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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor zum Einbringen eines Fluids, insbesondere eines Kraftstoffs, in einen Brennraum und/oder einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine mit einem verbesserten Dämpfungselement.
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Injektoren zum Einbringen von Fluiden sind beispielsweise aus dem Stand der Technik in Form von Kraftstoffinjektoren in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Bei sogenannten direkteinspritzenden Injektoren sind die Injektoren beispielsweise in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet und bringen den Kraftstoff direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine ein. Der Injektor ist hierbei im Zylinderkopf beispielsweise an einer gestuften Bohrung angeordnet, wobei an der Stufe der Bohrung ein Dichtring vorgesehen ist. Weiterhin sind an einem brennraum-abgewandten Ende des Injektors ein Fluidanschluss, beispielsweise zu einem Rail oder dgl., sowie ein elektrischer Anschluss vorgesehen. Im Betrieb können nun Schwingungen und Vibrationen aus dem Brennraum und/oder vom Zylinderkopf auf den Injektor übertragen werden und vom Injektor selbst auf den hydraulischen Anschluss und/oder den elektrischen Anschluss übertragen werden. Dies kann im Betrieb jedoch zu einem Verschleiß der elektrischen Kontaktierung führen und/oder zu einem vermehrten Verschleiß am hydraulischen Anschluss, beispielsweise an Dichtungen des hydraulischen Anschlusses oder an einem Sitz. Es wäre daher wünschenswert, einen Injektor zu haben, bei welchem ein Verschleiß an elektrischen und hydraulischen Anschlüssen reduziert ist bzw. nicht vorkommt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Injektor zum Einbringen eines Fluids, insbesondere eines Kraftstoffs, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass Vibrationen und Schwingungen gedämpft werden können, so dass ein Verschleiß an einem elektrischen Anschluss und einem hydraulischen Anschluss des Injektors signifikant reduziert werden kann. Hierdurch kann eine Lebensdauer des Injektors deutlich erhöht werden. Insbesondere kann ein Ausfall aufgrund einer mangelhaften elektrischen Kontaktierung des Injektors am elektrischen Anschluss vermieden werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Injektor ein Dämpfungselement aufweist, welches an einem äußeren Umfang des Injektors angeordnet ist. Das Dämpfungselement weist in Axialrichtung einer Mittelachse des Injektors eine Vielzahl von Durchgangsbereichen auf. Das Dämpfungselement ist aus einem elastischen Material hergestellt und weist wenigstens zwei Kontaktbereiche auf, welche für einen Kontakt radial zur Mittelachse des Injektors mit einem angrenzenden Bauteil, üblicherweise einem Zylinderkopf oder dgl., eingerichtet sind. Somit ist der Injektor am Dämpfungselement über die Kontaktbereiche im eingebauten Zustand gelagert und durch die Elastizität des Dämpfungselements können Schwingungen und Vibrationen gedämpft werden. Dadurch werden derartige Schwingungen und Vibrationen, welche auf den Injektor beispielsweise aus dem Brennraum übertragen wurden, nicht auf die elektrischen und/oder hydraulischen Anschlüsse weiter übertragen, sondern mittels des Dämpfungselements gedämpft.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise umfasst jeder Kontaktbereich wenigstens eine Längsrippe, welche parallel zur Mittelachse des Injektors verläuft. Die vorzugsweise geradlinig ausgebildeten Längsrippen können somit Schwingungen und Vibrationen, welche in Axialrichtung des Injektors und/oder in Radialrichtung des Injektors auftreten, sowie Schwingungen, die in beliebiger Richtung auf den Injektor ausgeübt werden, dämpfen.
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Besonders bevorzugt weist jeder Kontaktbereich des Dämpfungselements eine Vielzahl von Längsrippen auf. Die Längsrippen sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet. Besonders bevorzugt sind genau vier Kontaktbereiche vorgesehen. Weiter bevorzugt sind an den vier vorgesehenen Kontaktbereichen jeweils drei Längsrippen vorgesehen. Weiter bevorzugt sind die Kontaktbereiche auf Geraden durch eine Mittelachse des Injektors angeordnet, welche zueinander in einem Winkel von 90° angeordnet sind.
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Eine besonders gute Dämpfung von Schwingungen und Vibrationen wird erreicht, wenn das Dämpfungselement am äußeren Umfang des Gehäuses in Axialrichtung des Injektors zwischen einem Aktor und einem elektrischen Anschluss angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist das Dämpfungselement dabei an einer Position des Injektors angeordnet, welche gleich weit vom Aktor und dem elektrischen Anschluss entfernt ist.
