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Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil und eine Anordnung aus einem Einspritzventil und einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine.
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Zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine kommen Einspritzventile zum Einsatz. Der Kraftstoff wird im Fall einer Benzinbrennkraftmaschine unter einem Druck von bis zu 200 bar, im Fall einer Dieselbrennkraftmaschine unter einem sehr hohen Druck von bis über 2000 bar in die Brennräume eingespritzt.
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Die dabei zum Einsatz kommenden Einspritzventile für Brennkraftmaschinen stellen hohe Anforderungen an die Genauigkeit der die Einspritzung des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine bestimmenden Parameter.
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Dies ist besonders wichtig, da immer strengere Gesetzesvorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemission von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, erlassen werden. Diese machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden.
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Während des Betriebs der Brennkraftmaschine werden die Einspritzventile hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. So kann es insbesondere zu Erschütterungen der Einspritzventile in den Zylinderköpfen der Brennkraftmaschine kommen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Einspritzventil und eine Anordnung aus einem Einspritzventil und einem Zylinderkopf zu schaffen, durch das beziehungsweise die ein Betrieb der Brennkraftmaschine mit sehr geringen Schadstoffemissionen und ein einfacher Aufbau des Einspritzventils ermöglicht werden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Einspritzventil, das aufweist einen Injektorkörper mit einer zentralen Längsachse, der ausgebildet ist zum mindestens teilweisen Anordnen in einer Ausnehmung eines Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine, und ein Dämpfungselement, das ausgebildet ist zum Anordnen in der Ausnehmung axial zwischen dem Injektorkörper und einer in der Ausnehmung ausgebildeten Stufe des Zylinderkopfs und zum Dämpfen einer zwischen dem Injektorkörper und dem Zylinderkopf übertragenen Schwingung. Das Dämpfungselement weist mindestens ein Kunststoffelement auf.
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Das Dämpfungselement ist insbesondere zum Dämpfen einer zwischen dem Injektorkörper und dem Zylinderkopf in Richtung der Längsachse übertragenen Schwingung ausgebildet.
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Dämpfungselemente mit Kunststoffelementen haben den Vorteil, dass mit ihnen eine sehr gute Dämpfung der Schwingungen des Einspritzventils im Zylinderkopf durch das Dämpfungselement möglich ist. Damit kann eine Abweichung der Position des Einspritzventils in der Brennkraftmaschine sehr klein gehalten werden, was zu einem vorteilhaften Einspritzverhalten des Einspritzventils führen kann. Des Weiteren kann eine geringe Geräuschentwicklung der Brennkraftmaschine erreicht werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Einspritzventils weist das Dämpfungselement mindestens ein Stützelement auf, das mindestens teilweise aus einem Metall besteht. Dies hat den Vorteil, dass das Dämpfungselement eine hohe axiale Steifigkeit erreichen kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Kunststoffelement oder sind die Kunststoffelemente innerhalb des Stützelements angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass eine hohe axiale Steifigkeit des Dämpfungselements möglich ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Stützelement Plattenelemente auf, zwischen denen die Kunststoffelemente angeordnet sind. Dabei bilden die Stützelemente und die Kunststoffelemente eine Sandwichstruktur. Dies hat den Vorteil, dass ein irreversibles Verformen der Kunststoffelemente auch bei hohen Drücken vermieden werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Stützelement Gehäuseelemente auf, in denen das Kunststoffelement oder die Kunststoffelemente angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass ein irreversibles Verformen der Kunststoffelemente auch bei hohen Drücken vermieden werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Stützelement Ringelemente auf, innerhalb derer das Kunststoffelement oder die Kunststoffelemente angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass ein irreversibles Verformen der Kunststoffelemente auch bei hohen Drücken vermieden werden kann. Des Weiteren kann die Anzahl der Ringelemente in einfacher Weise der axialen Länge der Kunststoffelemente angepasst werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Stützelement als ein Metallschaum ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass eine inhomogene Struktur und damit eine sehr gute Schwingungsdämpfung durch das Dämpfungselement möglich sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht das Kunststoffelement aus einem Polyamid, einem Polytetrafluorethylen oder einem Polyetherketon oder weist ein Polyamid, ein Polytetrafluorethylen oder ein Polyetherketon auf. Mit diesen Kunststoffen lässt sich eine sehr gute Temperatur- und Druckbeständigkeit des Dämpfungselements erreichen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind in dem Kunststoffelement Keramikelemente oder Glaselemente angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass eine inhomogene Struktur des Dämpfungselements und damit ein sehr gute Schwingungsdämpfung durch das Dämpfungselement möglich ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Dämpfungselement ringförmig ausgebildet. Damit kann das Dämpfungselement einstückig ausgebildet sein und besonders einfach in der Ausnehmung axial zwischen dem Injektorkörper und der Stufe des Zylinderkopfs angeordnet werden.
