EP1262652B1 - Zylinderkopf und daran montierter Injektor - Google Patents

Zylinderkopf und daran montierter Injektor Download PDF

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EP1262652B1
EP1262652B1 EP20020100564 EP02100564A EP1262652B1 EP 1262652 B1 EP1262652 B1 EP 1262652B1 EP 20020100564 EP20020100564 EP 20020100564 EP 02100564 A EP02100564 A EP 02100564A EP 1262652 B1 EP1262652 B1 EP 1262652B1
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cylinder head
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clamping
damping element
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    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
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    • F02M2200/85—Mounting of fuel injection apparatus
    • F02M2200/855—Mounting of fuel injection apparatus using clamp elements or fastening means, e.g. bolts or screws

Definitions

  • the invention relates to a cylinder head and an injector mounted thereon, as used in automotive technology.
  • accumulator injection systems are increasingly being used in which very high injection pressures and fast switching speeds are used.
  • fuel is conveyed by means of a high pressure pump in a high-pressure accumulator, from which the fuel is injected by means of injectors in the internal combustion engine.
  • the injector is actuated by an electrically actuated actuator, with the use of piezoelectric actuators in particular has been found to achieve sufficiently short switching times to be advantageous.
  • the extremely fast-switching actuators with switching times in the range of less than 200 microseconds give their high-frequency mechanical vibrations to the surrounding injector housing of the injector. These vibrations then propagate along the injector housing and are directed into the cylinder head of the engine. On the surface of the injector housing and the cylinder head, these mechanical vibrations lead to significant noise that adversely affect ride comfort.
  • US 4327690 discloses a cylinder head and injector mounted thereon, wherein means is provided for clamping by which the injector is biased against the cylinder head at at least one port, with an elastic seal disposed at the interface between the injector and the cylinder head.
  • the invention has for its object to provide a cylinder head and an injector mounted thereon with a low noise emission, with which the above-mentioned disadvantages can be avoided.
  • a cylinder head and an injector mounted thereon with the following features: It is provided a means for clamping, through which the injector is stretched at least one connection point against the cylinder head.
  • a first damping element is arranged which consists essentially of one of the materials graphite, polyformaldehyde, polytetrafluoroethylene, memory metal.
  • the transmission of structure-borne noise from the injector to the cylinder head is strongly damped, so that the airborne sound radiation of the cylinder head is also strongly attenuated.
  • the material of the first damping element must be sound-damping and at the same time be resistant to pressure, as is pressed at the junction by the means for tensioning the injector against the cylinder head with a high force, which is usually between 4 and 12 kN.
  • a flow of the materials mentioned at high power can be well avoided especially in positive connection by means of carrier material.
  • a memory metal is, for example, AlCu titanate.
  • the thickness of the first damping element is about 1/10 mm to 10 mm.
  • the cylinder head has an opening for a combustion chamber.
  • the injector is inserted into the opening in such a way that the nozzle of the injector is directed towards the combustion chamber.
  • the cylinder head has within the opening on a shoulder which forms the connection point and against which the injector is stretched.
  • the first damping element is arranged between the shoulder of the cylinder head and the injector.
  • the first damping element is configured, for example, disc-shaped.
  • the means for tensioning may be attached to the injector and the cylinder head.
  • a further damping element is arranged, which consists essentially of one of the materials graphite, polyformaldehyde, polytetrafluoroethylene, memory metal. Also applies to the further damping element that it should act both sound-absorbing and should be resistant to high pressures.
  • the means for tensioning the injector but not attached to the cylinder head.
  • the means for clamping is attached to another component to which a force can be applied by which the injector can be clamped against the cylinder head.
  • the means for tensioning may comprise a clamping claw.
  • An upper part of the injector, which protrudes from the opening, in this case is covered by the clamping claw.
  • the upper part of the injector has a shoulder against which the clamping claw presses downwards.
  • the means for clamping may comprise a connecting means by which the clamping claw is attached to the cylinder head and with which the distance between the clamping claw and the cylinder head can be adjusted. With the help of the connecting means, the distance between the clamping claw and the cylinder head and thus the force with which the injector is stretched on the cylinder head can be adjusted.