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Das Dämpfungselement ist ferner dazu geeignet, auch einen Aufbau von Eigenfrequenzen am Injektor, welche durch externe Schwingungen oder ggf. auch durch eine Betätigung des Injektors, d.h., Öffnungs- und/oder Schließvorgänge des Injektors, angeregt werden könnten, zu dämpfen.
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Weiter bevorzugt weisen die Längsrippen der Kontaktbereiche eine in Axialrichtung verlaufende erste Schräge an einem ersten Axialende, und eine in Axialrichtung verlaufende zweite Schräge an einem zweiten Axialende auf. Hierdurch wird insbesondere eine Montage und Demontage des mit Dämpfungselement am äußeren Umfang versehenen Injektors in eine Bohrung oder dgl. deutlich vereinfacht.
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Zur sicheren Befestigung des Dämpfungselements am Injektor weist das Dämpfungselement vorzugsweise eine zentrale Durchgangsöffnung mit einem Hinterschneidungsbereich auf. Der Hinterschneidungsbereich dient dabei zur positionsgenauen Fixierung des Dämpfungselements am Injektor.
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Der Hinterschneidungsbereich nimmt vorzugsweise einen Teil einer Umspritzung des elektrischen Anschlusses des Injektors und bevorzugt auch weitere Teile des Injektors auf. Die Umspritzung des elektrischen Anschlusses und/oder des Injektors wird vorzugsweise mittels eines Kunststoffs ausgeführt, wobei die Umspritzung ein Gehäuse für den elektrischen Anschlusses bereitstellt. Durch die Anordnung des Dämpfungselements am Gehäuse des Injektors können insbesondere Schwingungen und/oder Vibrationen, welche auf den elektrischen Anschluss übertragen werden würden, gedämpft werden.
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Besonders bevorzugt ist das Dämpfungselement um den äußeren Umfang des Injektors umlaufend geschlossen vorgesehen. Mit anderen Worten ist das Dämpfungselement ringförmig geschlossen.
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Alternativ ist das Dämpfungselement um den äußeren Umfang des Injektors herum angeordnet und weist jedoch einen durchgehenden Schlitz auf. Der durchgehende Schlitz verläuft vom Außenumfang des Dämpfungselements zum Innenumfang des Dämpfungselements. Somit weist das Dämpfungselement eine geometrische ringförmige Gestalt mit einem Radialschlitz auf. Hierdurch kann insbesondere eine Montage des Dämpfungselements an den Injektor vereinfacht werden.
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Eine besonders gute Dämpfungswirkung wird erreicht, wenn die Längsrippen einen Kontaktbereich aufweisen, welcher im Schnitt eine radial nach außen gerichtete Kreisform, insbesondere eine Halbkreisform, aufweist. Hierdurch wird eine kleine Kontaktfläche zwischen dem Äußeren des Dämpfungselements und dem benachbarten Bauteil, insbesondere einem Zylinderkopf, erreicht. Damit weist das Dämpfungselement ferner auch eine ausreichende Verformbarkeit und verbesserte Dämpfungseigenschaften auf.
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Vorzugsweise ist zwischen benachbarten Längsrippen jeweils ein axialer Durchgangsbereich vorgesehen.
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Der erfindungsgemäße Injektor ist vorzugsweise ein Kraftstoffinjektor, insbesondere für einen flüssigen Kraftstoff oder einen gasförmigen Kraftstoff.
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Zeichnung
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Ansicht eines Injektors gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im montierten Zustand,
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2 eine schematische Schnittansicht eines Dämpfungselements des Injektors von 1,
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3 eine schematische Seitenansicht des Dämpfungselements von 2, und
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4 eine schematische Schnittansicht eines Dämpfungselements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein Injektor 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Der Injektor 1 ist, wie aus 1 ersichtlich ist, ein Kraftstoffinjektor, welcher in einem Zylinderkopf 5 angeordnet ist. Der Injektor 1 spritzt den Kraftstoff direkt in einen Brennraum 7 ein.
