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Die
Erfindung betrifft eine Hochdruckeinspritzanordnung für
eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine, mit einem Einspritzventil
und einem Abstützelement, das das Einspritzventil im eingebauten
Zustand an einem Sitz einer Brennkraftmaschine abstützt.
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Hochdruckeinspritzanordnungen
direkteinspritzender Brennkraftmaschinen, die in Magnetventiltechnik
aufgeführte Einspritzventile aufweisen, entwickeln im Betrieb
durch das Anschlagen des Magneten auf seine Endanschläge
beim Öffnen und Schließen des Ventils hohe Impulse,
die über das Gehäuse des Einspritzventils und
das Abstützelement auf die Brennkraftmaschine übertragen
werden und so zu einer für den Menschen wahrnehmbaren Geräuschentwicklung
führen. Insbesondere durch Reflektion von freien, schwingenden
Flächen im oder am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine
gehen, derart angeregt, Schallimpulse aus, die für den
Menschen sehr gut wahrnehmbar sind. Aufgrund der hohen Öffnungs-
und Schließfrequenz solcher Einspritzventile liegt diese
Schallfrequenz in einem für das menschliche Ohr als sehr
unangenehm empfundenen, relativ hohen Frequenzbereich. Darüber
hinaus ist ein hell klingendes, mechanisches Anschlaggeräusch,
ein „Ticken”, wahrnehmbar. Um diese unerwünschten
Schallimpulse zu minimieren, ist es bekannt, federnde Anordnungen
in dem Bereich vorzusehen, in dem das Einspritzventil am Zylinderkopf
abgestützt ist. Beispielsweise ist aus der
EP 1 134 406 B1 eine Anordnung
bekannt, in der ein Abstützelement, nämlich ein
Sitzring, das Einspritzventil in dem Zylinderkopf abstützt.
Bei der dort beschriebenen Anordnung ist nachteilig, dass Sitzring
und Federelement weit beabstandet voneinander liegen und dass das
bügelförmige Federelement in einen Ring um das
Gehäuse eingehängt ist, also letztlich keine wirksame
Impulsdämpfung aufweist, sondern in erster Linie Befestigungszwecken
dient. Dies beansprucht, insbesondere in radialer Hinsicht, beträchtlichen Bauraum
und verlangt eine Ausbildung des Federelements im Bereich eines
elektrischen Anschlusses und/oder des Anschlusses einer Kraftstoffleitung
im Endbereich des Einspritzventils. Insbesondere ist hierbei die
eigentliche Impulsübertragung über den Sitzring
auf den Zylinderkopf nicht wirksam unterdrückt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Hochdruckeinspritzanordnung bereitzustellen,
die die genannten Nachteile vermeidet und eine möglichst
vollständige Ausschaltung eines zu unerwünschten akustischen
Erscheinungen führenden, mechanischen Impulseintrags, insbesondere
durch Körperschallleitung oder Anregung schwingender Flächen, in
den Motorblock, insbesondere den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine,
bietet.
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Hierzu
wird eine Hochdruckeinspritzanordnung für eine direkteinspritzende
Brennkraftmaschine vorgeschlagen, mit einem Einspritzventil und
einem Abstützelement, das das Einspritzventil im eingebauten
Zustand an einem Sitz einer Brennkraftmaschine abstützt.
Hierbei ist vorgesehen, dass zwischen dem Einspritzventil und dem
Abstützelement ein Federelement angeordnet ist. Hierbei
ist das Einspritzventil in einem Abstützelement gehalten,
das das Einspritzventil in seinem Einbauzustand an dem ihm zugedachten
Sitz der Brennkraftmaschine abstützt. Zwischen dem Einspritzventil
und dem Abstützelement ist ein Federelement angeordnet.
Anders als im Stand der Technik wird demzufolge der Impuls, der
durch das Magnetventil des Einspritzventils erzeugt wird, nicht
vom Gehäuse des Einspritzventils direkt auf das Abstützelement übertragen,
wodurch die Dämpfung oder gar Auslöschung des
Impulses nur in einem solchen Maße stattfinden kann, wie
Material und Ausführung des Abstützelements dies
erlauben, sondern der Impuls wird zunächst auf ein zwischen
Abstützelement und Einspritzventil angeordnetes Federelement übertragen
und von diesem auf das Abstützelement. Hierdurch wird bereits
ein beträchtlicher Teil des Impulses in dem Federelement
verbraucht. Das Abstützelement wird daher nur in weit geringerem
Maße als im Stand der Technik von dem Impuls beaufschlagt,
so dass sein Anteil an dem zu dämpfenden Restimpuls relativ
klein ist.
