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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Entkoppelelement, das zum Entkoppeln einer Komponente einer Brennstoffeinspritzanlage von einem Teil einer Brennkraftmaschine dient, und eine Anordnung mit solch einem Entkoppelelement. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, wobei über Brennstoffeinspritzventile unter hohem Druck stehender Brennstoff in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
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Aus der
DE 10 2008 054 591 A1 ist ein Entkopplungselement für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung bekannt. Durch das bekannte Entkopplungselement wird eine geräuscharme Konstruktion realisiert. Die Federsteifigkeit des Entkopplungselements ist derart niedrig und das Entkopplungselement ist so zwischen einem Ventilgehäuse eines Brennstoffeinspritzventils und einer Wandung einer Aufnahmebohrung platziert, dass die Entkoppelresonanz im Frequenzbereich unter 2,5 kHz liegt. Die niedrige Federsteifigkeit des Entkopplungselements ermöglicht eine Entkopplung des Brennstoffeinspritzventils vom Zylinderkopf und verringert dadurch im geräuschkritischen Betrieb die in den Zylinderkopf eingeleitete Körperschallleistung und damit das vom Zylinderkopf abgestrahlte Geräusch.
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Das aus der
DE 10 2008 054 591 A1 bekannte Entkopplungselement ist entsprechend einer Tellerfeder aufgebaut und wird im montierten Zustand auf Zug belastet. Über die Lebensdauer kann es dadurch zur Ermüdung des Entkopplungselements kommen. Außerdem ist das als Tellerfeder ausgestaltete Entkopplungselement konstruktionsbedingt nur zum Ausgleichen von vergleichsweise kleinen Wegen geeignet, die beispielsweise aufgrund eines erforderlichen Toleranzausgleichs bereits ganz oder teilweise ausgeschöpft sein können. Solche Effekte verschlechtern die Dämpfungseigenschaften des bekannten Entkopplungselements in der Praxis.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Entkoppelelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 3 haben den Vorteil, dass eine verbesserte Schwingungsdämpfung über die Lebensdauer gewährleistet ist. Speziell ergibt sich der Vorteil, dass eine ausreichende Geräuschdämpfung auch nach einer hohen Betriebsdauer gewährleistet ist, ein vorzeitiges Bauteilversagen vermieden wird und zusätzlich ein ausreichender Toleranzausgleich ermöglicht wird.
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Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Entkoppelelements und der im Anspruch 3 angegebenen Anordnung möglich.
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In vorteilhafter Weise ist der Grundkörper aus einer umfänglich gebogenen Schraubenfeder ausgebildet, wobei ein erstes Ende der Schraubenfeder mit einem zweiten Ende der Schraubenfeder verbunden ist. Die Komponente der Brennstoffeinspritzanlage kann direkt oder indirekt als Quelle von mechanischen Schwingungen wirken. Die mechanischen Schwingungen können von der Komponente der Brennstoffeinspritzanlage auf das Teil der Brennkraftmaschine übertragen werden. Dieses Teil wirkt dann als Empfänger der übertragenen mechanischen Schwingungen. Zur Reduzierung der von der Komponente auf das Teil der Brennkraftmaschine übertragenen mechanischen Schwingungen können ein oder mehrere elastisch verformbare Entkoppelelemente zwischen der Komponente der Brennstoffeinspritzanlage und dem Teil der Brennkraftmaschine vorgesehenen sein. Dadurch wird der am Empfänger durch Körperschall entstehende sekundäre Luftschall reduziert. Durch die Ausgestaltung des Entkoppelelements mit einem Grundkörper aus der umfänglich gebogenen Schraubenfeder ergibt sich auch folgender Vorteil gegenüber einer Tellerfeder oder vergleichbaren Ausgestaltungen. Während beispielsweise bei einer Tellerfeder am Umfang während der Belastung große Spannungen auftreten, die zur Materialermüdung und gegebenenfalls auch zum Einreißen des Umfangs führen können, können solche erhöhten Umfangsspannungen an dem schraubenförmigen Grundkörper konstruktionsbedingt nicht auftreten. Ferner ist auch bei einem erforderlichen Toleranzausgleich aufgrund des zur Verfügung stehenden Federwegs eine zuverlässige Geräuschdämpfung gewährleistet. Entsprechende Vorteile ergeben sich auch gegenüber anderen Ausgestaltungen, wie einer Wellfeder oder einem Gummimetalllager.
