CN104471234B - 用于燃料喷射装置的多件式隔离元件 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的用于燃料喷射设备的隔离元件的特征尤其在于，实现了低噪声的结构。燃料喷射设备包括：至少一个燃料喷射阀(1)；用于该燃料喷射阀(1)的、在缸头(9)中的接收孔(20)；以及该燃料喷射阀(1)的阀壳体(22)与接收孔(20)的壁之间的隔离元件(30)。隔离元件(30)具有内部的隔离环(33)，该隔离环被封装地设在外环(31)与内环(32)之间。在此，外环(31)朝所述燃料喷射阀(1)取向，并且内环(32)朝所述接收孔(20)的壁取向，从而在隔离元件(30)已装配状态下这些构件(31/1；32/9)相应地贴靠。燃料喷射设备特别适用于直接将燃料喷射到混合压缩的外源点燃式内燃机的燃烧室中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于燃料喷射装置的多件式隔离元件。
背景技术
在图1中示例性示出由现有技术公开的燃料喷射装置，其中，在安装于内燃机的缸头的接收孔中的燃料喷射阀上设置有扁平的中间元件。这种中间元件以公开的方式作为呈垫圈形式的支撑元件来放置在缸头的接收孔的凸台上。借助于这种中间元件补偿了制造公差和装配公差并且在燃料喷射阀的位置稍微倾斜的情况下也保证无横向力的支承。所述燃料喷射装置特别适合使用在混合压缩的外源点燃式内燃机的燃料喷射设备中。
另一种类型的用于燃料喷射装置的简单的中间元件已经由DE 101 08 466 A1公开。所述中间元件是具有圆形横截面的垫圈，该垫圈布置在不仅燃料喷射阀而且缸头中的接收孔的壁呈截锥形地延伸的区域中并且用作用于支承和支撑燃料喷射阀的补偿元件。
此外，用于燃料喷射装置的复杂的并且在制造中明显费事的中间元件也由DE 10027 662 A1、DE 100 38 763 A1和EP 1 223 337 A1公开。所述中间元件的特征在于它们全都多件式或多层地构造并且应该部分地承担密封功能和阻尼功能。由DE 100 27 662 A1公开的中间元件包括基础体和承载体，在其中置入密封器件，该密封器件由燃料喷射阀的喷嘴体穿过。由DE 100 38 763 A1公开一种多层的补偿元件，该补偿元件由两个刚性环和夹层式地布置在这中间的弹性的中间环构成。该补偿元件不仅能够实现燃料喷射阀相对于接收孔的轴线在相对大的角度范围上的倾斜而且能够实现燃料喷射阀从接收孔的中轴线的径向移动。
同样地，多层的中间元件也由EP 1 223 337 A1公开，其中，该中间元件由多个垫圈构成，所述垫圈由阻尼材料构成。在此，由金属、橡胶或聚四氟乙烯(PTFE)构成的阻尼材料如此选择和设计，使得能够实现对由燃料喷射阀的运行产生的振动和噪声的噪声阻尼。但是为此，所述中间元件必须包括六层，以便实现希望的阻尼效果。
此外，为了降低噪声发射，US 6,009,856 A提出，以套筒包围燃料喷射阀并且在形成的中间室中填满弹性的、阻尼噪声的质量。但是，所述类型的噪声阻尼是非常费事、装配不利并且成本高的。
此外，由文献DE 10 2006 009 094 A1和DE 10 2008 048 173 A1中已知用于燃料喷射装置的脱耦元件或阻尼元件，这些脱耦元件或阻尼元件的特征在于，它们实施成多件式，其中，在外环中封装地设有内部金属垫作为金属丝编织物、金属丝针织物或者金属丝机织物。在此，脱耦元件或阻尼元件的内环总是贴靠在燃料喷射阀上，而脱耦元件或阻尼元件的外环贴靠在缸头的接收孔的凸台上。外环和内环分别是简单的、横截面为矩形的L形的板环。
