DE102004060462A1

DE102004060462A1 - Fuel injection device for internal combustion engine has damping elements of metal foam accommodated at respective connecting points between injector and cylinder head and between fuel rail and injector

Info

Publication number: DE102004060462A1
Application number: DE200410060462
Authority: DE
Inventors: Mark Dipl.-Ing. Feldhues
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2006-03-23

Abstract

The fuel injection device for an internal combustion engine has at least one injector (2) to inject fuel directly into the combustion chamber, and a fuel rail (3) to press the injector at a connecting point (13) against the cylinder head (1). A damping element (14) of metal foam is accommodated at the connecting point between the injector and cylinder head, and an additional damping element (19) of metal foam is accommodated at a second connecting point (18) between the fuel rail and the injector.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an injection device for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Zur Kraftstoffversorgung von Brennkraftmaschinen werden Speichereinspritzsysteme eingesetzt, bei denen mit hohen Einspritzdrücken und schnellen Schaltgeschwindigkeiten gearbeitet wird. Die Speichereinspritzsysteme weisen eine Hochdruckpumpe auf, die den Kraftstoff unter hohem Druck in einen Hochdruckspeicher fördert und vorhält. Aus dem Hochdruckspeicher gelangt der Kraftstoff mittels Injektoren direkt in die Brennräume der Brennkraftmaschine. Die Injektoren werden mit Haltemitteln jeweils an mindestens einer Anschlussstelle gegen den Zylinderkopf gedrückt. Die Injektoren werden von piezoelektrischen oder elektromagnetischen Aktoren betätigt. Durch die Betätigung der Injektoren entstehen Schwingungen, die über die Anschlussstelle in den Zylinderkopf geleitet werden. Diese mechanischen Schwingungen führen zu erheblichen Störgeräuschen, die den Fahrkomfort negativ beeinflussen.to Fuel supply of internal combustion engines are storage injection systems used in those with high injection pressures and fast switching speeds is working. The storage injection systems have a high-pressure pump put the fuel under high pressure in a high-pressure accumulator promotes and holds. From the high-pressure accumulator, the fuel passes through injectors directly into the combustion chambers the internal combustion engine. The injectors are equipped with holding means respectively pressed against the cylinder head at least one connection point. The Injectors are powered by piezoelectric or electromagnetic actuators actuated. By the operation The injectors create vibrations that are transmitted via the connection point in to be directed to the cylinder head. These mechanical vibrations to lead to considerable noise, which negatively affect the ride comfort.

Aus der gattungsbildenden DE 101 26 336 A1 sind Dämpfungselemente bekannt, die an der Anschlussstelle zwischen Injektor und Zylinderkopf angebracht sind. Durch die Dämpfungselemente sollen die Übertragungen von Körperschall von dem Injektor in den Zylinderkopf stark gedämpft werden. Die vorgeschlagenen Materialien für die Dämpfungselemente weisen Dämpfungskonstanten auf, die nur in sehr engen Grenzen variierbar sind und somit eine optimale Anpassung an die relevanten Frequenzbereiche der impulshaften Übertragung der von den Injektoren erzeugten Schwingungen in den Zylinderkopf unmöglich machen.From the generic DE 101 26 336 A1 Damping elements are known, which are attached to the connection point between the injector and the cylinder head. By the damping elements, the transmission of structure-borne noise from the injector in the cylinder head to be strongly attenuated. The proposed materials for the damping elements have damping constants that can be varied only within very narrow limits and thus make optimal adaptation to the relevant frequency ranges of the impulsive transmission of the vibrations generated by the injectors into the cylinder head impossible.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine zur Verfügung zustellen, deren Schwingungsverhalten auf einfache Art so einstellbar ist, dass keine bzw. nur geringe Geräuschemissionen entstehen.task the invention it is in contrast, a Injection device for an internal combustion engine available deliver their vibration behavior in a simple way so adjustable is that no or only low noise emissions arise.

