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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
mit einem Kurbelgehäuse,
in dem ein von einem Zylinderkopf nach oben abgeschlossener Brennraum
gebildet ist, wobei an dem Zylinderkopf ein Kraftstoffinjektor zur
Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum gelagert ist, wobei
der Kraftstoffinjektor in einem Gehäuse einen Aktuator sowie ein
Ventilelement umfasst.
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Aus
der
DE 199 47 071
A1 ist ein Kraftstoffinjektor zum Einbau in einen Zylinderkopf
einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem in einem so genannten
Injektorkörper
eine Einspritzdüse,
ein Servoventil sowie ein Aktor gelagert sind. Zwischen dem Aktor bzw.
dessen Gehäuse
und dem Injektorkörper
ist ein Element, insbesondere eine Einlegescheibe aus einem schwingungsdämpfenden
Werkstoff vorgesehen. Als schwingungsdämpfender Werkstoff ist hierbei
Teflon oder Graphit ausgewählt.
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In
der
DE 100 57 495
A1 ist ein Kraftstoffinjektor eines Einspritzsystems einer
Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem innerhalb eines Injektorgehäuses eine
Aktoreinheit zur Betätigung
eines Ventilgliedes vorgesehen ist. Dabei sind zwischen Aktoreinheit
und Gehäuse
mehrere Dämpfungsscheiben
aus einem schwingungsdämpfenden
Werkstoff, insbesondere aus einem Keramik-, Kunststoff- oder Metallschaum-Material
angeordnet, um Schwingungen des Aktors zu dämpfen.
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Die
DE 101 32 756 A1 offenbart
schließlich eine
Kraftstoffeinspritzvorrichtung für
eine Diesel-Brennkraftmaschine,
insbesondere ein Pumpe-Düse-Element
oder einen Common-Rail-Injektor. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung
umfasst in einem (Injektor-)Gehäuse
ein Stellglied (Aktuator) und gegebenenfalls einen Zwischenträger, wobei
das (Injektor-)Gehäuse
oder der Zwischenträger
als Stützglied für das Stellglied
dient. Hierbei ist vorgesehen, über ein
Stützglied
aus einem quasi starren Material mit hoher Eigendämpfung das
Stellglied dämpfend
zu lagern. Als Material mit hoher Eigendämpfung sind Metallschäume, Keramiken
oder faserverstärkte
Kunststoffe bzw. entsprechende Verbundmaterialien vorgesehen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demgegenüber, eine
Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei
der auf kostengünstige
Weise eine besonders wirksame Bedämpfung eines Kraftstoffinjektors
erreicht wird.
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Die
Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den in Anspruch 1
angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Kennzeichnend
für die
erfindungsgemäße Brennkraftmaschine
ist es, dass zwischen dem Gehäuse
des Kraftstoffinjektors und dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine
ein Dämpfungselement,
insbesondere ein metallisches Formpressteil zur Schwingungsdämpfung angeordnet
ist. Das Formpressteil ist bevorzugt aus mehreren einzelnen metallischen
Teilelementen, insbesondere Körnern,
Partikeln, Drahtstücken,
Spänen,
Fäden oder
Kristallen zusammengesetzt und unter hohem Druck zu einem formstabilen
Körper
verpresst. Es ist bevorzugt an einer oder mehreren Krafteinleitungsflächen zwischen dem
Gehäuse
des Kraftstoffinjektors einerseits und dem vorzugsweise gegossenen
Zylinderkopf andererseits angeordnet. Dadurch kann das Formpressteil
nach Form und Größe besser
an die Schwingungsdämpfungserfordernisse
der Brennkraftmaschine angepasst sein als ein innerhalb eines Injektorgehäuses positioniertes
Dämpfungselement.