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Bevorzugt
ist das Federelement eine Federscheibe. Das Federelement ist hierbei
im Wesentlichen eben, nämlich als Federscheibe ausgebildet, wobei
hier unter Federscheibe auch ein Federring zu verstehen ist, also
eine Federscheibe mit einem im Wesentlichen zentralen Durchbruch.
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Weiter
ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Federscheibe
eine Innenringzone und eine Außenringzone aufweist, wobei
die Innenringzone an dem Einspritzventil in einem ersten Kontaktbereich
anliegt und die Außenringzone an dem Abstützelement
in einem zweiten Kontaktbereich anliegt. Der erste Kontaktbereich
ist demzufolge der Kontaktbereich, an dem das Einspritzventil mit
der Innenringzone der Federscheibe in Berührkontakt steht,
wohingegen der zweite Kontaktbereich derjenige ist, an dem die Außenringzone
das Abstützelement berührt. Die Federscheibe ist
folglich als Ring, nämlich als Federring, ausgebildet,
der von dem Einspritzventil, das beispielsweise gestuft ausgeführt
ist, zentral durchdrungen wird. Die Innenringzone liegt hierbei
am Einspritzventil an und bildet somit den ersten Kontaktbereich
aus. Die Außenringzone liegt am Abstützelement
an und vermittelt hierdurch die Abstützung des Einspritzventils über
die Federscheibe an dem Abstützelement in dem zweiten Kontaktbereich.
Wesentlich ist hierbei, dass das Einspritzventil nicht direkt an
dem Abstützelement anliegt, und bevorzugt auch in einer
solchen Weise anliegt, dass der erste Kontaktbereich und der zweite
Kontaktbereich, in Axialerstreckung des Einspritzventils betrachtet, nicht
fluchten. Hierdurch wird sehr wirksam eine Körperschallübertragung
beziehungsweise eine Impulseintragung von dem Einspritzventil in
den Zylinderblock, nämlich über das Abstützelement,
vermieden.
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Bevorzugt
ist der erste Kontaktbereich ein erster Linienkontaktbereich. Mittels
des Linienkontaktbereichs lässt sich eine im Wesentlichen
rein linienförmige Kontaktausbildung erreichen, so dass
eine großflächige Anlage vermieden ist und über
den hierbei entstehenden, räumlich sehr konzentrierten örtlichen
Druck bei Impulsbeaufschlagung auf den Linienkontaktbereich eine
geometrisch genau definierte Impulseintragung in die Federscheibe
stattfindet.
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Besonders
bevorzugt ist der zweite Kontaktbereich ein zweiter Linienkontaktbereich.
Hierbei gilt sinngemäß das für den ersten
Linienkontaktbereich Ausgeführte.
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In
einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführung liegt
der erste Kontaktbereich mit radialem Abstand zum zweiten Kontaktbereich.
Hierdurch wird zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten
Kontaktbereich, insbesondere nämlich dem ersten Linienkontaktbereich
und dem zweiten Linienkontaktbereich, eine Art Hebel ausgebildet,
durch den das Einspritzventil relativ zum Abstützelement federnd/pendelnd
gehalten ist, also insbesondere in Axialrichtung ein- und ausfedern
kann. Hierdurch wird eine direkte Impulseintragung von dem Einspritzventil
auf das Abstützelement und über dieses in den
Zylinderkopf vermieden. Durch diese Anordnung wird ferner ein Feder-Masse-System
ausgebildet, wodurch jeder Impuls als eine bedämpfte Schwingung
abgebaut werden kann.
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In
einer Ausführungsform besteht das Federelement aus Stahl.
Insbesondere kommt die Verwendung von gebräuchlichem Federstahl
oder auch von gewöhnlichem Stahl, beispielsweise einer
Unterlegscheibe, in Betracht. Stahl weist für diese Anwendung
sehr gute Elastizitäts- und Festigkeitswerte auf.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, dass das Abstützelement aus Kunststoff
besteht. Hierdurch lässt sich eine Eigendämpfung
des Abstützelements, nämlich durch die Materialwahl Kunststoff,
bewirken, wodurch der Restimpuls, der noch in das Abstützelement
eingetragen wird, vorteilhaft gedämpft werden kann, so dass
dieser nicht in den Zylinderkopf (oder nur in sehr geringem Umfang)
eingetragen wird. Die Ausführung eines Abstützelementes
aus Kunststoff ohne das erfindungsgemäße Federelement
wäre prinzipiell zwar denkbar, hierbei müsste
aber das Abstützelement besonders groß ausgebildet
werden um auch nur annähernd ähnlich gute Dämpfungswerte
zu erreichen, was zum Einen Bauraumprobleme und zum Anderen Genauigkeitsprobleme,
insbesondere bei der Montage und im erreichbaren Sitz der Brennkraftmaschine bewirken
könnte; ein solches Abstützelement wäre, für
sich allein genommen, nicht in der Lage, die vorgeschlagene, hohe
Impulsdämpfung zu erreichen.