Diese Aufgabe wird durch eine Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is by an injection device for an internal combustion engine with the features of claim 1 solved.

Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine ist gekennzeichnet durch ein Dämpfungselement, das aus Metallschaum besteht. Die Einspritzvorrichtung weist mindestens einen Injektor in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine auf. Der mindestens eine Injektor spritzt den Kraftstoff direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine ein. Ein Haltemittel drückt den Injektor an einer Anschlussstelle gegen den Zylinderkopf. An der Anschlussstelle, zwischen dem Injektor und dem Zylinderkopf, ist ein Dämpfungselement aus Metallschaum untergebracht. Infolge der hochporösen Struktur besitzen Metallschäume sehr gute mechanische und akustische Dämmeigenschaften. Vorteilhafterweise ist die Dämpfungskonstante des Dämpfungselementes aus Metallschaum durch Variation der Porengröße und der verwendeten Werkstoffe einfach beeinflussbar.The Inventive injection device for an internal combustion engine is characterized by a damping element, which consists of metal foam. The injection device has at least one Injector in a cylinder head of the internal combustion engine. The at least an injector injects the fuel directly into a combustion chamber of the Internal combustion engine. A holding means presses the injector at a connection point against the cylinder head. At the junction, between the injector and the cylinder head, is a damping element housed in metal foam. Due to the highly porous structure own metal foams very good mechanical and acoustic insulation properties. advantageously, is the damping constant of the damping element made of metal foam by varying the pore size and the materials used easily influenced.

In Ausgestaltung der Erfindung ist an einer zweiten Anschlussstelle, zwischen dem Haltemittel und dem Injektor, ein weiteres, zweites Dämpfungselement aus Metallschaum untergebracht. Vorteilhafterweise wird eine Übertragung von Schwingungen über das Haltemittel in den Zylinderkopf verhindert.In Embodiment of the invention is at a second connection point, between the holding means and the injector, another, second damping element housed in metal foam. Advantageously, a transmission from vibrations over prevents the holding means in the cylinder head.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Dämpfungselement von einer geschlossenen Hülle umgeben. Vorteilhafterweise führt ein Dämpfungselement aus Metallschaum, das vollständig von einer Hülle umgeben ist, zu einer Steigerung der Festigkeit des Dämpfungselements.In Another embodiment of the invention, the damping element is surrounded by a closed shell. Advantageously leads a damping element made of metal foam that completely from a shell is surrounded, to increase the strength of the damping element.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Metallschaum geschlossenporig ausgeführt. Vorteilhafterweise ist metallischer Schaum mit geschlossenen Poren gasdicht.In Further embodiment of the invention, the metal foam is closed-pore executed. Advantageously, metallic foam with closed pores gas-tight.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Metallschaum offenporig ausgeführt. Vorteilhafterweise sind Dämpfungselemente aus offenporigem Metallschaum, die von einer geschlossenen Hülle umgeben sind, gasdicht.In Another embodiment of the invention, the metal foam is open-pored executed. Advantageously, damping elements made of open-pored metal foam surrounded by a closed shell are, gas-tight.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Haltemittel des Injektors an den Zylinderkopf ein Hochdruckspeicher der Einspritzvorrichtung. Die Einspritzvorrichtung ist in Form eines Speichereinspritzsystems ausgeführt. Der Hochdruckspeicher des Speichereinspritzsystems ist an dem Zylinderkopf befestigt. Vorteilhafterweise spannt der Hochdruckspeicher die Injektoren zwischen die erste Anschlussstelle und die zweite Anschlussstelle ein und versorgt die Injektoren mit Kraftstoff.In Another embodiment of the invention is the retaining means of the injector to the cylinder head, a high-pressure accumulator of the injector. The injection device is in the form of a storage injection system executed. The high pressure accumulator of the accumulator injection system is attached to the cylinder head. Advantageously, the high pressure accumulator biases the injectors the first connection point and the second connection point and supplies the injectors with fuel.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Further Features and combinations of features result from the description as well as the drawings. A concrete embodiment of the invention is shown in simplified form in the drawings and in the following Description explained in more detail.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 ein schematisch vereinfacht dargestellten Teilquerschnitt eines Zylinderkopfes mit Injektor, 1 a schematically simplified partial cross-section of a cylinder head with injector,