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Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Anordnung aus einem Einspritzventil gemäß des ersten Aspekts der Erfindung und einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine. Das Einspritzventil ist mindestens teilweise in einer Ausnehmung des Zylinderkopfs angeordnet. Ein Dämpfungselement ist in der Ausnehmung axial zwischen einem Injektorkörper des Einspritzventils und einer in der Ausnehmung ausgebildeten Stufe des Zylinderkopfs angeordnet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine,
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2 einen Teil eines Einspritzventils und eines Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine,
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3 eine erste Ausführungsform eines Dämpfungselements,
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4 eine weitere Ausführungsform des Dämpfungselements, und
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5 eine weitere Ausführungsform des Dämpfungselements.
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In 1 ist eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine 10 gezeigt, mit einem Ansaugtrakt 12, einem Motorblock 14, einem Zylinderkopf 16 und einem Abgastrakt 18. Der Ansaugtrakt 12 ist hin zu einem Zylinder Z über einen Einlasskanal in einen Brennraum 20 des Motorblocks 14 geführt. Der Motorblock 14 umfasst ferner eine Kurbelwelle 22, welche über eine Pleuelstange 24 mit einem Kolben 26 des Zylinders Z gekoppelt ist. Neben dem Zylinder Z sind bevorzugt noch weitere Zylinder vorgesehen.
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2 zeigt eine Anordnung aus dem Zylinderkopf 16 und einem Einspritzventil 30. Das Einspritzventil 30 hat eine Ausnehmung 28. In der Ausnehmung 28 ist eine Stufe 29 des Zylinderkopfs 16 ausgebildet. In der Ausnehmung 28 ist ein Abschnitt des Einspritzventils 30 angeordnet.
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Das Einspritzventil 30 weist einen Injektorkörper 32 auf. Der Injektorkörper 32 hat eine zentrale Längsachse L und eine Ausnehmung 34. Der Injektorkörper 32 ist in der hier gezeigten Ausführungsform mehrstückig ausgebildet. Der Injektorkörper 32 kann auch einstückig ausgeführt sein. In der Ausnehmung 34 des Injektorkörpers 32 ist eine Düsennadel 36 angeordnet. Die Düsennadel 36 kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein.
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Der Injektorkörper 32 umfasst ferner eine Hochdruckleitung 38, über die das Einspritzventil 30 im montierten Zustand mit einem nicht dargestellten Hochdruckkreis eines Fluids verbunden ist. An einem axialen Ende ist oder sind in dem Injektorkörper 32 eine oder mehrere Einspritzöffnungen 40 angeordnet. In einer Schließposition der Düsennadel 36 ist ein Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzöffnung 40 verhindert und ansonsten ein Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzöffnung 40 freigegeben.
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In der Ausnehmung 28 des Zylinderkopfs 16 ist ein Dämpfungselement 42 angeordnet. Das Dämpfungselement 42 ist axial zwischen dem Injektorkörper 32 und der in der Ausnehmung 28 ausgebildeten Stufe 29 des Zylinderkopfs 16 angeordnet. Mittels des Dämpfungselements 42 können zwischen dem Injektorkörper 32 und dem Zylinderkopf 16 übertragenene Schwingungen, wie sie während des Betriebs der Brennkraftmaschine aufgrund der auftretenden Erschütterungen entstehen können, gedämpft werden. Insbesondere kann eine zwischen dem Injektorkörper 32 und dem Zylinderkopf 16 in Richtung der Längsachse L des Einspritzventils 30 übertragene Schwingung gedämpft werden.
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Das Dämpfungselement 42 ist vorzugsweise als einstückiger Ring ausgebildet. Damit kann das Dämpfungselement 42 sehr einfach in die Ausnehmung 28 des Zylinderkopfs 16 eingebracht werden, und eine genau definierte Position in der Ausnehmung 28 des Zylinderkopfs 16 einnehmen.
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In den 3 bis 5 sind verschiedene Ausführungsformen des Dämpfungselements 42 gezeigt. Das Dämpfungselement 42 hat mindestens ein Stützelement 44 und mindestens ein Kunststoffelement 46.
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Das Stützelement 44 besteht mindestens teilweise aus einem Metall. Vorzugsweise besteht das Stützelement 44 vollständig aus einem Metall.
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Das Kunststoffelement 46 ist wenigstens teilweise innerhalb des Stützelements 44 angeordnet. Das Stützelement 44 kann eine hohe axiale Steifigkeit des Dämpfungselements 42 ermöglichen, so dass die Position des Einspritzventils 30 in dem Brennraum 20 sehr stabil eingehalten werden kann. Des Weiteren kann das Stützelement 44 ein Wegfließen oder irreversibles Verformen des Kunststoffelements 46 auch bei hohen Drücken in axialer Richtung zwischen dem Injektorkörper 32 und der Stufe 29 des Zylinderkopfs 16 vermeiden.