  • a second damping element is arranged between the shoulder of the upper part of the injector and the clamping claw as a further damping element.
  • a fourth damping element is arranged between the clamping claw and the cylinder head as a further damping element. Since the fourth damping element does not have to enclose a component, it does not require a recess and can be designed, for example, in the shape of a cylinder or a cuboid.
  • the connecting means may be configured as a screw which is guided through an opening in the clamping claw.
  • the head of the screw is placed over the clamping claw and presses down against the clamping claw.
  • the thread of the screw is screwed into the cylinder head.
  • a third damping element is preferably arranged, which consists of one of the materials from which the first damping element may consist.
  • the figure shows a cross section through a part of a cylinder head and an injector mounted thereon with a a first opening, a second opening, a first damping element, a second damping element, a third damping element, a fourth damping element, a screw, a clamping claw, a first shoulder and a second shoulder.
  • a cylinder head Z which has a first opening O1, in which a lower part of an injector I is inserted (see figure).
  • the cylinder head Z has, within the first opening O1, a first shoulder A1, against which the injector I is tensioned.
  • the first damping element D1 is disc-shaped and has a thickness of about 1/10 mm.
  • a clamping claw S is provided, which comprises an upper part of the injector I, which protrudes from the first opening O1 of the cylinder head Z.
  • the upper part of the injector I has a second step A2, against which the clamping claw S presses downwards.
  • a second disc-shaped damping element D2 made of graphite with a thickness of about 1/10 mm is arranged.
  • the clamping claw S has a second opening O2, through which a screw SB is guided, whose head is arranged above the clamping claw S, and whose thread is screwed into the cylinder head Z. Between the head of the screw SB and the clamping claw S, a third disc-shaped damping element D3 made of graphite with a thickness of about 1/10 mm is arranged. By turning the screw SB, the distance between the clamping claw S and the cylinder head Z can be adjusted. This distance in turn determines the Force with which the injector I is tensioned against the cylinder head Z by the clamping claw S.
  • a fourth damping element D4 made of graphite with a thickness of about 1/10 mm is arranged between the clamping claw S and the cylinder head Z.
  • the fourth damping element D4 has the shape of a cylinder.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf und einen daran montierten Injektor, wie sie in der Automobiltechnik Verwendung finden.
  • Zur Kraftstoffversorgung von Brennkraftmaschinen werden zunehmend Speichereinspritzsysteme eingesetzt, bei denen mit sehr hohen Einspritzdrücken und schnellen Schaltgeschwindigkeiten gearbeitet wird. Bei diesen Speichereinspritzsystemen wird Kraftstoff mittels einer Hochdruckpumpe in einen Hochdruckspeicher gefördert, von dem aus der Kraftstoff mit Hilfe von Injektoren in die Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Der Injektor wird dabei von einem elektrisch angesteuerten Aktor betätigt, wobei sich vor allem der Einsatz von piezoelektrischen Aktoren zum Erzielen ausreichend kurzer Schaltzeiten als vorteilhaft erwiesen hat.
  • Insbesondere die extrem schnell schaltenden Aktoren mit Schaltzeiten im Bereich von unter 200 Mikrosekunden geben jedoch ihre hochfrequenten mechanischen Schwingungen an das umgebende Injektorgehäuse des Injektors ab. Diese Schwingungen pflanzen sich dann entlang des Injektorgehäuses fort und werden in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine geleitet. Auf der Oberfläche des Injektorgehäuses und des Zylinderkopfes führen diese mechanischen Schwingungen zu erheblichen Störgeräuschen, die den Fahrkomfort negativ beeinflussen.
  • Die US 4327 690 offenbart einen Zylinderkopf und daran montierter Injektor, wobei ein Mittel zum Spannen vorgesehen ist, durch das der Injektor an mindestens einer Anschlußstelle gegen den Zylinderkopf gespannt ist, wobei an der Anschlußstelle zwischen dem Injektor und dem Zylinderkopf eine elastische Dichtung angeordnet ist.
  • Zur Verringerung der Geräuschemission wurde bereits vorgeschlagen, reduzierte Energie bei der Bestromung des piezoelektrischen Aktors zu verwenden, und aufeinander abgestimmte Spritzbeginne durchzuführen. Dieser Lösungsansatz reduziert die Geräuschemission jedoch nur ungenügend.