2 ein Dämpfungselement in perspektivischer Draufsicht, das aus geschlossenporigem Metallschaum ausgeführt ist und 2 a damping element in a perspective plan view, which is made of closed-cell metal foam and

3 ein Dämpfungselement in perspektivischer Draufsicht, das von einer geschlossenen Hülle umgeben ist. 3 a damping element in a perspective plan view, which is surrounded by a closed shell.

Die 1 zeigt einen schematisch vereinfachten Teilquerschnitt einer erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die einen Zylinderkopf 1 mit einen Injektor 2 aufweist. Der Injektor 2 ist mit einem Hochdruckspeicher 3 eines nicht näher dargestellten Speichereinspritzsystems verbunden und in dem Zylinderkopf 1 angeordnet. Der Zylinderkopf 1 weist zur Aufnahme des Injektors 2 eine erste Öffnung 4 auf. Die erste Öffnung 4 geht über eine erste, ringförmige Auflagefläche 5 in eine kleinere zweite Öffnung 6 über. Die zweite Öffnung 6 verbindet die erste Öffnung 4 mit einem Brennraum 7 der Brennkraftmaschine.The 1 shows a schematically simplified partial cross-section of an injection device according to the invention for an internal combustion engine, the cylinder head 1 with an injector 2 having. The injector 2 is with a high-pressure accumulator 3 connected to a non-illustrated accumulator injection system and in the cylinder head 1 arranged. The cylinder head 1 indicates the inclusion of the injector 2 a first opening 4 on. The first opening 4 goes over a first, annular support surface 5 in a smaller second opening 6 above. The second opening 6 connects the first opening 4 with a combustion chamber 7 the internal combustion engine.

Der Injektor 2 weist im Wesentlichen eine Einspritzdüse 8, einen Injektorkörper 9, einen elektrischen Anschluss 10 und einen Kraftstoffanschluss 11 auf. Der Injektorkörper 9 ist in der ersten Öffnung 4 und die Einspritzdüse 8 ist in der zweiten Öffnung 6 untergebracht. Ein Teil des Injektorkörpers 9, der elektrische Anschluss 10 und der Kraftstoffanschluss 11 ragen aus der ersten Öffnung 4 heraus. Der Injektorkörper 9 weist eine zweite, ringförmige Auflagefläche 12 an dem Übergang zwischen dem Injektorkörper 9 und der Einspritzdüse 8 auf. Die Einspritzdüse 8 ragt in den Brennraum 7 hinein. Die erste, ringförmige Auflagefläche 5 und die zweite, ringförmige Auflagefläche 12 bilden die erste Anschlussstelle 13 in dem Zylinderkopf 1 für den Injektor 2. An der ersten Anschlussstelle 13 ist zwischen der der ersten Auflagefläche 5 des Zylinderkopfes 1 und der zweiten Auflagefläche 12 des Injektors 2 im Zylinderkopf 1 ein erstes Dämpfungselement 14 angeordnet.The injector 2 essentially has an injection nozzle 8th , an injector body 9 , an electrical connection 10 and a fuel connection 11 on. The injector body 9 is in the first opening 4 and the injector 8th is in the second opening 6 accommodated. Part of the injector body 9 , the electrical connection 10 and the fuel connection 11 protrude from the first opening 4 out. The injector body 9 has a second, annular bearing surface 12 at the transition between the injector body 9 and the injector 8th on. The injector 8th protrudes into the combustion chamber 7 into it. The first, annular bearing surface 5 and the second, annular bearing surface 12 form the first junction 13 in the cylinder head 1 for the injector 2 , At the first junction 13 is between the first bearing surface 5 of the cylinder head 1 and the second bearing surface 12 of the injector 2 in the cylinder head 1 a first damping element 14 arranged.

