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Für die Anmeldung
wird die Priorität
der am 15. Dezember 2006 eingereichten
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2006-0128715 beansprucht, deren
gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
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Die
Erfindung betrifft eine Injektorklemme für ein Fahrzeug, und insbesondere
eine Injektorklemme in der Form einer Blattfeder zum Befestigen
eines piezoelektrischen Injektors eines Benzinmotors.
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Wie
aus dem Stand der Technik bekannt, ist ein Injektor, der in einer
Brennkammer eines Direkteinspritzmotors installiert ist, häufig mit
einer Injektorklemme ausgestattet, welche den Injektor gegen Reaktionskräfte und
Explosionsdruck in der Brennkammer fest sichert.
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Wenn
die Injektorklemme bei einem Dieselmotor angewendet wird, stützt diese
den Injektor fest ab, wie in 6 gezeigt
ist.
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7 ist
eine schematische Ansicht, die ein Wirkprinzip einer herkömmlichen
Injektorklemme zeigt, wobei ein Injektor in eine Injektoreinsetzöffnung eines
Zylinderkopfes eingesetzt und durch die Injektorklemme nach unten
gedrückt
wird.
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Ein
Auflagepunkt ist zwischen der unteren Fläche eines distalen Endes der
Injektorklemme und der dementsprechenden oberen Fläche des
Zylinderkopfes vorgesehen. Wenn die Injektorklemme an dem Auflagepunkt
mittels eines Bolzens (nicht gezeigt) an dem Zylinderkopf befestigt
ist, drückt
die Injektorklemme durch das Hebelgesetz den Injektor nach unten.
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Hierbei
nimmt die Injektorklemme eine Reaktionskraft von dem Injektor auf.
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Da
die Injektorklemme eine große
Reaktionskraft von dem Injektor aufnimmt, wenn der Druck während der
Kraftstoffeinspritzung und durch eine Explosion in der Brennkammer
erhöht
wird, ist die Axialkraft eines Befestigungsbolzens derart ausgelegt,
dass einer Reaktionskraft ausreichend standgehalten werden kann.
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Das
heißt,
die Position des Auflagepunktes an der oberen Fläche des Zylinderkopfes, die
festgelegte Position des Befestigungsbolzens der Injektorklemme
und die Kraft der Injektorklemme, die den Injektor durch die Axialkraft
des Befestigungsbolzens nach unten drückt, werden bestimmt.
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Dementsprechend
ist die Injektorklemme stark genug ausgelegt, um Knick- und/oder
Biegekräften
durch die Reaktionskraft von dem Injektor standzuhalten, und die
Injektorklemme wird bei ihrer Gestaltung als ein fester Körper angenommen.
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Hier
ist die Kraft, mit welcher die Injektorklemme den Injektor nach
unten drückt,
etwa 7,000 bis 10,000 N, und die Dicke der Injektorklemme ist mehr
als 10 mm.
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Die
herkömmliche
Injektorklemme kann bei einem Injektor für einen Dieselmotor mit einer
Axialkraft von mehr als 7,000 bis 10,000 N angewendet werden, da
der Injektor selbst sehr stark ist. Jedoch kann die herkömmliche
Injektorklemme nicht bei einem piezoelektrischen Injektor angewendet
werden, der an einem Benzinmotor mit strahlgeführter Direkteinspritzung (GDI)
montiert ist.
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Der
Grund wird aus 8 deutlich. Wie in 8 gezeigt,
sind bei dem piezoelektrischen Injektor für den strahlgeführten GDI-Motor
die Elemente, die eine Piezoaktuatoreinheit bilden, die direkt mit
einem Ventil und einem Wärmekompensator
verbunden ist, der die Längenvariation
kompensiert, die infolge einer Erhöhung der Temperatur usw. auftritt, sehr
schwach gegen eine äußere Kraft
ausgelegt. Dementsprechend ist der Axialkraftbereich, dem der Injektor
standhalten kann, etwa 700 bis 1,000 N, was gerade einem Zehntel
des Bereichs des Injektors für den
Dieselmotor entspricht.
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Dementsprechend
muss bei der Gestaltung der herkömmlichen
Injektorklemme das Anzugsmoment des Befestigungsbolzens auf das
Niveau von einem Zehntel festgelegt werden, jedoch ist es in diesem
Falle unmöglich,
eine ausreichende Reibungskraft zwischen dem Befestigungsbolzen
und dem Zylinderkopf sicherzustellen. Infolgedessen tritt das Problem
auf, dass der Bolzen durch Vibration des Motors usw. gelöst wird.