Metallische Formpressteile sind steif und robust ausführbar, sodass
neben guten Dämpfungseigenschaften
eine ausreichende Einbauspannung auch nach einem Aus- und Wiedereinbau
eines Injektors sowie geringe Toleranzen sicherzustellen sind.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein metallisches Formpressteil
ein Gestrick, Gewebe oder Gewirke aus einem Metalldraht. Ein derartiger
Aufbau ermöglicht
eine besonders hohe Formstabilität
des Formpressteils. Die eng aneinander liegenden Drähte des
Gestricks, Gewebes oder Gewirkes weisen eine besonders starke Dämpfungswirkung
auf, die insbesondere aus der Coulomb'schen Reibung an den Berührungspunkten
der Drähte
resultiert.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind an mehreren Krafteinleitungsstellen
zwischen Kraftstoffinjektor und Zylinderkopf mehrere Dämpfungselemente,
insbesondere in Form metallischer Formpressteile angeordnet. Vorzugsweise
sind an sämtlichen
Berührungsflächen zwischen
Kraftstoffinjektor und Zylinderkopf Formpressteile angeordnet, um eine
vollständige
Abkoppelung des Kraftstoffinjektors vom Zylinderkopf zu erzielen.
Ein zwischen Kraftstoffinjektor und Zylinderkopf bestehender Körperschallpfad
wird wirkungsvoll unterbrochen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist mit Hilfe eines metallischen
Formpressteils eine axiale und/oder radiale Abstützung des Kraftstoffinjektors
gegen den Zylinderkopf realisiert. Ein erfindungsgemäßes Formpressteil
lässt sich
bevorzugt als Hülse
oder Ring mit einem radial abragenden Flansch ausgestalten, sodass
sowohl eine axiale als auch eine radiale Abstützung erzielbar ist. Bei Verwendung
mehrerer gesonderter Formpressteile kann eines zur axialen, und
ein anderes zur radialen Abstützung
des Kraftstoffinjektors herangezogen werden.
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In
noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein metallisches Formpressteil
formschlüssig
in den Zylinderkopf eingesetzt, insbesondere ist es in den Zylinderkopf
eingegossen. Auf diese Weise sind eines oder mehrere Formpressteile
verliersicher und fest in den Zylinderkopf integrierbar.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein metallisches Formpressteil
stoff-, form- und/oder kraftschlüssig
außenseitig
an dem Gehäuse
des Kraftstoffinjektors festgelegt. Damit ist eine verliersichere,
lagestabile und toleranzfreie Positionierung des Formpressteils
am Injektor gewährleistet.
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Obige
sowie weitere Vorteile, Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen
des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der anschließenden Beschreibung
und den Zeichnungen. Darin zeigen:
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1 einen
Schnitt durch den Zylinderkopf einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
im Bereich eines Kraftstoffinjektors;
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2 ein erstes Detail W der Lagerung des Kraftstoffinjektors
nach 1;
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3 ein zweites Detail X der Lagerung des Kraftstoffinjektors
nach 1;
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4 ein drittes Detail Y der Lagerung des Kraftstoffinjektors
nach 1; und
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5 ein viertes Detail Z der Lagerung des Kraftstoffinjektors
nach 1.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs,
insbesondere eine als mehrzylindriger Hubkolben-Verbrennungsmotor
ausgestaltete Brennkraftmaschine (z.B. Personenkraftwagen-Ottomotor).
Die Brennkraftmaschine umfasst einen Motorblock, in dem in nicht
dargestellter Weise zylindrische Bohrungen zur Führung beweglicher Kolben vorgesehen
sind, wobei die Bohrungen zur Bildung von Brennräumen 1a nach oben mit
einem an sich bekannten Zylinderkopf 1 abgeschlossen sind
(vgl. 1). Die Kolben übertragen Kräfte auf
eine am Motorblock gelagerte Kurbelwelle, an der das Motorabtriebsmoment
abzunehmen ist.
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Die
Brennkraftmaschine umfasst ferner ein Kraftstoffeinspritzsystem
mit je einem in dem Zylinderkopf 1 gelagerten Kraftstoffinjektor 2 pro
Brennraum. Der Kraftstoffinjektor 2 ist bezogen auf eine Hauptachse 1b des
jeweiligen Brennraums 1a mittig und achsparallel angeordnet
und derart positioniert, dass er durch eine Bohrung 1c in
den Brennraum 1a hinein ragt. Entsprechend lässt sich
der Kraftstoff mittels des Kraftstoffinjektors 2 direkt
in den Brennraum 1a einspritzen. Die beispielhaft gewählte Ausführungsform
bezieht sich dabei auf eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit
Direkteinspritzung (Otto-DE-Motor), mit der alle Arten von Homogen- und/oder
Schichtladebetrieb durchführbar
sind. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist eine selbstzündende Brennkraftmaschine
vorgesehen, die nach dem Dieselprozess arbeitet.