Der Injektor 2 wird zur Halterung gegen den Zylinderkopf 1 gedrückt bzw. gespannt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 übernimmt dies ein Hochdruckspeicher 3. Der Hochdruckspeicher 3 ist Teil der Einspritzvorrichtung, die zur Kraftstoffversorgung der Injektoren 2 dient und auch unter der Bezeichnung Common-Rail bekannt ist. Der Hochdruckspeicher 3 ist an dem Zylinderkopf 1 befestigt und über einen Anschluss 15 mit dem Injektor 2 verbunden. Der Kraftstoffanschluss 11 des Injektors 2 wird in dem Anschluss 15 des Hochdruckspeichers 3 dichtend aufgenommen. Der Injektor 2 weist an dem Übergang von dem Injektorkörper 9 zu dem Kraftstoffanschluss 11 eine dritte, ringförmige Auflagefläche 16 auf. Gegenüberliegend der dritten Auflagefläche 16 weist der Anschluss 15 des Hochdruckspeichers 3 eine vierte, ringförmige Auflagefläche 17 auf. Die dritte Auflagefläche 16 und die vierte Auflagefläche 17 bilden gemeinsam eine zweite Anschlussstelle 18 für den Injektor 2, in der zwischen der dritten Auflagefläche 16 und der vierten Auflagefläche 17 ein zweites Dämpfungselement 19 untergebracht ist.The injector 2 becomes a holder against the cylinder head 1 pressed or cocked. In the embodiment according to 1 this takes over a high-pressure accumulator 3 , The high-pressure accumulator 3 is part of the injector used to fuel the injectors 2 serves and is also known under the name common rail. The high-pressure accumulator 3 is on the cylinder head 1 attached and via a connection 15 with the injector 2 connected. The fuel connection 11 of the injector 2 will be in the port 15 the high-pressure accumulator 3 sealed. The injector 2 indicates at the transition from the injector body 9 to the fuel connection 11 a third, annular bearing surface 16 on. Opposite the third bearing surface 16 has the connection 15 the high-pressure accumulator 3 a fourth, annular bearing surface 17 on. The third bearing surface 16 and the fourth bearing surface 17 together form a second connection point 18 for the injector 2 in which between the third bearing surface 16 and the fourth bearing surface 17 a second damping element 19 is housed.

Somit ergibt sich ein Halte- bzw. Spannverbund für den Injektor 2 in dem Zylinderkopf 1, der ausgehend von der ersten Auflagefläche 5 am Zylinderkopf 1 das erste Dämpfungselement 14, die zweite Auflagefläche 12, die dritte Auflagefläche 16, das zweites Dämpfungselement 19, die vierte Auflagefläche 17 des Anschlusses 15 des Hochdruckspeichers 3, den Hochdruckspeicher 3 und die nicht näher dargestellte Befestigung des Hochdruckspeichers 3 mit dem Zylinderkopf 1 umfasst.This results in a holding or clamping composite for the injector 2 in the cylinder head 1 , starting from the first bearing surface 5 on the cylinder head 1 the first damping element 14 , the second bearing surface 12 , the third bearing surface 16 , the second damping element 19 , the fourth bearing surface 17 of the connection 15 the high-pressure accumulator 3 , the high-pressure accumulator 3 and the fastening, not shown, of the high-pressure accumulator 3 with the cylinder head 1 includes.