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Der Injektor 1 umfasst einen Aktor 6, wie z.B. einen Magnetaktor oder einen Piezoaktor, sowie einen Fluidanschluss 4. Der Fluidanschluss 4 ist mit einem Rail oder dgl. verbunden (nicht dargestellt), wobei Kraftstoff, wie durch den Pfeil A angedeutet, über den Fluidanschluss 4 in das Innere des Injektors bis zu einem einspritzseitigen Ende 8 des Injektors zuführbar ist. Ferner ist ein elektrischer Anschluss 3 vorgesehen, um elektrische Energie zum Aktor 6 zuzuführen. Der elektrische Anschluss 3 ist vorzugsweise ein Steckeranschluss. Der elektrische Anschluss 3 ist mit einer Steckerumspritzung 10 aus Kunststoff umspritzt, welche, wie aus 1 ersichtlich ist, auch einen Teil des Injektors zwischen dem einspritzseitigen Ende 8 und dem Fluidanschluss 4 überdeckt bzw. umschließt.
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Weiterhin umfasst der Injektor 1 ein Dämpfungselement 2, welches im Detail aus den 2 und 3 ersichtlich ist. Das Dämpfungselement 2 ist dabei an einem äußeren Umfang des Injektors 1 angeordnet. Wie in 1 dargestellt, ist in Richtung einer Mittelachse X-X (Axialrichtung) des Injektors das Dämpfungselement 2 zwischen dem Aktor 6 und dem elektrischen Anschluss 3 angeordnet. Dabei umschließt das Dämpfungselement 2 auch einen Teil der Steckerumspritzung 10.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, weist das Dämpfungselement 2 einen Hauptkörper 28 auf, welcher ringförmig umlaufend geschlossen ausgebildet ist. Der Hauptkörper 28 weist eine zentrale Durchgangsöffnung 26 auf, welche Teile der Steckerumspritzung 10 und des Injektors aufnehmen. An der zentralen Durchgangsöffnung 26 ist ferner ein Hinterschneidungsbereich 27 angeordnet, welcher im montierten Zustand die Steckerumspritzung 10 ebenfalls umgreift. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist der Hinterschneidungsbereich 27 schwalbenschwanzartig mit zwei nach außen gerichteten Flügelbereichen ausgebildet. Dadurch ist das Dämpfungselement verdrehsicher am Injektor angeordnet.
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Die innere Zentralöffnung des Dämpfungselements 2 stellt somit eine formschlüssige Verbindung mit einem äußeren Umfang des Injektors bereit.
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Das Dämpfungselement 2 weist ferner vier Kontaktbereiche 21 auf. Wie aus 2 ersichtlich ist, sind die vier Kontaktbereiche 21 jeweils an Positionen 90° versetzt entlang des Umfangs des Dämpfungselements 2 angeordnet. Somit liegen zwei der Kontaktbereiche 21 jeweils einander gegenüber.
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Jeder der Kontaktbereiche 21 weist eine Vielzahl von Längsrippen 22 auf. Die Längsrippen 22 sind im Detail in 3 ersichtlich. Die Längsrippen 22 weisen im Schnitt eine radial nach außen gerichtete Halbkreisform auf (s. 2).
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Wie in 3 dargestellt, weist jede Längsrippe 22 einen konstanten Mittelabschnitt 25, eine erste Schräge 23 an einem ersten Endbereich der Längsrippe und eine zweite Schräge 24 an einem zweiten Längsbereich der Längsrippe auf. Alle Längsrippen der vier Kontaktbereiche 21 sind dabei gleich aufgebaut. Durch das Vorsehen der ersten und zweiten Schräge 23, 24 an den Längsrippen 22 kann eine Montage und Demontage des mit Dämpfungselement 2 versehenen Injektors in eine Bohrung 50 im Zylinderkopf 5 deutlich vereinfacht werden. Der Dämpfungsbereich 2 weist ferner in Axialrichtung zwischen benachbarten Längsrippen 22 jeweils axiale Durchgangsbereiche 20 auf. Die axialen Durchgangsbereiche 20 stellen freie Zwischenräume zwischen den Längsrippen 22 bereit, wobei im montierten Zustand des mit Dämpfungselement 2 versehenen Injektors 1 die Längsrippen 22, genauer die Mittelabschnitte 25, teilweise verformt werden und die freien Zwischenräume teilweise ausfüllen.
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Weiterhin verbleiben im montierten Zustand des mit Dämpfungselement 2 versehenen Injektors 4 in der Bohrung 50 noch Freibereiche 51 zwischen den jeweiligen Kontaktbereichen 21. Somit verbleiben auch im montierten Zustand des mit Dämpfungselement 2 versehenen Injektors 1 in der Bohrung 50 Freiräume. Diese Freiräume ermöglichen eine ausreichende Verformbarkeit des Dämpfungselements 2, so dass eine Dämpfung von Schwingungen und/oder Vibrationen, welche auf den Injektor übertragen werden, ermöglicht wird.