  • Ferner ist bereits vorgeschlagen worden, den piezoelektrischen Aktor mit einer Abdeckhaube zu versehen. Dieser Lösungsansatz erfordert jedoch eine aufwendige Montage. Darüber hinaus vergrößert sich das Volumen des Injektors durch die Abdeckhaube.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf und einen daran montierten Injektor mit einer geringen Geräuschemission anzugeben, mit denen die oben genannten Nachteile vermieden werden können.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch einen Zylinderkopf und einen daran montierten Injektor mit folgenden Merkmalen: Es ist ein Mittel zum Spannen vorgesehen, durch das der Injektor an mindestens einer Anschlußstelle gegen den Zylinderkopf gespannt ist. An der Anschlußstelle zwischen dem Injektor und dem Zylinderkopf ist ein erstes Dämpfungselement angeordnet das im wesentlichen aus einem der Materialien Graphit, Polyformaldehyd, Polytetrafluorethylen, Memorymetall besteht.
  • Durch das erste Dämpfungselement wird die Übertragung von Körperschall vom Injektor auf den Zylinderkopf stark gedämpft, so dass die Luftschallabstrahlung des Zylinderkopfs ebenfalls stark gedämpft wird.
  • Das Material des ersten Dämpfungselements muss schalldämpfend wirken und zugleich gegen Druck resistent sein, da an der Anschlussstelle durch das Mittel zum Spannen der Injektor gegen den Zylinderkopf mit einer hohen Kraft, die in Regel zwischen 4 und 12 kN beträgt, gedrückt wird.
  • Es hat sich gezeigt, dass Graphit, Polyformaldehyd, Polytetrafluorethylen und Memorymetalle geeignete Materialien für das erste Dämpfungselement sind.
  • Ein Verfließen der genannten Materialien bei hoher Kraft lässt sich besonders bei formschlüssiger Verbindung mittels Trägermaterial gut vermeiden.
  • Ein Memorymetall ist beispielsweise AlCu-Titanat.
  • Vorzugsweise beträgt die Dicke des ersten Dämpfungselements etwa 1/10 mm bis 10mm.
  • In der Regel weist der Zylinderkopf eine Öffnung für einem Brennraum auf. Der Injektor ist derart in die Öffnung eingeschoben, dass die Düse des Injektors zum Brennraum hin gerichtet ist. Der Zylinderkopf weist innerhalb der Öffnung einen Absatz auf, der die Anschlußstelle bildet und gegen den der Injektor gespannt ist. Vorzugsweise ist zwischen dem Absatz des Zylinderkopfes und dem Injektor das erste Dämpfungselement angeordnet. Das erste Dämpfungselement ist beispielsweise scheibenförmig ausgestaltet.
  • Das Mittel zum Spannen kann am Injektor und am Zylinderkopf befestigt sein. In diesem Fall ist zwischen dem Mittel zum Spannen und dem Injektor und/oder zwischen dem Mittel zum Spannen und dem Zylinderkopf ein weiteres Dämpfungselement angeordnet, das im wesentlichen aus einem der Materialien Graphit, Polyformaldehyd, Polytetrafluorethylen, Memorymetall besteht. Auch für das weitere Dämpfungselement gilt, daß es sowohl schalldämmend wirken sollte als auch gegen hohe Drücke resistent sein sollte.
  • Alternativ ist das Mittel zum Spannen zwar am Injektor jedoch nicht am Zylinderkopf befestigt. Statt dessen ist das Mittel zum Spannen an einem anderen Bauteil befestigt, an dem eine Kraft angesetzt werden kann, durch die der Injektor gegen den Zylinderkopf gespannt werden kann.