Der Injektor 2 erhält über den elektrischen Anschluss 10 ein elektrisches Signal, woraufhin Kraftstoff direkt in den Brennraum 7 der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Durch die Betätigung des Injektors 2 entstehen Schwingungen, die durch das erste Dämpfungselement 14 und das zweite Dämpfungselement 19, zwischen denen der Injektor 2 eingespannt bzw. gepresst im Zylinderkopf 1 aufgenommen ist, elemeniert oder zumindest stark gedämpft werden.The injector 2 gets over the electrical connection 10 an electrical signal, whereupon fuel directly into the combustion chamber 7 the internal combustion engine is injected. By actuating the injector 2 arise vibrations caused by the first damping element 14 and the second damping element 19 between which the injector 2 clamped or pressed in the cylinder head 1 is absorbed, elemeniert or at least strongly dampened.

Die 2 und 3 zeigen in einer perspektivischen Draufsicht beide Dämpfungselemente 14, 19, die aus Metallschaum bestehen. Aus der Schrift Konferenz Einzelbericht: Sonderband der Praktischen Metallographie, Band/Jg. 35, Jahr 2003, Seiten 291 bis 298, sind die Herstellung und die Eigenschaften von derartigen Metallschäumen bekannt. Infolge der hochporösen Struktur weisen metallische Schäume bzw. poröse Metalle eine hohe spezifische Steifigkeit bei einer hohen Festigkeit auf und eignen sich somit als Werkstoff für Dichtungen. Sie besitzen außerdem sehr gute mechanische und akustische Dämmeigenschaften, die den Metallschaum als Werkstoff für die Dämpfungselemente 14, 19 geeignet machen. Durch die Kombination dieser Eigenschaften eignet sich der Metallschaum hervorragend für den Einsatz als Werkstoff für die Dämpfungselemente 14, 19, die gegenüber Schwingungen resistent sind und gleichzeitig eine Dichtwirkung aufweisen sollen.The 2 and 3 show in a perspective plan view both damping elements 14 . 19 made of metal foam. From the writing conference single report: special volume of practical metallography, volume / Jg. 35, year 2003, pages 291 to 298, the production and the properties of such metal foams are known. Due to the highly porous structure, metallic foams or porous metals have a high specific rigidity with a high strength and are therefore suitable as a material for seals. They also have very good mechanical and acoustic insulation properties, the metal foam as a material for the damping elements 14 . 19 make it suitable. The combination of these properties makes the metal foam ideal for use as a material for the damping elements 14 . 19 , which are resistant to vibrations and at the same time have a sealing effect.

Das erste Dämpfungselement 14 an der ersten Anschlussstelle 13 zwischen Injektor 2 und Zylinderkopf 1 verhindert bzw. dämpft eine Übertragung der bei der Betätigung des Injektors 2 entstehenden Schwingungen in den Zylinderkopf 1. Außerdem dichtet das erste Dämpfungselement 14 den Brennraum 7 gegen die Atmosphäre ab.The first damping element 14 at the first junction 13 between injector 2 and cylinder head 1 prevents or dampens a transmission during actuation of the injector 2 resulting vibrations in the cylinder head 1 , In addition, the first damping element seals 14 the combustion chamber 7 against the atmosphere.

Das zweite Dämpfungselement 19 an der zweiten Anschlussstelle 18 zwischen dem Anschluss 15 des Hochdruckspeichers 3 und dem Injektor 2 verhindert bzw. dämpft eine Übertragung der bei der Betätigung des Injektors 2 entstehenden Schwingungen in den Hochdruckspeicher 3 hinein. Das zweite Dämpfungselement 19 dichtet zusätzlich den Kraftstoffanschluss 11 des Injektors 2 gegen den Anschluss 15 des Hochdruckspeichers 3 ab.The second damping element 19 at the second junction 18 between the connection 15 the high-pressure accumulator 3 and the injector 2 prevents or dampens a transmission during actuation of the injector 2 resulting vibrations in the high-pressure accumulator 3 into it. The second damping element 19 additionally seals the fuel connection 11 of the injector 2 against the connection 15 the high-pressure accumulator 3 from.