发明内容
根据本发明提出一种多件式隔离元件，所述隔离元件用于内燃机的燃料喷射设备的燃料喷射装置，其中，燃料喷射装置包括至少一个燃料喷射阀和用于燃料喷射阀的、处于缸头中的接收孔，并且隔离元件安装在燃料喷射阀的阀壳体与接收孔的壁之间，其中，隔离元件包括内部的隔离环，所述隔离环封装在一外环与一内环之间，其中，外环朝燃料喷射阀取向并且内环朝接收孔的壁取向，在隔离元件已装配的状态下，外环贴靠在燃料喷射阀上，内环贴靠在缸头上，其中，外环在一径向包围内部的隔离环的外侧上具有环盘状的面并且在上侧上具有喷射器侧的支撑面。
根据一个实施方式，内环构造成薄壁并且在内侧上具有环盘状的面并且在底侧上具有平坦的支撑面。
根据另一实施方式，内环的内侧具有弹性元件。
根据另一实施方式，弹性元件实施成弹簧夹形式。
根据另一实施方式，上侧的喷射器侧的支撑面以球形或者说球面形、地、凸拱形地延伸。
根据本发明的、用于燃料喷射装置的隔离元件有这样的优点，即以非常简单的方式实现了改善的噪声阻尼。根据本发明，隔离元件具有非线性渐强式弹簧特征曲线，通过该弹簧特征曲线，使在隔离元件装配于具有用于燃料直喷的喷射器的燃料喷射装置中时得出很多积极且有利的方面。
根据本发明的隔离元件有这样的优点，与已知的解决方案相比，外环在隔离环上的支撑减小了外环的挠度并且导致了外环的较大的刚度。外环的高刚度又能够仅通过由具有明显较小刚度的金属丝编织物制成的隔离环来实现弹簧特征曲线的设计。因此，在这两种构件的组合中可以理想地产生所期望的渐强式弹簧特征曲线。此外可以减小作用到尽可能为固定而设的、位于外环与隔离环之间或内环与隔离环之间的焊缝上的应力。因此从这个意义上说，对焊缝的要求可以较低。总体上，多件式隔离元件的各个构件的弯曲应力都被减小。
根据另一实施方式，接收孔具有凸台，所述凸台垂直于接收孔的延伸走向并且内环安置在所述凸台上。
根据另一实施方式，燃料喷射阀的阀壳体在隔离元件的贴靠区域中设有锥形外轮廓，外环支撑在所述锥形外轮廓上。
借助于根据本发明的多件式隔离元件，通过使从燃料喷射阀至缸头的力传递在重要频率范围内减小而实现明显降低了在燃料喷射期间由喷射器引起的噪声。弹性的隔离元件不仅具有隔离特性而且具有阻尼特性。燃料喷射阀能以非常小的误差以及阀(相对于燃烧室或燃料轨)密封的非常小的负荷参照缸头准确定位。隔离元件允许该隔离元件在整个喷射器使用寿命中可重复地弹性变形，而不发生塑性变形。隔离系统能在喷射器运动受限的情况下实现隔离功能的最大化。
有利地，根据本发明的隔离元件的弹簧特征曲线可以通过尤其隔离环的几何参数的匹配而针对性地设计成渐强式。
通过技术方案中所列举的措施，本发明燃料喷射装置的有利的进一步构型和改进方案是可能的。
附图说明
本发明的实施例在附图中简化地示出并且在以下的说明中详细解释。附图表示：
图1部分示出的具有盘形中间元件的燃料喷射装置的公开的实施方案，
图2在燃料直接喷射的情况下燃料喷射阀在缸头中的支撑的机械等效线路图，该等效线路图描绘出一般的弹簧质量阻尼器系统，
图3在图2中示出的弹簧质量阻尼器系统的传递情况，在低频时在谐振频率fR的范围内和脱耦频率fE上方的隔离范围内所述传递情况具有放大，
图4用于根据工作点实现不同刚度的非线性的渐强的弹簧特征曲线，该弹簧特征曲线在空转运行中具有低刚度SNVH并且在常规系统压力FSys的情况下具有高刚度，