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Da
es schwierig ist, das Anzugsmoment mit der Größe von einem Zehntel einzurichten,
ist es unmöglich,
die Axialkraft des Injektors sicherzustellen.
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Wenn
der Befestigungsbolzen der Injektorklemme gelöst wird oder die Axialkraft
des Injektors an dem strahlgeführten
GDI-Motor nicht sichergestellt wird, kann der Injektor während des
Kompressions- und Explosionshubs von dem Motor getrennt werden,
so dass kein ausreichender Druck der Brennkammer zugeführt wird
und keine normale Zündung
des Motors durchgeführt
wird. Ferner kann, da Kraftstoff kontinuierlich eingespritzt wird
und Zündfunken
durch eine Zündkerze
kontinuierlich erzeugt werden, schlimmstenfalls ein Feuer in dem Fahrzeug
auftreten.
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Dementsprechend
ist es notwendig, eine Injektorklemme in der Form eines von dem
herkömmlichen
Konzept abweichenden neuen Konzeptes zu gestalten, bei dem die Axialkraft
des Injektors sichergestellt wird, die Injektorklemme fest gelagert
und gleichzeitig nicht gebrochen wird.
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Daraufhin
wurde in der
koreanischen
veröffentlichten
Patentanmeldung Nr. 2001-0061134 eine Injektorklemme vorgeschlagen,
die einen Auflageabschnitt aufweist, der mittels eines elastischen
Materials gebogen ist, jedoch besteht ein Nachteil darin, dass die
Injektorklemme die Reaktionskraft eines Injektors nicht ausreichend
abstützen
kann, da der Befestigungsbolzen in der Mitte der Injektorklemme
angeordnet ist.
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Mit
der Erfindung wird eine Injektorklemme für ein Fahrzeug geschaffen,
deren eines Ende mittels Bolzen und dergleichen an einem Zylinderkopf befestigt
werden kann und dessen anderes Ende den Injektor elastisch abstützen kann.
Daher kann die Injektorklemme den Injektor stabil halten, während die auf
den Injektor übertragene
Reaktionskraft wirksam abgehalten wird.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung ist eine Injektorklemme für ein Fahrzeug vorgesehen,
die einen Endabschnitt, der als ein ebener Montageabschnitt ausgebildet
ist, der über
Bolzen mit einer Montagefläche
eines Zylinderkopfes zu kuppeln ist, einen mittleren Abschnitt,
der als ein ebener Zwischenabschnitt ausgebildet ist, der sich von
dem ebenen Montageabschnitt zu einem Rand der Montagefläche des
Zylinderkopfes erstreckt, und einen anderen Endabschnitt aufweist, der
als ein Injektorstützabschnitt
mit einer Höhendifferenz
von dem ebenen Zwischenabschnitt ausgebildet ist. Der Injektorstützabschnitt
ist in wenigstens zwei Abzweige geteilt, die sich von dem ebenen
Zwischenabschnitt erstrecken und konvex nach unten gebogen sind.
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Als
eine bevorzugte Ausführungsform
ist die Dicke der Injektorklemme etwa 0,8 bis 2,0 mm.
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Als
eine andere bevorzugte Ausführungsform
sind ein Paar Bolzenbefestigungslöcher in dem ebenen Montageabschnitt
der Injektorklemme ausgebildet.
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Als
noch eine andere Ausführungsform
ist eine Scheibe zwischen der unteren Fläche des ebenen Montageabschnitts
der Injektorklemme und der Montagefläche des Zylinderkopfes derart
eingesetzt, dass der ebene Montageabschnitt und der Zwischenabschnitt
im Abstand von der Montagefläche
des Zylinderkopfes angeordnet sind, so dass eine Federkraft an dem
Injektorstützabschnitt
aufgebracht wird.