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Der
Kraftstoffinjektor 2 umfasst in nicht näher dargestellter Weise ein
Düsenelement,
ein Ventilelement und einen Aktuator, die bevorzugt in einem gemeinsamen
Gehäuse
untergebracht sind. Als Aktuator ist insbesondere ein piezoelektrisch
arbeitendes Stellelement vorgesehen, welches über eine entsprechende elektrische
Ansteuerung eine Ausdehnung erfährt,
die zum Ansteuern des Ventilelements genutzt wird.
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Der
Kraftstoffinjektor 2 ist mit seinem Gehäuse in eine Aufnahmebohrung 1d seitens
des Zylinderkopfes 1 eingesetzt und dort möglichst
steif und unbeweglich fixiert. Hierzu ist eine Abdeckung 3 vorgesehen,
die fest mit dem Zylinderkopf 1 verschraubt ist und den
Kraftstoffinjektor 2 von oben in die Aufnahmebohrung 1d drückt.
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Im
Betrieb entstehen insbesondere durch die Bewegungen des Aktuators
innerhalb des Gehäuses des
Kraftstoffinjektors 2 (Schaltzeiten unterhalb von 200 μs) mehr oder
weniger hochfrequente Schwingungen, die sich in Folge von Interaktionen
im System „Kraftstoffinjektor" in einem sehr breiten
Frequenzbereich (0 bis 10 kHz) bewegen. Diese Schwingungen des Kraftstoffinjektors
werden unvermeidlich als Körperschall
auf den Zylinderkopf 1 übertragen, von
dort weitergeleitet an andere Stellen des Motorblocks und schließlich als
Luftschall an die Umgebung abgestrahlt.
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Zur
Vermeidung bzw. Verminderung der Übertragung von Körperschall
vom Kraftstoffinjektor 2 auf den Zylinderkopf 1 sind
erfindungsgemäß mehrere
hauptsächlich
auf Druck beanspruchte Dämpfungselemente
in Form metallischer Formpressteile 4, 5, 6 und 7 zwischen
dem Gehäuse
des Kraftstoffinjektors 2 und dem Zylinderkopf 1 eingesetzt.
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Ein
metallisches Formpressteil ist bevorzugt vollständig aus einem Gestrick, Gewebe
oder Gewirke aus einem oder mehreren Metalldrähten hergestellt. Dabei können selbstverständlich je
nach Art der Beanspruchung des Formpressteils das Material der Metalldrähte (z.B.
Edelstahl-Legierungen) ebenso wie deren Länge, Stärke und Verflechtungsgrad variiert
werden. Auch die Dichte des jeweiligen Formpressteils kann durch
eine Anpassung des Umform- und Komprimierungsgrades bei der Herstellung
eingestellt werden. Dabei gilt grundsätzlich, dass gegebenenfalls
im Versuch ein Kompromiss zwischen möglichst steifer Fixierung des
Kraftstoffinjektors 2 und optimaler Bedämpfung der Schwingungen ermittelt
werden muss, wobei an Stellen hoher Spannungsbelastung (vgl. Details
W und Z) eine steifere Fixierung und an Stellen niedrigerer Spannungsbelastung
(vgl. Details X und Y) eine höhere
Dämpfungswirkung
vorzusehen ist. Entsprechend sind an unterschiedlichen Stellen des
Kraftstoffinjektors 2 Formpressteile mit unterschiedlichen
Steifigkeits- und Dämpfungswerten
(beispielsweise resultierend aus unterschiedlichen Zusammensetzungen und/oder
Dichten der Formpressteile) einsetzbar.