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Der als Schraubenfeder ausgebildete Grundkörper kann in vorteilhafter Weise nicht nur axial, sondern auch radial belastet und bei der Belastung elastisch verformt werden. Dies ergibt eine verbesserte Wirkungsweise als Körperschall isolierendes Element. Hierbei ist das Entkoppelelement dennoch einfach herstellbar, wodurch sich geringe Herstellungskosten ergeben. Ferner können relevante Eigenschaften, wie eine Federrate, über einen Drahtdurchmesser, eine Drahtquerschnittsform und eine Windungszahl, die die Anzahl von Windungen angibt, eingestellt werden. Dadurch ist eine Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall möglich. Außerdem benötigt das Entkoppelelement nur einen vergleichsweise kleinen Raumbedarf. Ferner kann das Entkoppelelement hierbei vorteilhaft positioniert werden, da es insbesondere außerhalb einer Bohrung eines Zylinderkopfes angeordnet werden kann.
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Des Weiteren sind hohe Federraten in einem kleinen Bauraum erreichbar. Dementsprechend können bei einem vorgegebenen Bauraum vergleichsweise große Belastungskräfte aufgenommen werden, da keine Spannungen in Umfangsrichtung auftreten. Außerdem ist der allein auf Reibeffekten beruhende Dämpfungseffekt gegenüber einer Tellerfeder oder dergleichen geringer, wodurch sich die gesamte Isolationswirkung verbessert.
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Besonders vorteilhaft ist der Einsatz des Entkoppelelements als Körperschall isolierendes Element bei Hochdruck-Brennstoffeinspritzventilen zwischen dem Brennstoffeinspritzventil und einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine. Die beim Betrieb von Brennstoffeinspritzventilen auftretenden Schwingungen können hierbei zu Körper- und Luftschall am Zylinderkopf führen, die durch das Entkoppelelement reduziert sind. In vorteilhafter Weise kann an dem Gehäuse der Komponente eine Anlagefläche für das Entkoppelelement vorgesehen sein, die zumindest näherungsweise senkrecht zu einer Längsachse des Gehäuses orientiert ist. Hierdurch kann eine zumindest im Wesentlichen axiale Krafteinleitung in das Entkoppelelement erzielt werden.
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Vorteilhaft ist allerdings auch eine Ausgestaltung, bei der die Anlagefläche für das Entkoppelelement, die an dem Gehäuse der Komponente vorgesehen ist, bezüglich der Längsachse des Gehäuses als konische Anlagefläche ausgestaltet ist. Hierdurch kann neben einer axialen Kraftkomponente auch eine radial nach außen wirkende Beaufschlagung des Entkoppelelements erzielt werden. Durch eine entsprechend angepasste Ausgestaltung des Teils der Brennkraftmaschine, insbesondere des Zylinderkopfs, kann hierbei die gewünschte Federrate und somit die erzielte Dämpfung weiter beeinflusst werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Anordnung für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Brennstoffeinspritzventil und einem Entkoppelelement sowie einen Zylinderkopf entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer auszugsweisen, schematischen, axialen Schnittdarstellung;
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2 die in 1 dargestellte Anordnung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3 ein Entkoppelelement der in 1 dargestellten Anordnung entsprechend einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung in einem Zustand während der Herstellung und
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4 das in 1 dargestellte Entkoppelelement entsprechend der möglichen Ausgestaltung der Erfindung in einem Zustand vor der Montage auf ein Gehäuse eines Brennstoffeinspritzventils.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Anordnung 1 mit einem Brennstoffeinspritzventil 2 und einem Entkoppelelement 3 und einen Zylinderkopf 4 in einer auszugsweisen, schematischen, axialen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Anordnung 1 dient für eine Brennstoffeinspritzanlage von Brennkraftmaschinen. Dabei eignet sich die Anordnung 1 besonders für Brennstoffeinspritzanlagen zur direkten Einspritzung von Brennstoff in Brennräume der Brennkraftmaschine. Speziell kann die Brennkraftmaschine als gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine ausgestaltet sein, wobei Benzin oder andere für solche Brennkraftmaschinen geeignete Brennstoffe sowie geeignete Gemische aus solchen Brennstoffen eingespritzt werden können. Das Entkoppelelement 3 eignet sich besonders für solche Anwendungsfälle.