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In
einer weiteren Ausführung ist das Abstützelement
ein Käfigelement. Damit ist gemeint, dass das Abstützelement
das Einspritzventil zumindest bereichsweise umgreift. Insbesondere
ist vorgesehen, das Käfigelement dergestalt auszubilden,
dass das Abstützelement einen Sitzring aufweist, der beispielsweise über
am Käfigelement außenseitig in Axialrichtung des
Einspritzventils erstreckten Klipsen oder Klipsarmen in Abstützelementhalterungen
des Einspritzventils rastend eingreift. So lässt sich eine sehr
einfache und sichere Montage des Abstützelements an dem
Einspritzventil erreichen, insbesondere kann das Einspritzventil
mit dem Abstützelement und der darin gelagerten Federscheibe
beziehungsweise dem Federelement vormontiert werden und steht somit
als Baueinheit zum Einbau in die Brennkraftmaschine zur Verfügung.
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Näheres
zeigen die Figuren.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen
und aus Kombinationen derselben sowie aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
näher beschrieben, ohne aber hierauf beschränkt
zu sein.
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Es
zeigen
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1 eine
dreidimensionale Darstellung des Einspritzventils und
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2 eine
Schnittdarstellung des Einspritzventils in eingebautem Zustand.
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1 zeigt
ein Einspritzventil 1 für eine nicht dargestellte
Hochdruckeinspritzanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem im weitesten
Sinne als Stufenzylinder 2 ausgebildeten Gehäuse 3,
das bis etwa zu einer Gürtellinie 4 in einen nicht
dargestellten Motor einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird, insbesondere
im Bereich eines (in 1 nicht dargestellten) Zylinderkopfes.
Das Einspritzventil 1 weist oberhalb der Gürtellinie 4 einen
Kraftstoffanschluss 5 sowie einen elektrischen Anschluss 6 zum
Anschluss an Kraftstoffversorgungs- und Steuersysteme des Kraftfahrzeugs
auf. Das Gehäuse 3 verjüngt sich, an
dem dem Kraftstoffanschluss 5 abgewandten Ende, mehrstufig
bis hin zur Ausbildung einer Einspritzdüse 7, die
den einzuspritzenden Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine
einbringt. Das Gehäuse 3 kann hierbei in den Ventilgrundkörper 8 und
in Richtung auf die Einspritzdüse anschließend
zwei Ringstufen 9 zur Ausbildung des Stufenzylinders 2 unterschieden
werden, wobei die Ringstufen 9 in Richtung auf die Einspritzdüse 7 weisende
Auflageflächen 10 aufweisen. An den Auflageflächen 10 erfolgt
die Anlage des Einspritzventils 1 an einem Sitz 11 der Brennkraftmaschine.
Im Bereich der dem der Einspritzdüse 7 zunächst
liegenden Ringstufe 9 wird das Einspritzventil 1 von
einem Abstützelement 12 gehalten, das das Gehäuse 3 in
diesem Bereich in der Art eines Käfigelements 13 umgibt.
Zwischen dem Einspritzventil 1 und dem Abstützelement 12 ist
hierbei zur Ausbildung einer federnden Lagerung 14 ein
Federelement 15 angeordnet, das das Einspritzventil 1 im
Bereich des von dem Käfigelement 13 umgebenen
Ringelements 9 in der Art einer Federscheibe 16, insbesondere
nämlich eines Federrings 17 ringförmig umgibt.
Ein im Betrieb des Einspritzventils 1 durch den nicht dargestellten
Elektromagneten des Einspritzventils 1 erfolgender Impuls 18,
der in Axialrichtung des Einspritzventils 1 über
den Sitz 11 in den hier nicht dargestellten Zylinderkopf
eingetragen würde, wird auf diese Weise federnd abgefangen.
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2 zeigt
abschnittsweise im Querschnitt das Einspritzventil 1, wie
dieses im Sitz 11 eines Zylinderkopfes 19 der
Brennkraftmaschine in Einbaulage eingebaut ist. Das Einspritzventil 1 ist
als Stufenzylinder 2 ausgebildet, wobei die Ringstufen 9 mit Durchmesserverkleinerung
in Richtung auf die Einspritzdüse 7 vorliegen.