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Die
Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Injektorklemme für ein Fahrzeug gemäß der Erfindung;
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2 eine
schematische Ansicht der Injektorklemme gemäß der Erfindung im Montagezustand;
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3 einen
Schnitt der Injektorklemme gemäß der Erfindung
im Montagezustand;
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4 ein
Versuchsbeispiel der Injektorklemme gemäß der Erfindung, das schematisch
eine auf die Injektorklemme wirkende Kraft zeigt, wenn ein Brennkammerdruck
erhöht
wird;
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5 eine
schematische Ansicht einer Messvorrichtung und eines Verfahrens
zum Messen des Anpressdrucks, der auf die Injektorklemme gemäß der Erfindung
ausgeübt
wird;
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6 eine
schematische Ansicht einer herkömmlichen
Injektorklemme für
einen Dieselmotor;
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7 eine
schematische Ansicht eines Prinzips der Injektorklemme aus 6;
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8 eine
schematische Ansicht eines piezoelektrischen Injektors für einen
Benzinmotor; und
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9-11 Tabellen
mit Ergebnissen von numerischen Analysen zweier Injektorklemmen
mit einer Dicke von t = 0,8 mm und t = 1,0 mm entsprechend der Größe der Verschiebung
der Injektorklemme gemäß der Erfindung.
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Mit
Bezug auf die Zeichnung werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben. In der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben
Bezugszeichen bezeichnet.
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Mit
Bezug auf die 1 und 2 kann eine Injektorklemme 100 gemäß der Erfindung
grob in drei Abschnitte eingeteilt werden: einen ebenen Montageabschnitt 10,
der an einem Zylinderkopf 16 montiert und befestigt ist,
einen Injektorstützabschnitt 14, der
einen Injektor 20 elastisch abstützt, und einen ebenen Zwischenabschnitt 12,
der den ebenen Montageabschnitt 10 und den Injektorstützabschnitt 14 einstückig miteinander
verbindet.
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Der
ebene Montageabschnitt 10 hat eine symmetrische Form, als
ob zwei Scheiben miteinander verbunden sind, und weist zwei Bolzenbefestigungslöcher 22 auf,
welche die Scheiben durchdringen.
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Dementsprechend
ist der ebene Montageabschnitt 10 eng mit einer Montagefläche 18 des
Zylinderkopfes 16 gekuppelt und mittels Bolzen 24 befestigt.
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Der
ebene Zwischenabschnitt 12 erstreckt sich von dem ebenen
Montageabschnitt 10 zu einem distalen Rand der Montagefläche 18 des
Zylinderkopfes 16 in einer parallelen Richtung.
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Der
Injektorstützabschnitt 14 ist
in zwei Abzweige von dem ebenen Zwischenabschnitt 12 geteilt
und hat eine konvex nach unten gebogene Form.
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Es
wird bevorzugt, dass der ebene Montageabschnitt 10, der
Zwischenabschnitt 12 und der Injektorstützabschnitt 14 der
Injektorklemme 100 gemäß der Erfindung
jeweils eine Dicke von etwa 0,8 bis 2,0 mm haben, um eine Federkraft
gegen die Reaktionskraft des Injektors 20 aufzubringen.
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Speziell
kann eine Scheibe 26 zwischen der unteren Fläche des
ebenen Montageabschnitts 10 der Injektorklemme 100 und
der Montagefläche 18 des
Zylinderkopfes 16 eingesetzt werden, wie in 3 gezeigt
ist. Der ebene Montageabschnitt 10 und der Zwischenabschnitt 12 sind
durch die Scheibe 26 nach oben im Abstand von der Montagefläche 18 des
Zylinderkopfes 16 angeordnet, um dadurch eine Federkraft
an dem Injektorstützabschnitt 14 entsprechend
dem Hebelgesetz aufzubringen.
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In
einem Zustand, in dem der ebene Montageabschnitt 10 der
Injektorklemme 100 über
die Bolzen 24 mit dem Zylinderkopf 16 gekuppelt
ist, werden der ebene Zwischenabschnitt 12 und der Injektorstützabschnitt 14,
wenn eine Kraft auf diese ausgeübt wird,
nach dem Hebelgesetz elastisch verformt. Hier kann die Größe der elastischen
Verformung durch Variation der Höhe
der zwischen dem Zylinderkopf 16 und dem ebenen Montageabschnitt 10 eingesetzten Scheibe 26 eingestellt
werden. Anstelle der Bolzen können
Schrauben oder andere Befestigungselemente verwendet werden.
