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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit zumindest einem Ventil und einem Halter. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffeinspritzanlagen zur Hochdruckeinspritzung bei Brennkraftmaschinen, wobei die Anordnung zumindest ein Brennstoffeinspritzventil, einen Halter, einen Brennstoffverteiler und dergleichen aufweisen kann.
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Aus der
EP 2 151 572 A2 ist eine Anordnung bekannt, bei der mehrere Brennstoffeinspritzventile über Haltebügel an einer Brennstoffverteilerleiste befestigt sind. Hierdurch wird eine zuverlässige Verbindung auch bei hohen Systemdrücken ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise ermöglicht sind. Insbesondere ergeben sich Vorteile bezüglich einer unerwünschten Geräuschentwicklung.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Anordnung möglich.
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Speziell eignet sich die Anordnung für Brennkraftmaschinen, wobei der Halter zum Befestigen zumindest eines Brennstoffeinspritzventils an der Brennkraftmaschine, insbesondere einem Zylinderkopf, beziehungsweise einem Brennstoffverteiler, insbesondere einem Brennstoff-Rail, oder dergleichen dient. Die Realisierung der Anordnung bei einer Brennstoffeinspritzanlage stellt eine bevorzugte Anwendung dar, wobei die gemachten Ausführungen bei einer gegebenenfalls abgewandelten Ausgestaltung auch bei Ventilen zum Einsatz kommen können, die für andere Anwendungsfälle dienen.
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Elektromagnetische Hochdruck-Einspritzventile, die bei Ottomotoren mit Direkteinspritzung zum Einsatz kommen, können konstruktionsbedingt einen störenden Beitrag zum Gesamtgeräusch des Motors leisten. Beispielsweise kann ein Ventiltickern durch schnelles Öffnen und Schließen des Ventils entstehen, wenn die Ventilnadel mit hoher Dynamik in die jeweiligen Endanschläge auftrifft. Denn das Auftreffen der Nadel in den Endanschlägen führt zu kurzzeitigen, aber sehr hohen Kontaktkräften, die über das Gehäuse des Ventils zu großen Teilen an den Zylinderkopf und an das Rail als Körperschall beziehungsweise Schwingungen übertragen werden. Dies kann dann am Zylinderkopf und am Rail zu einer starken Geräuschentwicklung führen. Durch ein Entkoppelelement zwischen dem Brennstoffeinspritzventil und dem Zylinderkopf beziehungsweise zwischen dem Brennstoffeinspritzventil und dem Brennstoffverteiler kann solch eine Geräuschentwicklung jedoch gemindert werden. Die grundsätzliche Übertragungscharakteristik hängt hierbei auch vom Einbaukonzept ab.
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Bei einem Einbaukonzept, das beispielsweise für Motoren mit Direkteinspritzung geeignet ist, kann das Ventil direkt auf dem Zylinderkopf aufliegen. Ein Entkoppelelement kann dann zwischen dem Ventil und dem Zylinderkopf zum Einsatz kommen. Durch entsprechende Untersuchungen kann gezeigt werden, dass in einer weichen Ausgestaltung dieser Schnittstelle großes Potential zur Geräuschreduzierung bei einem System zur Direkteinspritzung liegt. Je geringer die Federsteifigkeit des Entkoppelelement gewählt wird, desto niedriger liegt die Eckfrequenz, ab der Körperschallanteile wirksam entkoppelt werden. Hierbei kann das Entkoppelelement funktionsgemäß mit einem Tiefpassfilter verglichen werden. Mit solch einem Einbaukonzept kann das Ventil durch ein Niederhalteelement mit einer statischen axialen Kraft auf den Zylinderkopf gedrückt werden, um ein Herausrutschen des Brennstoffeinspritzventils aus seiner Zylinderkopfbohrung durch den Brennraumdruck zu verhindern. Dabei stützt sich der Niederhalter beispielsweise an einer Railtasse, am Rail oder direkt am Zylinderkopf ab. Die akustisch relevanten Schnittstellen zum Rail hängen auch von der hydraulischen Schnittstelle ab.
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Erfolgt die hydraulische Verbindung zum Rail beispielsweise über einen weichen O-Ring, dann ergibt sich durch den Systemdruck eine resultierende Axialkraft auf das Brennstoffeinspritzventil. Typischerweise wird bei solch einer Anordnung der Niederhalter zwischen dem Brennstoffeinspritzventil und seiner Railtasse eingebaut, die relativ weich ausgelegt werden können, da nur eine relativ geringe Axialkraft aufgebracht werden kann. Dieses Niederhalteelement und der O-Ring sorgen aufgrund ihrer geringen Steifigkeiten für eine Körperschallentkopplung zwischen dem Brennstoffeinspritzventil und dem Rail. Allerdings müssen bei diesem Konzept die Entkoppelelemente in der Zylinderkopfauflage des Brennstoffeinspritzventils die resultierenden dynamischen Axialkräfte durch den Systemdruck übertragen, so dass diese nicht optimal weich ausgeführt werden können.