图5穿过根据本发明的多件式隔离元件的部分横截面，该隔离元件可置入在燃料喷射装置中，和
图6穿过根据本发明的隔离元件的、在图1中所示的盘形中间元件的区域中在燃料喷射阀上的安装状态下的横截面图。
具体实施方式
为了理解本发明，接下来借助于图1对燃料喷射装置的已知实施形式进一步说明。图1以侧视图示出用于混合压缩的外源点燃式内燃机的燃料喷射设备的呈喷射阀1形式的阀的实施例。该燃料喷射阀1是燃料喷射装置的一部分。燃料喷射阀1以其下游的端部安装到缸头9的接收孔20中，该燃料喷射阀呈用于将燃料直接喷射到内燃机的燃烧室25中的直接喷射式喷射阀形式地实施。密封圈2(尤其由构成)用于将燃料喷射阀1相对于缸头9的接收孔20的壁最佳地密封。
在阀壳体22的凸肩21与接收孔20的例如相对于该接收孔20的纵向延伸垂直地延伸的凸台23之间置入有扁平的中间元件24，该中间元件实施为呈垫圈形式的支撑元件。借助于这样的中间元件24补偿了制造公差和装配公差并且在燃料喷射阀1的位置稍微倾斜的情况下也确保了无横向力的支承。
燃料喷射阀1在其输入侧的端部3上具有与燃料分配器管路(燃料轨)4的插接连接，该插接连接通过以截面示出的燃料分配器管路4的连接接管6和燃料喷射阀1的输入接管7之间的密封圈5密封。燃料喷射阀1被推入到燃料分配器管路4的连接接管6的接收开口12中。在此，连接接管6例如一体地由原本的燃料分配器管路4产生并且在接收开口12的上游具有直径较小的流动开口15，通过该流动开口进行燃料喷射阀1的入流。燃料喷射阀1具有用于电接触的电连接插座8以操纵该燃料喷射阀1。
为了使燃料喷射阀1与燃料分配器管路4在很大程度上无径向力地相互间隔开并且将燃料喷射阀1可靠地压紧在缸头的接收孔中，在燃料喷射阀1与连接接管6之间设置有压紧器10。该压紧器10实施为弓形的构件，例如实施为冲压弯曲件。压紧器10具有部分环形的基础元件11，从该基础元件弯曲地延伸出压紧弓部13，该压紧弓部在安装状态下贴靠在燃料分配器管路4上的连接接管6的下游的端面14上。
本发明的任务在于，与公开的中间元件方案相比，以简单的方式和方法通过中间元件24的有针对性的设计和几何尺寸实现经改进的噪声阻尼，尤其在噪声严重的空转运行中。在直接高压喷射的情况下，燃料喷射阀1的决定性的噪声源是在阀运行期间导入到缸头9中的力(固体声)，所述力导致了缸头9的结构上的激励并且作为空气声由该缸头反射。因此，为了实现噪声改善，力求将导入到缸头9中的力减小到最低限度。除了减小由喷射引起的力之外，这能够通过燃料喷射阀1与缸头9之间的传递情况的影响来实现。
在机械意义上，燃料喷射阀1在缸头9的接收孔20中在无源的中间元件24上的支承能够作为一般的弹簧质量阻尼器系统示出，如这在图2中所示。在此，与燃料喷射阀1的质量m相比，能够假设缸头9的质量M一级近似为无限大。这种系统的传递情况的特征在于在低频时在谐振频率fR的范围内和脱耦频率fE上方的隔离范围内的放大(见图3)。
本发明的目的在于，在优先使用弹性隔离(脱耦)的情况下设计一种中间元件24，用于尤其在交通工具的空转运行时降低噪声。在此，本发明一方面在以可变的运行压力进行燃料直接喷射时在考虑典型要求和边界条件的情况下包括合适的弹簧特征曲线的限定和设计并且另一方面包括中间元件24的设计，该中间元件能够示出因此定义的弹簧特征曲线的特征并且通过简单的几何参数的选择能够适配于喷射系统的特定边界条件。