  • Das Mittel zum Spannen kann eine Spannpratze aufweisen. Ein oberer Teil des Injektors, der aus der Öffnung herausragt, wird in diesem Fall von der Spannpratze umfasst. Der obere Teil des Injektors weist einen Absatz auf, gegen den die Spannpratze nach unten drückt. Das Mittel zum Spannen kann ein Verbindungsmittel aufweisen, durch das die Spannpratze am Zylinderkopf befestigt wird und mit dem der Abstand zwischen der Spannpratze und dem Zylinderkopf verstellt werden kann. Mit Hilfe des Verbindungsmittels kann der Abstand zwischen der Spannpratze und dem Zylinderkopf und damit die Kraft, mit der der Injektor auf den Zylinderkopf gespannt ist, eingestellt werden.
  • Vorzugsweise ist zwischen dem Absatz des oberen Teils des Injektors und der Spannpratze als weiteres Dämpfungselement ein zweites Dämpfungselement angeordnet.
  • Vorzugsweise ist zwischen der Spannpratze und dem Zylinderkopf als weiteres Dämpfungselement ein viertes Dämpfungselement angeordnet. Da das vierte Dämpfungselement kein Bauteil umschließen muß, benötigt es keine Aussparung und kann beispielsweise zylinderförmig oder quaderförmig ausgestaltet sein.
  • Das Verbindungsmittel kann als Schraube ausgestaltet sein, die durch eine Öffnung in der Spannpratze geführt ist. Der Kopf der Schraube ist über der Spannpratze angeordnet und drückt gegen die Spannpratze nach unten. Das Gewinde der Schraube ist in den Zylinderkopf eingeschraubt. Zwischen dem Kopf der Schraube und der Spannpratze ist vorzugsweise ein drittes Dämpfungselement angeordnet, das aus einem der Materialien besteht, aus dem das erste Dämpfungselement bestehen kann.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur näher erläutert.
  • Die Figur zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines Zylinderkopfes und eines daran montierten Injektors mit einer ersten Öffnung, einer zweiten Öffnung, einem ersten Dämpfungselement, einem zweiten Dämpfungselement, einem dritten Dämpfungselement, einem vierten Dämpfungselement, einer Schraube, einer Spannpratze, einem ersten Absatz und einem zweiten Absatz.
  • Im Ausführungsbeispiel ist ein Zylinderkopf Z vorgesehen, der eine erste Öffnung O1 aufweist, in die ein unterer Teil eines Injektors I eingeschoben ist (siehe Figur).
  • Der Zylinderkopf Z weist innerhalb der ersten Öffnung O1 einen ersten Absatz A1 auf, gegen den der Injektor I gespannt ist.
  • Zwischen dem ersten Absatz A1 des Zylinderkopfs Z und dem Injektor I ist ein erstes Dämpfungselement D1 aus Graphit angeordnet. Das erste Dämpfungselement D1 ist scheibenförmig und weist eine Dicke von ca. 1/10 mm auf.
  • Es ist eine Spannpratze S vorgesehen, die einen oberen Teil des Injektors I, der aus der ersten Öffnung O1 des Zylinderkopfs Z herausragt, umfasst. Der obere Teil des Injektors I weist einen zweiten Absatz A2 auf, gegen den die Spannpratze S nach unten drückt. Zwischen der Spannpratze S und dem zweiten Absatz A2 des Injektors I ist ein zweites scheibenförmiges Dämpfungselement D2 aus Graphit mit einer Dicke von ca. 1/10 mm angeordnet.
  • Die Spannpratze S weist eine zweite Öffnung O2 auf, durch die eine Schraube SB geführt ist, deren Kopf über der Spannpratze S angeordnet ist, und deren Gewinde in den Zylinderkopf Z eingeschraubt ist. Zwischen dem Kopf der Schraube SB und der Spannpratze S ist ein drittes scheibenförmiges Dämpfungselement D3 aus Graphit mit einer Dicke von ca. 1/10 mm angeordnet. Durch Drehen an der Schraube SB kann der Abstand zwischen der Spannpratze S und dem Zylinderkopf Z eingestellt werden. Dieser Abstand bestimmt wiederum die Kraft, mit der der Injektor I gegen den Zylinderkopf Z durch die Spannpratze S gespannt wird.
  • Zwischen der Spannpratze S und dem Zylinderkopf Z ist ein viertes Dämpfungselement D4 aus Graphit mit einer Dicke von ca. 1/10 mm angeordnet. Das vierte Dämpfungselement D4 hat die Form eines Zylinders.