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Erfolgt der hydraulische Anschluss über einen Schraubanschluss, dann entfallen die resultierenden Axialkräfte durch den Systemdruck auf das Brennstoffeinspritzelement, und das Niederhalteelement muss eine höhere Axialkraft auf das Brennstoffeinspritzventil übertragen. Dadurch wird das Niederhalteelement relativ steif und kann maßgeblich zur Körperschallübertragung beitragen. Durch die starre Verbindung zur Hydraulikleitung können auch über die Verschraubung Schwingungen auf das Rail übertragen werden. Ein Vorteil dieses Konzeptes besteht darin, dass eine konstante Axialkraft durch den Niederhalter auf das Entkoppelelement in der Zylinderkopfauflage des Brennstoffeinspritzventils anliegt und somit eine optimale Auslegung auf diesen Betriebspunkt erfolgen kann.
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In vorteilhafter Weise kann nun eine möglichst weiche Anbindung des Ventils zu einer Anbaustruktur über den Niederhalter und den Schraubanschluss erfolgen. Insbesondere kann also eine möglichst weiche Anbindung eines Brennstoffeinspritzventils zum Zylinderkopf beziehungsweise zum Brennstoffverteiler über den Niederhalter und den Schraubanschluss erfolgen. Durch den Einsatz von zumindest einem Entkoppelelement (Entkopplungselement) in der Schnittstelle zwischen dem Niederhalter und dem Brennstoffeinspritzventil beziehungsweise dem Zylinderkopf oder dem Brennstoffverteiler kann das Brennstoffeinspritzventil effektiv entkoppelt werden. Hierbei können auch flexible Leitungen zwischen dem Brennstoffeinspritzventil und dem Brennstoffverteiler zum Einsatz kommen, so dass auch der Transferpfad über die Verschraubung entkoppelt ist.
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Mit der Weiterbildung nach Anspruch 2 kann eine weiche Ankopplung zur Anbaustruktur mit einer vorteilhaften Zielsteifigkeit realisiert werden. Die Zielsteifigkeit liegt hierbei vorzugsweise im Bereich von 10 kN/mm bis 20 kN/mm. Speziell kann eine weiche Ankopplung des Niederhalters zum Zylinderkopf oder zum Brennstoffverteiler, insbesondere Rail, realisiert werden. Die weiche Ankopplung eignet sich insbesondere für akustisch relevante Betriebszustände des Einspritzsystems im Bereich eines Motorleerlaufs, wobei die Festigkeitsanforderungen über die Lebenszeit auch für Direkteinspritzsysteme mit erhöhten Systemdrücken, wie sie bereits realisiert, aber auch geplant sind, eingehalten werden können. Speziell kann das Entkoppelelement mit einer Federwirkung beziehungsweise Federsteifigkeit mit nicht mehr als 20 kN/mm zwischen dem Niederhalter und dem Brennstoffeinspritzventil oder zwischen dem Niederhalter und einem Zylinderkopf oder einer Brennstoffverteilerleiste vorgesehen sein.
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Die Weiterbildung nach Anspruch 3 hat den Vorteil, dass eine optimale Entkoppelung des Ventils erzielt werden kann. Speziell kann das Brennstoffeinspritzventil für die Hydraulikanbindung mit einem Brennstoffverteiler, insbesondere einem Rail, verbunden werden, wobei die Hydraulikleitung an den Verbindungsstellen über Schraubanschlüsse mit dem Ventil beziehungsweise dem Brennstoffverteiler verbunden werden kann. Durch die weiche Lagerung ist eine deutliche Reduzierung des übertragenen Körperschalls vom Brennstoffeinspritzventil zum Zylinderkopf oder zum Brennstoffverteiler möglich. Damit verbunden ist eine Reduzierung des Geräusches des Einspritzsystems. Als störend wahrgenommene Geräuschentwicklungen, wie beispielsweise ein Ventiltickern, können somit vermieden oder zumindest soweit reduziert werden, dass diese beispielsweise in einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs nicht mehr als störend wahrgenommen werden.
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Die Weiterbildung nach Anspruch 4 hat den Vorteil, dass eine direkte Anlage des Niederhalters an beispielsweise einem Kopf des Befestigungsmittels beziehungsweise an einer Oberseite der Anbaustruktur vermieden werden kann. Hierdurch ergibt sich eine vorteilhafte Entkoppelung. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Entkoppelelements sind in den Ansprüchen 5 und 6 angegeben. Beispielsweise kann ein Drahtgestrickkissen auf einer ringförmigen Grundform basieren. Allerdings können auch andere Entkoppelelemente aus weichen, dämpfenden Materialien zum Einsatz kommen.