除了小的结构空间之外，通过限制在发动机运行期间燃料喷射阀1的许可的最大运动，借助于根据本发明的多件式隔离元件30的小弹簧刚度c使燃料喷射阀1从缸头9的脱耦变得困难。如从图4可获悉的是，在交通工具中典型地出现以下准静态负载状态：
1.在装配之后通过压紧器10所施加的静态保持力FNH，
2.在空转工作压力的情况下存在的力FL，和
3.在常规系统压力的情况下存在的力FSys。
作为中间元件24的一般支撑元件在响应的力范围内具有线性的弹簧特征曲线。这导致在空转运行的情况下所力求的脱耦点中的中间元件24的刚度必需遵循该燃料喷射阀1的上文定义的最大许可运动并且对于极为有效的脱耦而言太大。因为常规运行压力将来也许将进一步增大，这将进一步放大所述问题。
为了解决该矛盾，根据本发明提出了用于隔离元件30的具有渐强走向的非线性弹簧特征曲线，如其在图4中画出的。该弹簧特征曲线的特性能够在空转运行中借助小的弹簧刚度(SNVH)实现噪声脱耦并且能够通过快速增大的刚度在空转压力与系统压力之间实现遵循该燃料喷射阀1的最大运动。
为了在燃料直接喷射的典型边界条件(结构空间小、力大、燃料喷射阀1的总运动小)的情况下能够以最佳方式使非线性的弹簧特征曲线转换，根据本发明，隔离元件30以多件式的形式由外环31、内环32和隔离环33组成，其中，隔离环33被内环32和外环31封装包围地环绕。因此，所述隔离环明显不同于基本上主要仅仅具有线性的或渐弱的特征曲线走向的传统盘形弹簧。在传统盘形弹簧中，只有当它被负载到几乎完全“压实”时才实现渐强变化。
在图5中示出了穿过根据本发明的多件式隔离元件30的局部横截面，该隔离元件可置入在燃料喷射装置中。多件式隔离元件30具有两个功能单元。第一功能单元由隔离环33形成。隔离环30为环形金属网、金属丝针织物或者金属丝机织物，其本身根据本发明满足两个功能。初级功能在于，如前文已经详细说明，通过渐强式弹簧特征曲线在负载低的情况下(例如空转，噪声严重的运行区域)以低刚度并且在名义系统压力的情况下以高刚度实现在燃料喷射装置上的尽可能好的隔离(脱耦)。作为隔离环33的次级功能是期望实现阻尼，该阻尼不能与隔离等同，这是因为存在不同的物理作用机制，所述阻尼通过在喷射期间在燃料喷射阀1微运动时隔离环33的金属丝编织物的内部摩擦来实现。隔离环33的金属丝编织物、金属丝针织物或者金属丝机织物具有例如尽可能方形的横截面。
第二功能单元通过外环31和内环32形成，所述外环和所述内环共同形成用于隔离环33的环形腔并且由此将该隔离环封装。内环32例如构造为薄壁的板件并且在内侧35上具有环盘状的面以及在该内环的底侧36上具有缸头侧的支撑面。所述两个侧35、36尽可能彼此垂直地延伸。内侧35可以具有在周向上分布的弹性元件37，所述弹性元件例如实施成弹簧夹形式并且用于将隔离元件30防丢失地固定在燃料喷射阀1上。外环31具有比内环32大的材料厚度。外环31在外侧38上具有环盘状的面，而在该外环成型得较厚且较稳固的上侧39上设置有喷射器侧的支撑面，该支撑面以球形或球面形地、凸拱地延伸。借助于上侧39的这个支撑面，使隔离元件30贴靠在阀壳体22的例如锥状延伸的凸台上，从而在此理想化地看，对应的构件配对件1、30仅形成线接触。
