CN106640463A - 燃料喷射装置的脱耦元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种根据本发明的用于燃料喷射装置的脱耦元件，其特征在于，实现了低噪声的结构。燃料喷射装置包括至少一个燃料喷射阀(1)和在气缸盖(9)中用于燃料喷射阀(1)的接收孔(20)，并且包括位于燃料喷射阀(1)的阀壳体(22)和接收孔(20)的壁之间脱耦元件。脱耦元件构造成由在接收孔(20)肩部(23)上轮廓化的弹簧支承座(25)和装配在肩部(23)上的弹簧盘(26)构成的脱耦系统。燃料喷射装置尤其适用于将燃料直接喷射到压缩混合气的外源点火式内燃机的燃烧室中。

Description

燃料喷射装置的脱耦元件
技术领域
本发明涉及一种用于燃料喷射装置的脱耦元件。
背景技术
在图1中示例地示出了一种在现有技术中已公开的燃料喷射装置，在该燃料喷射装置中，偏平的中间元件设置在装入内燃机气缸盖的接收孔中的燃料喷射阀上。以已知的方式，这种中间元件作为以垫圈形式构成的支撑元件放在气缸盖的接收孔的肩部上。借助这种中间元件补偿制造公差和装配公差，并且在燃料喷射阀稍微倾斜时也确保了无横向力的支承。该燃料喷射装置尤其适用于在压缩混合气的外源点火式内燃机的燃料喷射设备中的使用。
另一种用于燃料喷射装置的简单中间元件已经由DE 101 08 466 A1公开。该中间元件是具有圆形横截面的垫圈，该垫圈布置在燃料喷射阀和气缸盖中的接收孔的壁都呈截锥形延伸的区域中，并且用作用于支承和支撑燃料喷射阀的调整元件。
此外，这些用于燃料喷射装置的较复杂且在制造中费用明显较高的中间元件也由DE 100 27 662 A1、DE 100 38 763 A1和EP 1 223 337 A1公开。这些中间元件的特征在于，它们全部是多部件或者多层地安装并且部分承担密封功能和减振功能。
由DE 100 27 662 A1公开的中间元件包括基体和支架，由燃料喷射阀的喷油嘴体穿过的密封件被放入该支架中。DE 100 38 763 A1公开了一种包括两个刚性环和布置成夹在它们之间的弹性中间环的多层调整元件。该调整元件既可以实现燃料喷射阀在较大角度范围上相对于接收孔的轴线的倾斜，又可以实现燃料喷射阀从接收孔的中轴线径向推移出来。
同样多层的中间元件也由EP1 223 337 A1公开，其中，该中间元件包括具有减振材料的多个垫圈。在此这样选择和设计由金属、橡胶或者PTFE制成的减振材料，使得可以衰减由燃料喷射阀的运行产生的振动和噪声。但是，中间元件为此必须包括四到六层，以便达到希望的减振效果。
此外，为了减小噪声扩散，US 6,009,856 A提出，用套筒包围燃料喷射阀，并且用弹性的噪声衰减物质来填充形成的中间室。但是，这种噪声衰减花费非常高、装配不方便并且成本大。
发明内容
根据本发明的具有权利要求1特征的用于燃料喷射装置的脱耦元件具有这样的优点，即以特别简单的结构实现改进的噪声衰减。根据本发明，脱耦元件具有近似双线性或者说非线性的、累进的弹簧特性曲线，通过该弹簧特性曲线，在将脱耦元件装入具有用于燃料直接喷射的喷射器的燃料喷射装置中时得到多个积极且有利的方面。脱耦元件在怠速点上的小刚度可以实现燃料喷射阀与气缸盖的有效脱耦，由此在噪声临界的怠速运行中明显减小了由气缸盖发射出的噪声。在额定系统压力下的大的刚度使得燃料喷射阀在车辆运行期间发生总体小的运动，由此一方面保障了用作燃烧室密封件和相对于燃料轨的密封件的密封圈的可保持性，另一方面保障了燃烧室内的燃料喷雾的稳定喷射点，这对于一些燃烧过程的稳定性来说至关重要。