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In 2a und 2b ist
ein erstes Detail W veranschaulicht, in dem die Abdeckung 3 sowie
ein oberer Teil des Kraftstoffinjektors 2 erkennbar sind. Im
Bereich der Krafteinleitungsflächen 2a und 3a zwischen
Kraftstoffinjektor 2 und Abdeckung 3 ist ein erstes
Dämpfungselement 4 eingebaut,
welches zur axialen Abstützung
des Kraftstoffinjektors 2 vorgesehen ist. Hierzu zeigt 2b die
vorzugsweise kreisringförmige
Querschnittsgestalt des ersten Dämpfungselements 4.
Optional ist das Dämpfungselement 4 kraft-
und/oder stoffschlüssig
außenseitig
an dem Gehäuse
des Kraftstoffinjektors festgelegt.
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In 3a und 3b ist
ein zweites Detail X veranschaulicht, in dem der Zylinderkopf 1 sowie
ein mittlerer Teil des Kraftstoffinjektors 2 erkennbar
sind. Den Kraftstoffinjektor 2 umschließend ist ein zweites Dämpfungselement 5 eingebaut,
welches hauptsächlich
zur radialen Abstützung
des Kraftstoffinjektors 2 vorgesehen ist. Hierzu zeigt 3b schematisch
die vorzugsweise kreisringförmige
Querschnittsgestalt des zweiten Dämpfungselements 5. Das
zweite Dämpfungselement 5 ist
ebenso als insbesondere metallisches Formpressteil wie das erste Dämpfungselement 4,
jedoch geringfügig
elastischer als das erste Dämpfungselement 4 ausgeführt. Das zweite
Dämpfungselement 5 ist
zumindest einseitig über
seinen kreisringförmigen
Flansch formschlüssig am
Zylinderkopf festgelegt.
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In 4a und 4b ist
ein drittes Detail Y veranschaulicht, in dem der Zylinderkopf 1 sowie
ein mittlerer Teil des Kraftstoffinjektors 2 erkennbar
sind. Den Kraftstoffinjektor 2 umgreifend ist ein drittes Dämpfungselement 6 eingebaut,
welches hauptsächlich
zur radialen Abstützung
des Kraftstoffinjektors 2 vorgesehen ist. Hierzu zeigt 4b schematisch
die vorzugsweise kreisringförmige
Querschnittsgestalt des zweiten Dämpfungselements 6, welches
als in axialer Richtung durchbrochene Hülse gestaltet ist. In den Durchbruch
seitens des Dämpfungselements 6 ist
ein Spann- bzw.
Sicherungselement 6a eingepresst, welches das Dämpfungselement 6 optional
unter eine einstellbare Umfangsspannung setzt. Das dritte Dämpfungselement 6 ist als
metallisches Formpressteil ausgebildet und formschlüssig in den
Zylinderkopf 1 eingesetzt oder in den Zylinderkopf eingegossen
oder stoffschlüssig
mit dem Zylinderkopf verbunden.
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In 5a und 5b ist
ein viertes Detail Z veranschaulicht, in dem der Zylinderkopf 1 sowie
ein unterer Teil des Kraftstoffinjektors 2 dargestellt
sind. Den Kraftstoffinjektor 2 umschließend ist ein viertes Dämpfungselement 7 eingesetzt,
welches hauptsächlich
zur axialen Abstützung
des Kraftstoffinjektors 2 vorgesehen ist. Hierzu zeigt 5b schematisch
die vorzugsweise kreisringförmige
Querschnittsgestalt des vierten Dämpfungselements 7, welches
in der Art eines O-Rings gestaltet ist. Das vierte Dämpfungselement 7 ist
wiederum als vergleichsweise steifes, metallisches, aus einem Edelstahlgeflecht
oder -gestrick hergestelltes Formpressteil ausgeführt und
in die Aufnahmebohrung 1d des Kraftstoffinjektors 2 relativ
lose eingesetzt. Beim Einbau des Kraftstoffinjektors 2 in
die Aufnahmebohrung 1d wird das vierte Dämpfungselement 7 an
der trichterförmigen
Unterseite der Aufnahmebohrung 1d zentriert und dort abgestützt.
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Die
Merkmale der lediglich beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
lassen sich nahezu beliebig miteinander kombinieren, sodass sich
weitere vorteilhafte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben können.