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Allerdings kann die Anordnung 1 in einer entsprechend abgewandelten Ausgestaltung auch allgemein eine Komponente 2, bei der es sich nicht notwendigerweise um ein Brennstoffeinspritzventil 2 handelt, und das Entkoppelelement 3 aufweisen. Das Entkoppelelement 3 kann ferner allgemein zum Entkoppeln solch einer Komponente 2 von einem Teil 4 einer Brennkraftmaschine dienen, wobei es sich bei dem Teil 4 nicht notwendigerweise um einen Zylinderkopf 4 handeln muss.
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Das Brennstoffeinspritzventil 2 weist ein Gehäuse 5 auf, das in diesem Ausführungsbeispiel Gehäuseteile 6, 7 umfasst. Der Zylinderkopf 4 weist eine Bohrung 8 auf, in die das Gehäuseteil 7 ragt. Bei dem Gehäuseteil 7 kann es sich insbesondere um einen Düsenkörper handeln, wobei eine geeignete Abdichtung bezüglich einer nicht dargestellten Brennkammer zur Vereinfachung der Darstellung nicht dargestellt ist.
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Das Entkoppelelement 3 umschließt das Gehäuseteil 7 des Gehäuses 5 umfänglich. Ferner ist an dem Gehäuseteil 6 eine kreisringförmige Anlagefläche 9 ausgestaltet, die senkrecht zu einer Längsachse 10 des Gehäuses 5 des Brennstoffeinspritzventils 2 orientiert ist. Die kreisringförmige Anlagefläche 9 dient für das Entkoppelelement 3. Hierbei liegt das Entkoppelelement 3 in diesem Ausführungsbeispiel sowohl an einer Außenseite 11 des Gehäuseteils 7 des Gehäuses 5 als auch an der kreisringförmigen Anlagefläche 9 des Gehäuseteils 6 des Gehäuses 5 an.
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Das Entkoppelelement 3 kann bereits vor der Montage des Brennstoffeinspritzventils 2 an den Zylinderkopf 4 auf das Gehäuse 5 aufgebracht werden. Durch eine gewisse Vorspannung des Entkoppelelements 3 kann hierbei eine Verliersicherung gebildet sein. Hierdurch vereinfacht sich die Montage der dadurch gebildeten Anordnung 1 aus dem Brennstoffeinspritzventil 2 und dem Entkoppelelement 3 an den Zylinderkopf 4.
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Der Zylinderkopf 4 weist eine zylinderförmige Vertiefung an seiner Oberseite 13 auf. Durch diese zylinderförmige Vertiefung 12 ist eine Auflagefläche 14 für das Entkoppelelement 3 gebildet, an der das Entkoppelelement 3 im montierten Zustand aufliegt. Im montierten Zustand ist das Brennstoffeinspritzventil 2 auf geeignete Weise gegen den Zylinderkopf 4 mit einer Befestigungskraft beaufschlagt. Diese Befestigungskraft wird allerdings über das Entkoppelelement 3 auf den Zylinderkopf 4 übertragen, so dass das Entkoppelelement vorgespannt wird. Hierbei ist durch das Entkoppelelement 3 auch ein Toleranzausgleich gewährleistet.
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Ferner kommt es im Betrieb durch das dynamische Öffnen und Schließen einer Ventilnadel des Brennstoffeinspritzventils 2 zu Schwingungen. Solche Schwingungen können sich prinzipiell über das Gehäuse 5 des Brennstoffeinspritzventils 2 auf den Zylinderkopf 4 ausbreiten. Das Entkoppelelement 3 gewährleistet allerdings eine Entkoppelung und damit eine wesentliche Geräuschdämpfung.