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Bei
der oben beschriebenen Injektorklemme gemäß der Erfindung ist es möglich, die
Stützkraft der
Injektorklemme selbst sicherzustellen und gleichzeitig die Axialkraft
des Injektors in einem Bereich von 700 bis 1,000 N mit der Variation
der Höhe
der Scheibe 26 zu bestimmen, was durch ein unten beschriebenes
Versuchsbeispiel erläutert
wird.
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Für die Messung
der Axialkraft der Injektorklemme 100 gemäß der Erfindung
wurde eine Messvorrichtung mit einer Struktur gestaltet und eingerichtet,
wie in 5 gezeigt ist.
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Die
Messvorrichtung ist aus demselben Material wie der spezielle Zylinderkopf,
und die Axialkraft, die durch die Injektorklemme auf den Injektor wirkt,
wurde mittels einer Kraftmessdose gemessen.
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Durch
einen solchen Versuch wurde die Axialkraft gemessen, die von der
Injektorklemme auf den Injektor ausgeübt wird, so dass es möglich ist, die
optimale Höhe
der Scheibe auszuwählen,
damit die Injektorklemme elastisch verformt werden kann, wodurch
eine geeignete Axialkraft erreicht wird.
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Anschließend, wenn
die Injektorklemme verformt ist, wurden numerische Analysen durchgeführt, um
zu bestimmen, ob die Injektorklemme innerhalb des elastischen Bereichs
verformt wird, und um die Größe der Verformung
der Injektorklemme zu ermitteln, welche die Axialkraft des Injektors
im Bereich von etwa 700 bis 1,000 N schafft.
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Die
Injektorklemme gemäß der Erfindung kann
aus Stahlblech, wie zum Beispiel SPS1, SK5 usw., hergestellt werden,
das einen Elastizitätsmodul von
etwa 220 GPa und eine Fließfestigkeit
von etwa 1,000 MPa hat.
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Die
Ergebnisse der numerischen Analysen zweier Injektorklemmen mit einer
Dicke von t = 0,8 mm und t = 1,0 mm entsprechend der Größe ihrer Verschiebung
sind in den 9-11 gezeigt.
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Es
wird angemerkt, dass bei den numerischen Analysen die Zugfestigkeit
unter 40% der Fließfestigkeit
lag und bei der Injektorklemme gemäß der Erfindung weder eine
Fließverformung
noch ein Bruch auftrat, wenn sie in einem vorgegebenen Axialkraftbereich
von 700 bis 900 N verwendet wurde.
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Wie
in 4 gezeigt, wurde ein Versuch durchgeführt, um
zu prüfen,
ob die Injektorklemme gemäß der Erfindung
eine Fließverformung
erfährt oder
gebrochen wird, wenn der Brennkammerdruck während des Explosionshubs in
der Brennkammer erhöht
wird.
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Gemäß einem
Freikörperschema
in 4 ist eine Axialkraft F, die durch eine elastische
Verformung der Injektorklemme auf den Injektor wirkt, gleich einer
Summierung von Reaktionskräften
R, die von dem Zylinderkopf auf den Injektor wirken, wenn der Brennkammerdruck
gleich dem atmosphärischen Druck
ist, d.h.
F = ΣR
(wenn Brennkammerdruck gleich 0 ist)
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Wenn
der Brennkammerdruck erhöht
ist, werden die Größe der Verformung
der Injektorklemme und die auf den Injektor wirkende Axialkraft
F nicht verändert,
und eine Kraft P, die durch den Brennkammerdruck auf den Injektor
ausgeübt
wird, verringert die Reaktionskraft R von dem Zylinderkopf, d.h.
F
= ΣR + P
(wenn der Brennkammerdruck größer als 0
ist).
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Dementsprechend
kann die Injektorklemme gemäß der Erfindung
unabhängig
davon, ob ein Druck in der Brennkammer vorhanden ist oder nicht, normal
arbeiten.
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Wie
oben beschrieben, kann die Injektorklemme gemäß der Erfindung, bei welcher
das eine Ende mittels Bolzen fest an dem Zylinderkopf fixiert ist
und das andere Ende derart montiert ist, dass es den Injektor elastisch
abstützt,
eine Klemmkraft beibehalten und gleichzeitig die Reaktionskraft
des Injektors elastisch abstützen.
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Speziell
bietet die Injektorklemme gemäß der Erfindung
den Vorteil, dass sie bei einem piezoelektrischen Injektor angewendet
werden kann, der in einem strahlgeführten GDI-Motor benutzt wird.