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Bei der Weiterbildung nach Anspruch 7 kann der Niederhalter beispielsweise direkt durch ein dämpfendes Material, wie zum Beispiel einem Drahtgestrick oder Metallschaum, hergestellt werden, wie es auch im Anspruch 8 angegeben ist, um die weiche Anbindung des Ventils an die Anbaustruktur zu erzielen. Diese Maßnahme kann allein oder auch in Kombination mit separaten Entkoppelelementen realisiert werden.
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Speziell bei einem Einspritzsystem ist eine Weiterbildung nach Anspruch 9 vorteilhaft, bei der die Anbaustruktur direkt durch den Zylinderkopf oder die Brennstoffverteilerleiste des Einspritzsystems realisiert sein kann. Allerdings sind auch andere Ausgestaltungen denkbar. Beispielsweise kann bei einer abgewandelten Ausgestaltung eine separate, mit dem Zylinderkopf und/oder der Brennstoffverteilerleiste verbundene Anbaustruktur vorgesehen sein. Dies ermöglicht unter anderem eine Integration des vorgeschlagenen Konzepts in eine Vielzahl von herkömmlichen Anwendungen.
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Entkoppelelemente können somit insbesondere in eine Verschraubung des Niederhalters auf dem Zylinderkopf oder dem Rail integriert werden. Ferner können Entkoppelelemente auch in Auflageflächen des Niederhalters auf dem Brennstoffeinspritzventil eingebaut werden. Vorteile ergeben sich somit ebenfalls bei einer Weiterbildung nach Anspruch 10, die gegebenenfalls in Kombination mit anderen beschriebenen Maßnahmen realisiert sein kann.
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Figurenliste
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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 zeigen:
- 1 eine Anordnung mit Ventilen und einem Niederhalter entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine Anordnung mit Ventilen und einem Niederhalter entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 eine Anordnung mit Ventilen und einem Niederhalter entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
- 4 eine Anordnung mit Ventilen und einem Niederhalter entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Anordnung 1 mit Ventilen 2, 3 und einem Niederhalter 4 entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel in einer auszugsweisen, schematischen Darstellung. Die Anordnung 1 umfasst hierbei eine Brennstoffeinspritzanlage 5, die die Ventile 2, 3 und den Niederhalter 4 aufweist, und einen Zylinderkopf 6 einer Brennkraftmaschine 6'. Die Ventile 2, 3 sind hier als Brennstoffeinspritzventile 2, 3 ausgestaltet. Hierbei wird unter hohem Druck stehender Brennstoff von einer als Rail 7 ausgestalteten Brennstoffverteilerleiste 7 über Hydraulikleitungen 8, 9 zu den Brennstoffeinspritzventilen 2, 3 geführt. Die Hydraulikleitungen 8, 9 sind in diesem Ausführungsbeispiel als flexible Hydraulikleitungen 8, 9 ausgestaltet, so dass sich eine Entkoppelung zwischen der Brennstoffverteilerleiste 7 beziehungsweise dem Fluidverteiler 7 und dem Brennstoffeinspritzventilen 2, 3 beziehungsweise den Ventilen 2, 3 ergibt.
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Beim Einbau der Brennstoffeinspritzventile 2, 3 in Aufnahmebohrungen 10, 11 des Zylinderkopfes 6 können Entkoppelelemente 12, 13, die beispielsweise als ringförmige Entkoppelelemente 12, 13 ausgestaltet sind, zwischen die Brennstoffeinspritzventile 2, 3 und den Zylinderkopf 6 eingebracht werden.
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Der Niederhalter 4 dient in diesem Ausführungsbeispiel zur Befestigung von zwei Brennstoffeinspritzventilen 2, 3 an dem Zylinderkopf 6. Hierdurch sind zwei Befestigungsschnittstellen 14, 15, nämlich eine für das Brennstoffeinspritzventil 2 und eine für das Brennstoffeinspritzventil 3, über einen einzelnen Niederhalter 4 realisiert.
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Der Niederhalter 4 ist über ein als Befestigungsschraube 16 ausgestaltetes Befestigungsmittel 16 mit dem Zylinderkopf 6 verbunden. Hierbei ist allerdings zwischen einem Kopf 17 der Befestigungsschraube 16 und dem Niederhalter 4 ein Entkoppelelement 18 angeordnet, das als ringscheibenförmiges Entkoppelelement 18 ausgestaltet ist. Ferner ist zwischen dem Niederhalter 4 und einer Oberseite 19 des Zylinderkopfes 6 ein weiteres Entkoppelelement 20 angeordnet, das als ringscheibenförmiges Entkoppelelement 20 ausgestaltet ist. Hierdurch wird einerseits ein direkter Kontakt zwischen dem Niederhalter 4 und dem Befestigungsmittel 16 und andererseits ein direkter Kontakt zwischen dem Niederhalter 4 und dem Zylinderkopf 6 vermieden.