图6示出了穿过根据本发明的隔离元件30的、在图1中所示的盘形中间元件24的区域中在燃料喷射阀上的安装状态下的横截面图。如图6以弯曲的箭头夸张地表明并且以外环31的虚线偏移/挠曲来不按比例地表明，根据本发明的隔离元件30具有这样的优点，与已知的解决方案相比，外环31在隔离环33上的支撑减小了外环31的挠度并且导致了外环31的较大的刚度。外环31的高刚度又能够仅通过由具有明显较小刚度的金属丝编织物制成的隔离环33来实现弹簧特征曲线的设计。因此，在这两种构件31、33的组合中可以理想地产生所期望的渐强式弹簧特征曲线。此外可以减小作用到尽可能为固定而设的、位于外环31与隔离环33之间或内环32与隔离环33之间的焊缝40上的应力。因此从这个意义上说，对焊缝40的要求可以较低。总体上，多件式隔离元件30的各个构件的弯曲应力都被减小。
借助于根据本发明的多件式隔离元件30，通过使从燃料喷射阀1至缸头9的力传递在重要频率范围内减小而实现明显降低了在燃料喷射期间由喷射器引起的噪声。弹性的隔离元件30不仅具有隔离特性而且具有阻尼特性。燃料喷射阀1能以非常小的误差以及阀(相对于燃烧室25或燃料轨4)密封的非常小的负荷参照缸头9准确定位。隔离元件30允许该隔离元件30在整个喷射器使用寿命中可重复地弹性变形，而不发生塑性变形。隔离系统能在喷射器运动受限的情况下实现隔离功能的最大化。
Claims (10)
1.一种多件式隔离元件，其用于内燃机的燃料喷射设备的燃料喷射装置，其中，燃料喷射装置包括至少一个燃料喷射阀(1)和用于所述燃料喷射阀(1)的、处于缸头(9)中的接收孔(20)，并且所述隔离元件(30)安装在所述燃料喷射阀(1)的阀壳体(22)与所述接收孔(20)的壁之间，其中，所述隔离元件(30)包括内部的隔离环(33)，所述隔离环(33)封装在一外环(31)与一内环(32)之间，其特征在于，所述外环(31)朝所述燃料喷射阀(1)取向并且所述内环(32)朝所述接收孔(20)的壁取向，在所述隔离元件(30)已装配的状态下，所述外环(31)贴靠在所述燃料喷射阀(1)上，所述内环(32)贴靠在所述缸头(9)上，其中，所述外环(31)在一径向包围所述内部的隔离环(33)的外侧(38)上具有环盘状的面并且在上侧(39)上具有喷射器侧的支撑面。
2.根据权利要求1所述的隔离元件，其特征在于，所述隔离环(33)是环形的金属丝编织物、金属丝针织物或者金属丝机织物。
3.根据权利要求1或2所述的隔离元件，其特征在于，所述内环(32)构造成薄壁并且在内侧(35)上具有环盘状的面并且在底侧(36)上具有平坦的支撑面。
4.根据权利要求3所述的隔离元件，其特征在于，所述内环(32)的内侧(35)具有弹性元件(37)。
5.根据权利要求4所述的隔离元件，其特征在于，所述弹性元件(37)实施成弹簧夹形式。
6.根据权利要求1所述的隔离元件，其特征在于，所述上侧(39)的喷射器侧的支撑面以球形或者说球面形地、凸拱地延伸。
7.根据权利要求1或2所述的隔离元件，其特征在于，在外环(31)与隔离环(33)之间和/或在内环(32)与隔离环(33)之间设置至少一个用于固定的焊缝(40)。
8.根据权利要求1或2所述的隔离元件，其特征在于，所述接收孔(20)具有凸台(23)，所述凸台垂直于所述接收孔(20)的延伸走向并且所述内环(32)安置在所述凸台上。
9.根据权利要求1或2所述的隔离元件，其特征在于，所述燃料喷射阀(1)的阀壳体(22)在所述隔离元件(30)的贴靠区域中设有锥形外轮廓，所述外环(31)支撑在所述锥形外轮廓上。
10.根据权利要求1或2所述的隔离元件，其特征在于，所述燃料喷射装置构造成用于将燃料直接喷射到燃烧室中。
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