脱耦元件的特征在于非常小的结构高度，由此，即使在类似标准盘形弹簧的小安装空间中也可以放入该脱耦元件。此外，即使在温度高的情况下，脱耦元件也具有大的疲劳强度。对于脱耦元件来说需要在制造技术上可非常简单并且低成本及大批量地、工艺可靠地、可再生产地制造的作为唯一构件的弹簧盘。接收孔的在用作弹簧支承座的、轮廓化的肩部区域中的加工同样可以较简单地用已知的工具实现。此外可以简单且快速地装配或者拆卸由燃料喷射阀和脱耦元件构成的整个悬置系统。
权利要求1中提出的脱耦元件的有利进扩展方案和改进方案能够通过在从属权利要求中列举的措施来实现。
特别有利的是，为了在弹簧支承座和弹簧盘之间形成气隙而进行弹簧支承座的轮廓化(konturieren)。在此，弹簧支承座能够以有利的方式在其端面上具有上台阶，或者接收孔的肩部的面向弹簧盘的上侧实施有呈锥形或者说圆锥形延伸的端面或者球形地凸形拱曲的端面。脱耦元件的设计以这样的方式进行，即在不损害脱耦作用或者在弹簧盘上不产生过高的塑性变形的情况下可以稍微改变气隙的高度。此外，这种设计策略以有利的方式在整个使用寿命中，在污染现象方面引起改进的构造耐用性。
附图说明
在附图中简化地示出本发明的实施例，并且在下面描述中进一步阐释。附图：
图1示出部分示出的、具有盘形中间元件的已知实施方式中的燃料喷射装置，
图2示出在燃料直接喷射时将燃料喷射阀支撑在气缸盖中的机械等效图，该机械等效图描述了常见的弹簧-质量-减振器系统，
图3示出图2中示出的、具有在处于共振频率fR的范围中的低频情况下的放大和在脱耦频率fE之上的隔离区域的弹簧-质量-减振器系统的传递特性，
图4根据本发明的脱耦元件在图1中示出的盘形中间元件的区域中在燃料喷射阀上的装配情况的横截面图，和
图5和6以细节剖视图示出脱耦元件的两个替代实施方式。
具体实施方式
为了理解本发明，下面根据附图1进一步描述燃料喷射装置的已知实施例。在附图1中作为实施方式，以侧视图示出以用于压缩混合气的外源点火式内燃机的燃料喷射设备的喷射阀1形式实现的阀。燃料喷射阀1是燃料喷射装置的一部分。用下游端部将以将燃料直接喷入内燃机燃烧室17中的直接喷射式喷射阀的形式实现的燃料喷射阀1装入气缸盖9的接收孔20中。密封圈2，尤其是由TeflonTM制成的密封圈，负责使燃料喷射阀1相对于气缸盖9的接收孔20的壁优化地密封。
在阀壳体22的台阶21和接收孔20的垂直于接收孔20的纵向延伸部延伸的肩部23之间装入扁平的实施成垫片形式的支撑元件的中间元件24。借助这种中间元件24来补偿制造和装配公差，并且即使在燃料喷射阀1稍微倾斜时也能确保无横向力地支承。
燃料喷射阀1在其流入侧的端部3上具有通到燃料分配管路(燃料轨)4中的插接连接部，该插接连接部通过密封圈5密封在燃料分配管路4的以剖面示出的连接短管6和燃料喷射阀1的流入接管7之间。燃料喷射阀1插入燃料喷射分配管路4的连接短管6的接收孔12中。在此，连接短管6例如一件式地来自真正的燃料分配管路4并且在接收孔12的上游具有直径较小的通流孔15，通过该通流孔进行燃料喷射阀14的入流。燃料喷射阀1具有用于电接触的电连接插头8，以便操作燃料喷射阀1。
为了使燃料喷射阀1和燃料分配管路4很大程度上无径向力地相互隔开并且将燃料喷射阀1可靠地压紧在气缸盖9的接收孔20中，在燃料喷射阀1和连接短管6之间设置压紧装置10。压紧装置10实施成弓形构件，例如冲压-弯曲件。压紧装置10具有部分环形的基本元件11，压紧弓形构件13从该基本元件11弯曲地延伸出来，该压紧弓形件13在已装入的状态下贴靠在燃料分配管路4上的连接短管6的下游端面14上。
本发明的任务在于，相对于已知的中间元件解决方案，以简单的方式通过中间元件24的有目的的设计和几何形状来实现首先在噪声临界的怠速运行时的改进的噪声衰减。燃料喷射阀1在进行直接高压喷射时的决定性噪声源是在阀运行期间传入气缸盖9中的力(固体声)，这些力导致气缸盖9的结构激励并且作为空气声从气缸盖发射出。因此，为了改进噪声，应当力求使传入气缸盖9中的力最小化。除了减小由于喷射引起的力之外，还可以通过影响燃料喷射阀1和气缸盖9之间的传递特性来实现力的最小化。