Die Dämpfungskonstanten der Dämpfungselemente 14, 19 aus Metallschaum ist durch Variation der Porengröße und der verwendeten Werkstoffe einfach beeinflussbar, wodurch auf einfache Art und Weise eine Anpassung an die relevanten Frequenzbereiche zur Schwingungstilgung erfolgen kann.The damping constants of the damping elements 14 . 19 Made of metal foam is easily influenced by varying the pore size and the materials used, which can be done in a simple manner to adapt to the relevant frequency ranges for vibration damping.

In 2 ist das Dämpfungselement 14 bzw. 19 näher dargestellt, das einen ringförmigen Aufbau zeigt. Das Dämpfungselement 14 bzw. 19 weist geschlossene Poren auf. Auf Grund der geschlossen Poren ist das Dämpfungselement 14 bzw. 19 gasundurchlässig.In 2 is the damping element 14 respectively. 19 shown in more detail, showing an annular structure. The damping element 14 respectively. 19 has closed pores. Due to the closed pores is the damping element 14 respectively. 19 gas impermeable.

In 3 ist das Dämpfungselement 14 bzw. 19 ebenfalls näher dargestellt, das einen ringförmigen Aufbau zeigt, wobei zusätzlich eine Hülle 20 das Dämpfungselement 14 bzw. 19 vollständig umgibt. Die Hülle 20 ist mit Metallschaum gefüllt. Die geschlossene Hülle 20 besteht beispielsweise aus einer Kupferlegierung und trägt zu einer Steigerung der Festigkeit des Dämpfungselements 14 bzw. 19 bei. Der Metallschaum in der geschlossenen Hülle 20 des Dämpfungselements ist geschlossenporig oder offenporig ausgeführt.In 3 is the damping element 14 respectively. 19 also shown in more detail, which shows an annular structure, with an additional shell 20 the damping element 14 respectively. 19 completely surrounds. The case 20 is filled with metal foam. The closed shell 20 For example, consists of a copper alloy and contributes to an increase in the strength of the damping element 14 respectively. 19 at. The metal foam in the closed shell 20 the damping element is closed-pored or open-pored.

Die Dämpfungselemente 14 bzw. 19 sind neben der Porengröße und der verwendeten Werkstoffe auch durch die Auswahl von offenen oder geschlossen Poren und/oder einer geschlossenen Hülle 20 individuell konfigurierbar und somit optimal an die unterschiedlichen Anforderungen der ersten Anschlussstelle 13 und der zweiten Anschlussstelle 18 anpassbar.The damping elements 14 respectively. 19 are in addition to the pore size and the materials used also by the selection of open or closed pores and / or a closed shell 20 Individually configurable and thus optimally adapted to the different requirements of the first connection point 13 and the second connection point 18 customizable.

Denkbar sind auch Einspritzvorrichtungen, deren Injektoren mit Spannpratzen oder anderen Haltemitteln gegen den Zylinderkopf gedruckt werden. Dabei können an den Anschlussstellen Dämpfungselemente aus Metallschaum vorgesehen sein.Conceivable are also injectors whose injectors with clamps or other holding means against the cylinder head to be printed. It can At the connection points damping elements be provided of metal foam.

Claims

Injection device for an internal combustion engine having a cylinder head with at least one injector, wherein the at least one injector injects the fuel directly into a combustion chamber of the internal combustion engine and a holding means the injector at a junction against the cylinder head prints, wherein at the junction between injector and cylinder head Damping element is housed, characterized in that the damping element ( 14 ) consists of metal foam.

Injection device according to claim 1, characterized in that at a second connection point ( 18 ), between the holding means and the injector ( 2 ), another, second damping element ( 19 ) is housed in metal foam.

Injection device according to claim 1 or 2, characterized in that the damping element ( 14 ; 19 ) of a closed envelope ( 20 ) is surrounded.

Injection device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the metal foam closed pores accomplished is.

Injection device according to claim 3, characterized in that that the metal foam is open-pored.

Injection device according to claim 1 or 2, characterized in that the holding means of the injector ( 2 ) to the cylinder head ( 1 ) a high-pressure accumulator ( 3 ) of the injector.