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Derartige Schwingungen und/oder Vibrationen werden beispielsweise direkt aus dem Brennraum 7 auf das einspritzseitige Ende 8 des Injektors oder über den Zylinderkopf 5 und einen Dichtring 9 auf den Injektor 1 übertragen werden.
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Diese auf den Injektor 1 übertragenen Schwingungen und/oder Vibrationen können nun erfindungsgemäß durch das Dämpfungselement 2 am äußeren Umfang des Injektors gedämpft werden. Hierbei bewirkt das aus vorzugsweise einem Elastomer hergestellte Dämpfungselement 2, dass Schwingungen durch Verformungsarbeit im Dämpfungselement 2, insbesondere im Bereich der Längsrippen 22, gedämpft werden. Hierdurch wird vermieden, dass die Vibrationen und Schwingungen an die anschlussseitigen Enden des Injektors 1, nämlich den elektrischen Anschluss 3 und den Fluidanschluss 4 übertragen werden. Somit werden die zulässigen Kräfte am elektrischen Anschluss 3 und am Fluidanschluss 4 nicht überschritten, so dass ein Verschleiß an diesen beiden Anschlüssen vermieden werden kann.
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Die Schwingungen und/oder Vibrationen werden durch das Dämpfungselement sowohl aufgrund des elastischen Materials des Dämpfungselements als auch der Geometrie mit den Längsrippen 22 und den axialen Durchgangsbereichen 20 gedämpft. Schwingungen und Vibrationen können dabei aus allen Richtungen auf den Injektor 1 wirken, wobei eine Dämpfungswirkung unabhängig von der Richtung der Schwingung und/oder Vibration möglich ist. Ferner erlaubt die Geometrie des Dämpfungselements 2 an den Kontaktbereichen 21 mit den Längsrippen 22 und den axialen Durchgangsbereichen 20, dass auch zusätzlich noch ohne größere Querkraft ein Toleranzausgleich bei Maßabweichungen von Injektorbauteilen, insbesondere der Steckerumspritzung 10, ermöglicht wird.
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Weiterhin ermöglicht das Dämpfungselement 2, dass auch bei den eingebrachten Schwingungen und/oder Vibrationen eine Frequenzänderung ermöglicht wird, so dass insbesondere unerwünschte Eigenfrequenzen am Injektor vermieden werden können, welche zur Beschädigung von Bauteilen des Injektors führen könnten.
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4 zeigt ein Dämpfungselement 2 eines Injektors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Dämpfungselement 2 des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht im Wesentlichen dem des ersten Ausführungsbeispiels hinsichtlich Material und Geometrie der Kontaktbereiche 21, wobei im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel beim Dämpfungselement 2 des zweiten Ausführungsbeispiels zusätzlich noch ein Radialschlitz 11 im Dämpfungselement 2 vorgesehen ist. Der Radialschlitz 11 verbindet die zentrale Durchgangsöffnung 26 des Dämpfungselements 2 mit dem Außenbereich des Dämpfungselements. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Radialschlitz 11 am Hinterschneidungsbereich 27 ausgebildet. Es sei jedoch angemerkt, dass der Radialschlitz 11 auch an jeder anderen beliebigen Stelle des Dämpfungselements 2 vorgesehen werden kann, solange der Schlitz die zentrale Durchgangsöffnung 26 mit dem Außenbereich verbindet. Das Vorsehen des Schlitzes 11 hat insbesondere den Vorteil einer einfacheren Montage des Dämpfungselements 2 am Außenumfang des Injektors 1, da das Dämpfungselement 2 am Schlitz 11 aufgespreizt werden und über den äußeren Umfang des Injektors übergestülpt werden kann, und anschließend wieder zusammengeführt werden kann. Der Schlitz 11 ist vorzugsweise durch Materialabtrag vom Hauptkörper 28 vorgesehen, es sei jedoch angemerkt, dass alternativ auch einfach ein Einschnitt mit einem Messer oder dgl. vorgenommen werden kann, um den umlaufend geschlossenen Hauptkörper am Schlitz 11 zu trennen.
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Das elastische Material des Dämpfungselements ist vorzugsweise ein Weichgummi oder ein Silikonmaterial oder FKM (Fluor-Karbon-Kautschuk) oder PUR (Polyurethan).