在机械方面，燃料喷射阀1在气缸盖9的接收孔20中在被动的中间元件24上的支承可以被描绘为传统的弹簧-质量减振器系统，如图2所示。在此，气缸盖9的质量M相对于燃料喷射阀1的质量m而言能够以第一近似假定为无穷大。这种系统的传递特性的特征为，在共振频率fR的区域中在低频情况下放大和在脱耦频率fE以上具有隔离区域(参见附图3)。
本发明的目的是，在首先使用弹性隔离(脱耦)来减少噪声尤其在车辆的怠速运行中的情况下设计中间元件24。在此，本发明一方面包括在考虑以可变的运行压力进行燃料直接喷射时的典型要求和边界条件的情况下限定和设计合适的弹簧特性曲线，另一方面包括设计中间元件24，该中间元件能够反映这样限定的弹簧特性曲线的特征，并且可以通过选择简单的几何参数来匹配于喷射系统的特定边界条件。
除了小的安装空间之外，由于在发动机运行期间限制燃料喷射阀1的允许的最大运动，还使借助根据本发明的脱耦系统的小弹簧刚度c进行的燃料喷射阀1与气缸盖9的脱耦变困难，该脱耦系统由轮廓化的弹簧支承座25和弹簧盘26形成。在车辆中典型地出现下面的准静态负载状态：
1.在装配以后通过压紧装置10施加的静态压紧力FNH，
2.在怠速运行压力下存在的力FL，及
3.在额定系统压力下存在的力FSys。
作为中间元件24的传统支撑元件在所述的力区域中具有线性弹簧特性曲线。这造成，中间元件24的刚度在怠速运行时力求达到的脱耦点中必须遵循燃料喷射阀1的在上面定义的最大允许运动，该刚度对于有效脱耦来说太大。因为额定运行压力未来也许将进一步升高，因此这个问题将会更严重。
为了解决该冲突，根据本发明提出一种用于脱耦系统25、26的近似双线性的弹簧特性曲线。这种弹簧特性曲线的特性使得能够在怠速运行时借助小弹簧刚度(SNVH)实现噪声脱耦，并且能够通过快速增大的刚度在怠速压力和系统压力之间遵守燃料喷射阀1的最大运动。
为了能够在燃料直接喷射的典型边界条件(燃料喷射阀1的小的安装空间、大的力、小的总运动)的情况下以简单且低成本的方式实现近似双线性的弹簧特性曲线，脱耦系统根据本发明由轮廓化的弹簧支承座25和一个弹簧盘26构造，其中，尤其通过弹簧盘26和其特殊的几何设计来产生希望的弹簧特性曲线。
在图4中示出了根据本发明的脱耦系统在图1中所示的盘形中间元件24区域中装入到燃料喷射阀1上的情况的横截面，其中，中间元件24由根据本发明的由弹簧支承座25和弹簧盘26构成的单元代替。
脱耦系统的弹性由弹簧盘26在轴向负载时的弯曲得到。在汽油直接喷射情况下系统压力增大时，轴向作用到燃料喷射阀1上的静态压力负荷也升高(在最大情况下直至4kN)。用传统的标准盘形弹簧在给定安装空间情况下不存在既充分满足刚度要求又充分满足强度要求的设计。在系统压力、发动机负荷和/或车辆速度较高时，发动机噪声和行驶噪声或者说滚动噪声盖过了由喷射系统引起的噪声。因此，从声学观点出发，仅到对于怠速来说典型的系统压力为止需要弹性脱耦。在根据本发明的情况下弹簧盘26的设计例如直至达到约2kN的轴向负荷。直至该负荷点为止在弹簧盘26中引起的机械应力仍位于负载极限以下。在负荷更高时，弹簧盘26的下侧与弹簧支承座25的端面28的上台阶27接触，该弹簧支承座在取消任何附加构件的情况下通过接收孔20的肩部23直接在气缸盖9中形成。台阶27在接收孔20的肩部23上实施成相对于其他平坦端面28稍微突出的环形凸起。由弹簧盘26与轮廓化的弹簧支承座25一起构成的作为脱耦系统的复合结构的刚性明显高于弹簧盘26本身的刚性。在负载继续升高时，弹簧盘26仅稍微变形，并且应力也仅在边缘上升高。以这种方式避开了刚度问题。
该脱耦系统的已提及的、近似双线性的弹簧特性曲线的拐点通过在弹簧支承座25上的上台阶27和弹簧盘26的下侧之间的气隙来确定。弹簧盘26这样设计，使得在脱耦作用所需要的力F1和当弹簧盘26和弹簧支承座25在台阶27的区域中发生接触时的力F2之间产生尽可能大的差值。F2又不允许大于在弹簧盘26中达到最大允许应力时的力Fmax。因此，F1＜＜F2≤Fmax。