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Die Entkoppelelement 12, 13, 18, 20 sind so ausgestaltet, dass eine weiche Anbindung der über den Niederhalter 4 realisierten Befestigungsschnittstellen 14, 15 zwischen den Ventilen 2, 3 und der Anbaustruktur 6, die hier durch den Zylinderkopf 6 gegeben ist, realisiert ist, wobei für jede der Befestigungsschnittstellen 14, 15 jeweils eine Steifigkeit aus einem Zielbereich von etwa 10 kN/mm bis etwa 20 kN/mm vorgegeben ist.
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Die Verbindung der Hydraulikleitungen 8, 9 mit den Brennstoffeinspritzventilen 2, 3 erfolgt über Schraubanschlüsse 21, 22. Entsprechende Verbindungen können in Bezug auf die Brennstoffverteilerleiste 7 realisiert sein.
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2 zeigt eine Anordnung 1 mit Brennstoffeinspritzventilen 2, 3 und einem Niederhalter 4 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine separate Anbaustruktur 25 vorgesehen, die beispielsweise stoffschlüssig mit der Brennstoffverteilerleiste 7 verbunden ist. Bei der abgewandelten Ausgestaltung kann die Anbaustruktur 25 auch mit dem Zylinderkopf 6 verbunden sein. Neben stoffschlüssigen Verbindungen sind hierbei auch Verbindungen durch Verschrauben vorteilhaft. Die Anbaustruktur 25 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein Anbaustück 25' mit einer Gewindebohrung 26 auf, in die die Befestigungsschraube 16 eingeschraubt ist. Das Entkoppelelement 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem Niederhalter 4 und einer Oberseite 27 des Anbaustücks 25' angeordnet.
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Somit ergibt sich in entsprechender Weise eine weiche Anbindung der Brennstoffeinspritzventile 2, 3 an den Zylinderkopf 6.
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3 zeigt eine Anordnung 1 mit Brennstoffeinspritzventilen 2, 3 und einem Niederhalter 4 entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel sind Entkoppelelemente 28, 29 zwischen dem Niederhalter 4 und der Oberseite 19 des Zylinderkopfes 6 vorgesehen. Die Entkoppelelemente 28, 29 können hierbei Teile 30, 31 umfassen, die zwischen dem Niederhalter 4 und Gehäuseteilen 32, 33 der Brennstoffeinspritzventile 2, 3 angeordnet sind. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung können neben den Entkoppelelementen 28, 29 allerdings auch separate Entkoppelelemente 30', 31' vorgesehen sein, die zwischen dem Niederhalter 4 und den Gehäuseteilen 32, 33 der Brennstoffeinspritzventile 2, 3 angeordnet sind.
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4 zeigt eine Anordnung 1 mit Brennstoffeinspritzventilen 2, 3 und einem Niederhalter 4 entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Niederhalter 4 so ausgestaltet, dass die Zielsteifigkeit aus dem Bereich von etwa 10 kN/mm bis etwa 20 kN/mm erzielt wird. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung können neben den Entkoppelelementen 12, 13 auch weitere Entkoppelelemente vorgesehen sein, wie es anhand der 1 bis 3 beschrieben ist.
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Der Niederhalter 4 kann beispielsweise aus einem Drahtgestrick und/oder einem Metallschaum ausgestaltet sein. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann der Niederhalter 4 auch lediglich teilweise aus einem Drahtgestrick und/oder Metallschaum ausgestaltet sein. Hierbei ist insbesondere eine mehrteilige Ausgestaltung des Niederhalters 4 denkbar.
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Somit kann der Niederhalter 4 in diesem Ausführungsbeispiel als Entkoppelelement 4' dienen.
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Speziell bei dem anhand der 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel und bei dem anhand der 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel können die Entkoppelelemente 18, 20 als Tellerfedern beziehungsweise Drahtgestrickkissen ausgestaltet sein. Bei einer Ausgestaltung als Drahtgestrickkissen ist vorzugsweise eine Durchgangsöffnung vorgesehen, durch die sich das Befestigungsmittel 16 erstreckt. Ferner können auch die anhand der 3 beschriebenen Entkoppelelemente 30', 31' als Tellerfedern beziehungsweise Drahtgestrickkissen ausgestaltet sein.
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Die anhand der 3 beschriebenen Entkoppelelemente 28, 29, die die Teile 30, 31 umfassen können, können in vorteilhafter Weise als Drahtgestrickkissen oder aus weichen, dämpfenden Materialien hergestellt sein. Auch eine Ausgestaltung aus einem Metallschaum ist denkbar.
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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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