Die der Einspritzdüse 7 zunächst liegende
Ringstufe 9 beaufschlagt das Federelement 15,
nämlich den Federring 17. Der Federring 17,
nämlich die Federscheibe 16, weist hierbei eine Innenringzone 20 und
eine Außenringzone 21 auf. Die Außenringzone 21 liegt
hierbei an dem Abstützelement 12 an, während
die Innenringzone 20 an dem Einspritzventil 1 anliegt.
Die Innenringzone 20 bildet in ihrer Anlage an dem Einspritzventil 1 einen
ersten Kontaktbereich 22 aus, während die Außenringzone 21 in
ihrer Anlage am Abstützelement 12 einen zweiten
Kontaktbereich 23 ausbildet. Sowohl der erste Kontaktbereich 22 als
auch der zweite Kontaktbereich 23 sind jeweils Linienkontaktbereiche 24.
Dies bedeutet, dass eine im Wesentlichen linienförmige Anlage
besteht. Hierbei liegen der erste Kontaktbereich 22 und
der zweite Kontaktbereich 23 mit radialem Abstand 25 zueinander.
Das Federelement 15 wird demzufolge zwischen dem ersten
Kontaktbereich 22 und dem zweiten Kontaktbereich 23 in
der Art eines umlaufenden Hebels gehalten, und zusammen mit der
Masse des Einspritzventils 1 ergibt sich ein Feder-Masse-System,
durch das der Impuls 18, der in Richtung auf die Einspritzdüse 7 vom
Einspritzventil 1 auf den Sitz 11 im Zylinderkopf 19 übertragen wird,
wirksam bedämpft wird. Das Abstützelement 12 ist
hierbei, wie beschrieben, als Käfigelement 13 ausgebildet,
wobei es im Bereich des Sitzes 11, nämlich an
einer Stufenauflagefläche 26 im Zylinderkopf 19, an
dem es sich abstützt, als Sitzring 27 ausgebildet ist,
der das Einspritzventil 1 im Bereich der der Einspritzdüse 7 zunächst
liegenden Ringstufe 9 ringförmig umschließt.
Der Sitzring 27 weist Axialstreben 28 auf, die
in Axialerstreckung des Einspritzventils 1 vom Sitzring 27 abgehend
ausgebildet sind und in Richtung von der Einspritzdüse 7 weg
am Einspritzventil 1 bis zur zweiten Ringstufe 9 verlaufen.
Diese weisen Schnapphaken 29 auf, die in eine umlaufende Nut 30 am
Einspritzventil 1 oder in formentsprechende Ausnehmungen
am Einspritzventil 1 eingreifen und das Abstützelement 12 auf
diese Weise am Einspritzventil 1 fixieren. Durch diese
Ausbildung ergibt sich die Gestalt des Käfigelements 13.
Der Sitzring 27 seinerseits weist eine Struktur auf, die
in Richtung auf die Stufenauflagefläche 26 im
Wesentlichen als umgekehrtes U 31 ausgebildet ist, wodurch
sich wiederum eine verbesserte, federnde Abstützung des Abstützelements 12 auf
der Stufenauflagefläche 26 ergibt. Bevorzugt ist
das Abstützelement 12 aus einem Kunststoff gebildet
und das Federelement 15 aus Stahl. Im Zusammenwirken dieser
Materialien lässt sich eine vorteilhafte, sehr gute Impuls-
und Schwingungsdämpfung erreichen, so dass der Impuls 18 nicht
oder nur in sehr geringem Umfang auf den Zylinderkopf 19 übertragen
wird.
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- 1
- Einspritzventil
- 2
- Stufenzylinder
- 3
- Gehäuse
- 4
- Gürtellinie
- 5
- Kraftstoffanschluss
- 6
- elektrischer
Anschluss
- 7
- Einspritzdüse
- 8
- Ventilgrundkörper
- 9
- Ringstufe
- 10
- Auflagefläche
- 11
- Sitz
- 12
- Abstützelement
- 13
- Käfigelement
- 14
- federnde
Lagerung
- 15
- Federelement
- 16
- Federscheibe
- 17
- Federring
- 18
- Impuls
- 19
- Zylinderkopf
- 20
- Innenringzone
- 21
- Außenringzone
- 22
- erster
Kontaktbereich
- 23
- zweiter
Kontaktbereich
- 24
- Linienkontaktbereich
- 25
- radialer
Abstand
- 26
- Stufenauflagefläche
- 27
- Sitzring
- 28
- Axialstrebe
- 29
- Schnapphaken
- 30
- umlaufende
Nut
- 31
- umgekehrtes
U
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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