通过这种设计达到了，在不损害脱耦作用或者在弹簧盘26上不产生过大塑性变形的情况下可以稍微改变气隙的高度。以此，在制造脱耦系统的构件时对气隙的公差要求处于通常范围内，并且在制造时不需要高成本的特殊加工方法。此外，这种设计策略以有利的方式在整个使用寿命中，在污染现象方面引起改进的构造耐用性。
在第一实施方式中，弹簧盘26在径向内端部区域中在其上侧具有实施成球形的凸形拱曲区段29。如图5和6获悉的那样，区段29也可以很大程度呈锥形地延伸。与锥形的、或者如图4所示那样同样凸形拱曲的阀壳体面21一起产生可摆动或者可倾斜的用于公差补偿的连接。在燃料喷射阀1和接收孔20之间在制造波动的允差范围内错开的情况下，燃料喷射阀1可以稍微倾斜。通过燃料喷射阀1和弹簧盘26之间的可摆动连接会很大程度避免在燃料喷射阀1倾斜时产生的横向力。
在图5和6中以详细剖视图示出了脱耦元件的两个替代实施方式。在此明显的是，弹簧支承座25在其轮廓化的上端面28上取代台阶27上而可以具有其它的几何构造或形状。因此在根据图5的实施例中，肩部23的阶梯式端面28由锥形或者说圆锥形地延伸的端面28来代替。该实施例的优点是可非常简单地制造。此外，在压实的情况下产生了更好的支承，因为不会通过边缘导致应力过高。
在根据图6的实施方式的情况下设置了球形地凸形拱曲的端面28。通过弹簧支承座25的端面28的球形实施方式，通过在弹簧盘26压紧时支承线的半径逐渐减小，实现了刚度的连续升高。在该情况下，图4中示出的脱耦元件的很大程度呈双线性的特性曲线由无拐点的、非线性的、累进地升高的弹簧特性曲线取代，该弹簧特性曲线在一些应用情况中可以是特别有利的。

Claims (7)

1.用于内燃机燃料喷射设备的尤其用于将燃料直接喷射到燃烧室中的燃料喷射装置的脱耦元件，其中，所述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)的接收孔(20)，并且所述脱耦元件装入在所述燃料喷射阀(1)的阀壳体(22)和所述接收孔(20)的壁之间，其特征在于，所述脱耦元件是由在所述接收孔(20)的肩部(23)上轮廓化的弹簧支承座(25)和放置在所述肩部(23)上的弹簧盘(26)构成的脱耦系统。
2.根据权利要求1所述的脱耦元件，其特征在于，所述弹簧支承座(25)在所述肩部(23)的面向所述弹簧盘(26)的端面(28)上的轮廓化设置成用于在弹簧支承座(25)和弹簧盘(26)之间形成气隙。
3.根据权利要求2所述的脱耦元件，其特征在于，所述弹簧支承座(25)在该弹簧支承座的端面(28)上具有上台阶(27)，该台阶是相对于其它平坦端面(28)突出的环形凸起。
4.根据权利要求2所述的脱耦元件，其特征在于，所述弹簧支承座(25)在面向所述弹簧盘(26)的上侧上具有锥形或者说圆锥形地延伸的端面(28)。
5.根据权利要求2所述的脱耦元件，其特征在于，所述弹簧支承座(25)在面向所述弹簧盘(26)的上侧上具有球形地凸形拱曲的端面(28)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的脱耦元件，其特征在于，所述弹簧支承座(26)在该弹簧支承座的上侧上在径向内端部区域中具有实施成球形的凸形拱曲的区段(29)或呈圆锥形延伸的区段(29)，所述弹簧盘(26)通过该区段与所述燃料喷射阀(1)建立能摆动或能倾斜的连接，用于公差补偿。
7.根据前述权利要求中任一项所述的脱耦元件，其特征在于，用于所述燃料喷射阀(1)的所述接收孔(20)构造在气缸盖(9)中。
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