在缸头(9)中，所述接收孔(20)具有肩台(23)，该肩台垂直于所述接收孔(20)的延伸方向延伸，所述脱耦部件(240)用其径向外部的支承区域(30)部分地支承在该肩台上，所述燃料喷射阀(1)又用所述阀壳体(22)的垂直于阀纵向轴线延伸的外部轮廓贴靠在所述脱耦部件(240)的所述径向内部的支承区域(31)上。

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