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Das Kunststoffelement 46 besteht insbesondere ganz oder teilweise aus einem Polyamid, einem Polytetrafluorethylen oder einem Polyetherketon. Mit derartigen Kunststoffen kann eine sehr gute Beständigkeit des Dämpfungselements 42 auch bei Temperaturen von circa 250°C und Drücken von bis zu 250 bar erreicht werden. Des Weiteren sind derartige Kunststoffe resistent gegenüber Kraftstoffen und deren bei der Verbrennung entstehenden Reaktionsprodukten.
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In dem Kunststoffelement 46 sind bevorzugt Keramikelemente oder Glaselemente angeordnet. Mit derartigen Keramik- oder Glaselementen kann eine inhomogene Struktur des Dämpfungselements 42 erreicht werden. Damit kann eine sehr gute Schwingungsdämpfung durch das Dämpfungselement 42 erreicht werden.
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3 zeigt das Dämpfungselement 42 mit dem Stützelement 44. Das Stützelement 44 hat eine Vielzahl von Plattenelementen 48, die parallel zueinander angeordnet sind. Zwischen den Plattenelementen 48 sind die Kunststoffelemente 46 angeordnet. Die Kunststoffelemente 46 sind hier ebenfalls plattenförmig. Damit bilden die Stützelemente 44 und die Kunststoffelemente 46 eine Sandwichstruktur. Vorzugsweise sind die Stützelemente 44 und die Kunststoffelemente 46 fest miteinander gekoppelt, vorzugsweise fest miteinander verklebt. Durch die schichtweise Anordnung der Plattenelemente 48 und der Kunststoffelemente 46 kann an dem Übergang zwischen jeweils einem der Plattenelemente 48 und einem der Kunststoffelemente 46 eine sehr gute Schwingungsdämpfung erreicht werden.
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4 zeigt das Dämpfungselement 42, bei dem das Stützelement 44 ein oberes Gehäuseelement 50a und ein unteres Gehäuseelement 50b hat. Die Gehäuseelemente 50a, 50b sind bevorzugt als Tiefziehteile aus einem Metallblech gebildet. Das untere Gehäuseelement 50b hat einen geringfügig kleineren Querschnitt als das obere Gehäuseelement 50a, so dass sich das untere Gehäuseelement 50b in dem oberen Gehäuseelement 50a unter Reibung bewegen kann. Das Kunststoffelement 46 ist innerhalb der Gehäuseelemente 50a, 50b angeordnet. Durch die Gehäuseelemente 50a, 50b kann ein Wegfließen oder irreversibles Verformen des Kunststoffelements 46 auch bei hohen Drücken vermieden werden, ohne dass die Schwingungsdämpfungseigenschaften des Dämpfungselements 42 vermindert werden. Eine auf das obere Gehäuseelement 50a übertragene axiale Schwingung kann durch das Kunststoffelement 46 wenigstens teilweise in eine radiale Schwingung übertragen werden. Damit kann eine sehr gute Schwingungsdämpfung durch das Dämpfungselement 42 erreicht werden.
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5 zeigt das Dämpfungselement 42, bei dem das Stützelement 44 eine Vielzahl von Ringelementen 52 hat. Die Ringelemente 52 haben jeweils den gleichen Durchmesser und sind übereinander und koaxial zueinander angeordnet. Innerhalb der Ringelemente 52 ist das Kunststoffelement 46 angeordnet, so dass die Ringelemente 52 einen Käfig für das Kunststoffelement 46 bilden. Durch die Ringelemente 52 kann ein Wegfließen oder irreversibles Verformen des Kunststoffelements 46 auch bei hohen Drücken vermieden werden, ohne dass die guten Schwingungsdämpfungseigenschaften des Dämpfungselements 42 vermindert werden. Anstelle der Ringelemente 52 kann das Stützelement 44 auch als Lochblech ausgebildet sein, wodurch ebenfalls sehr gute Schwingungsdämpfungseigenschaften des Dämpfungselements 42 erreicht werden können.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Stützelement 44 als ein Metallschaum ausgebildet, der Hohlräume hat, in denen die Kunststoffelemente 46 angeordnet sind, so dass der Metallschaum eine Stützstruktur für die Kunststoffelemente 46 bildet. Durch den Metallschaum kann ein Wegfließen der Kunststoffelemente 46 vermieden werden, und die guten Schwingungsdämpfungseigenschaften des Dämpfungselements 42 bleiben erhalten.