Claims (9)

  1. Zylinderkopf und daran montierter Injektor,
    - wobei ein Mittel zum Spannen vorgesehen ist, durch das der Injektor (I) an mindestens einer Anschlußstelle gegen den Zylinderkopf (Z) gespannt ist,
    - wobei an der Anschlußstelle zwischen dem Injektor (I) und dem Zylinderkopf (Z) ein erstes Dämpfungselement (D1) angeordnet ist, das im wesentlichen aus einem der Materialien Graphit, Polyformaldehyd, Polytetrafluorethylen, Memorymetall besteht.
  2. Zylinderkopf und Injektor nach Anspruch 1,
    - wobei der Zylinderkopf (Z) eine Öffnung (O1) für einen Brennraum aufweist,
    - wobei der Injektor (I) derart in die Öffnung (O1) eingeschoben ist, daß die Düse des Injektors (I) zum Brennraum hin gerichtet ist,
    - wobei der Zylinderkopf (Z) innerhalb der Öffnung (O1) einen Absatz (A1) aufweist, der die Anschlußstelle bildet.
  3. Zylinderkopf und Injektor nach Anspruch 1 oder 2,
    - wobei das Mittel zum Spannen am Injektor (I) und am Zylinderkopf (Z) befestigt ist,
    - wobei zwischen dem Mittel zum Spannen und dem Injektor (I) und/oder zwischen dem Mittel zum Spannen und dem Zylinderkopf (Z) ein weiteres Dämpfungselement (D2, D4) angeordnet ist, das im wesentlichen aus einem der Materialien Graphit, Polyformaldehyd, Polytetrafluorethylen, Memorymetall besteht.
  4. Zylinderkopf und Injektor nach Anspruch 3,
    - wobei das Mittel zum Spannen eine Spannpratze (S) aufweist,
    - wobei ein oberer Teil des Injektors (I), der aus der (O1) Öffnung herausragt, von der Spannpratze (S) umfaßt wird,
    - wobei der obere Teil des Injektors (I) einen Absatz (A2) aufweist, gegen den die Spannpratze (S) nach unten drückt,
    - wobei das Mittel zum Spannen ein Verbindungsmittel aufweist, durch das die Spannpratze (S) am Zylinderkopf (Z) befestigt ist und mit dem der Abstand zwischen der Spannpratze (S) und dem Zylinderkopf (Z) verstellt werden kann.
  5. Zylinderkopf und Injektor nach Anspruch 4,
    - wobei zwischen dem Absatz des oberen Teils des Injektors (I) und der Spannpratze (S) ein zweites Dämpfungselement (D2) angeordnet ist, das im wesentlichen aus einem der Materialien Graphit, Polyformaldehyd, Polytetrafluorethylen, Memorymetall besteht.
  6. Zylinderkopf und Injektor nach Anspruch 4 oder 5,
    - wobei zwischen der Spannpratze (S) und dem Zylinderkopf (Z) ein viertes Dämpfungselement (D4) angeordnet ist, das im wesentlichen aus einem der Materialien Graphit, Polyformaldehyd, Polytetrafluorethylen, Memorymetall besteht.
  7. Zylinderkopf und Injektor nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    - wobei das Verbindungsmittel als Schraube (SB) ausgestaltet ist, die durch eine Öffnung (O2) in der Spannpratze (S) geführt ist,
    - wobei der Kopf der Schraube (SB) über der Spannpratze (S) angeordnet ist und gegen die Spannpratze (S) nach unten drückt,
    - wobei das Gewinde der Schraube (SB) in den Zylinderkopf (Z) eingeschraubt ist,
    - wobei zwischen dem Kopf der Schraube (SB) und der Spannpratze (S) ein drittes Dämpfungselement (D3) angeordnet ist, das im wesentlichen aus einem der Materialien Graphit, Polyformaldehyd, Polytetrafluorethylen, Memorymetall besteht.
  8. Zylinderkopf und Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    - wobei die Dämpfungselemente (D1, D2, D3, D4) zwischen 0,1mm und 10 mm dick sind.
  9. Zylinderkopf und Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    - wobei als Memorymetall AlCu-Titanat verwendet wird.
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