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2 zeigt die in 1 dargestellte Anordnung 1 und den Zylinderkopf 4 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer auszugsweisen, schematischen, axialen
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Schnittdarstellung. In diesem Ausführungsbeispiel ist an dem Gehäuseteil 6 des Gehäuses 5 des Brennstoffeinspritzventils 2 eine konische Anlagefläche 9’ ausgestaltet. Durch die zylinderförmige Vertiefung 12, die an der Oberseite 13 des Zylinderkopfs 4 vorgesehen ist, sind die Auflagefläche 14, die senkrecht zu der Längsachse 10 orientiert ist, und eine zylindermantelförmige Seitenfläche 15, die der Längsachse 10 zugewandt ist, gebildet. In diesem Ausführungsbeispiel stützt sich das Entkoppelelement 3 im Bereich der zylinderförmigen Vertiefung 12 sowohl an der Auflagefläche 14 als auch an der zylindermantelförmigen Seitenfläche 15 ab. Durch die Beaufschlagung des Brennstoffeinspritzventils 2 mit der Befestigungskraft wird in diesem Ausführungsbeispiel das Entkoppelelement 3 sowohl mit einer axialen Kraftkomponente als auch mit einer radial nach außen wirkenden, über den Umfang verteilten Kraftkomponente beaufschlagt.
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Gegenüber den anhand der 1 und 2 beschriebenen Beaufschlagungsmöglichkeiten sind noch weitere Abwandlungen denkbar. Beispielsweise kann im Ausgangszustand ein gewisser Abstand zwischen der zylindermantelförmigen Seitenfläche 15 und dem Entkoppelelement 3 vorgegeben sein, wie es anhand der 1 veranschaulicht ist. Bei dem anhand der 2 beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel liegt das Entkoppelelement 3 nicht an der Außenseite 11 des Gehäuseteils 7 an. Allerdings kann bei einer entsprechend abgewandelten Ausgestaltung das Entkoppelelement 3 sowohl an der Außenseite 11 als auch an einer konischen Anlagefläche 9’ des Gehäuses 5 anliegen.
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3 zeigt ein Entkoppelelement 3 der in 1 dargestellten Anordnung 1 entsprechend einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung in einem Zustand während der Herstellung. Das Entkoppelelement 3 weist einen Grundkörper 20 auf, der aus einer Schraubenfeder 20 ausgebildet ist. Hierbei weist der Grundkörper 20 ein erstes Ende 21 und ein zweites Ende 22 auf. Die Federrate des Entkoppelelements 3 ist über den Drahtdurchmesser der Schraubenfeder 20, eine Querschnittsform der Schraubenfeder 20 und eine Windungszahl einstellbar. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine zumindest näherungsweise kreisförmige Querschnittsform vorgegeben, so dass der Grundkörper 20 im unbelasteten Ausgangszustand einen Durchmesser 23 hat. Über die Größe des Durchmessers 23 des Querschnitts wird unter anderem auch der Raumbedarf bestimmt.
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4 zeigt das in 1 dargestellte Entkoppelelement 3 entsprechend der möglichen Ausgestaltung der Erfindung in einem Zustand vor der Montage auf das Gehäuse 5 des Brennstoffeinspritzventils 2. Hierbei sind die Enden 21, 22 beispielsweise an einem Punkt 24 miteinander verbunden. Der Grundkörper 20 ist dadurch als schraubenförmiger Grundkörper, der umfänglich zu einem geschlossenen Ring gebogen ist, ausgestaltet. Hierdurch ergibt sich eine Durchgangsöffnung des Entkoppelelements 3. In einem Zustand, in dem das Entkoppelelement 3 das Gehäuse 5 des Brennstoffeinspritzventils 2 umfänglich umschließt, erstreckt sich das Gehäuseteil 7 des Gehäuses 5 durch die Durchgangsöffnung 25 des Entkoppelelements 3. Hierbei kann das Entkoppelelement 3 etwas aufgeweitet werden, wodurch sich die Durchgangsöffnung 25 vergrößert. Dadurch ist die Verliersicherung gebildet.
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Das Entkoppelelement 3 ist aus einem geeigneten Werkstoff gebildet, so dass ein elastisch verformbarer Grundkörper 20 durch die Ausgestaltung als Spiralfeder 20 gebildet ist, der zudem temperaturbeständig und kraftstoffbeständig ist. Hierfür eignen sich besonders metallische Werkstoffe.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008054591 A1 [0002, 0003]
