EP2795093A1 - Entkopplungselement für eine brennstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

Entkopplungselement für eine brennstoffeinspritzvorrichtung

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Publication number
EP2795093A1
EP2795093A1 EP12790498.5A EP12790498A EP2795093A1 EP 2795093 A1 EP2795093 A1 EP 2795093A1 EP 12790498 A EP12790498 A EP 12790498A EP 2795093 A1 EP2795093 A1 EP 2795093A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
decoupling element
fuel injection
element according
receiving bore
bearing collar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12790498.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Friedrich
Martin Scheffel
Martin Buehner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2795093A1 publication Critical patent/EP2795093A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston
    • F02M59/48—Assembling; Disassembling; Replacing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/004—Joints; Sealings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/14—Arrangements of injectors with respect to engines; Mounting of injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/09—Fuel-injection apparatus having means for reducing noise

Definitions

  • the invention is based on a decoupling element for a
  • Fuel injection device according to the preamble of the main claim.
  • Fuel injection valve ensured.
  • the fuel injector is particularly suitable for use in fuel injection systems of
  • Fuel injection device is already known from DE 101 08 466 AI.
  • the intermediate element is a sub-ring having a circular cross-section which is frusto-conical in a region in which both the fuel injection valve and the wall of the receiving bore in the cylinder head are frustoconical run, arranged and serves as a compensation element for storage and support of the fuel injection valve.
  • the known from DE 100 27 662 AI intermediate element comprises a basic and
  • Carrier body in which a sealant is inserted which is penetrated by a nozzle body of the fuel injection valve.
  • a multilayer compensating element which consists of two rigid rings and a sandwiched therebetween elastic intermediate ring
  • This compensating element allows both a tilting of the fuel injection valve to the axis of the receiving bore over a relatively large angular range as well as a radial displacement of the fuel injection valve from the central axis of the receiving bore.
  • the damping material is composed of a damping material.
  • Damping material made of metal, rubber or PTFE is chosen and designed so that a noise attenuation by the operation of the
  • the intermediate element must, however, include four to six layers to achieve a desired damping effect.
  • US 6,009,856 A also proposes to surround the fuel injector with a sleeve and to fill the resulting gap with an elastic, noise-damping mass. This type of noise reduction is very complex, easy to install and expensive.
  • the decoupling element according to the invention for a fuel injection device with the characterizing features of claim 1 has the advantage that in a very simple construction, a solid-state joint is designed and thus improved noise attenuation is achieved.
  • the invention has the
  • Idle point allows effective decoupling of the fuel injector from the cylinder head, thereby significantly reducing noise emitted by the cylinder head in noiseless idling operation.
  • the high stiffness at nominal system pressure provides for a low overall movement of the fuel injection valve during vehicle operation and thereby ensures the durability of the sealing rings, which serve as a combustion chamber seal and as a seal against the fuel rail, and on the other a stable Abspritzddling the
  • Fuel sprays in the combustion chamber which is crucial for the stability of some combustion processes.
  • Fuel injection device possible.
  • micro-slots which serve the targeted design of the spring characteristic.
  • Spacer is yet another component, a stepped annular disc, as part of the support base is engaged.
  • the spacer is used to adjust the stiffness increase of the decoupling element, as on the thickness (height) and radial extent of the support base is adjusted in size and on the Thickness (height) at the same time the size of the annular gap formed between the first upper component and the spacer.
  • Figure 1 is a partially illustrated fuel injection device with a than
  • Figure 2 shows the detail II of Figure 1 in an enlarged view
  • Figure 3 shows an alternative embodiment of a decoupling element with three
  • FIG. 6 shows a second alternative embodiment of a decoupling element in FIG.
  • FIG. 7 shows a third alternative embodiment of a decoupling element in FIG.
  • FIG. 8 shows a fourth alternative embodiment of a decoupling element in FIG.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of a device according to the invention.
  • Embodiment a valve in the form of an injection valve 1 for
  • the fuel injection valve 1 is part of the fuel injection device. With a downstream end, the fuel injection valve 1, which is in the form of a direct-injection injector for injecting fuel directly into a combustion chamber 25 of the
  • Internal combustion engine is designed in a receiving bore 20 of a
  • Cylinder head 9 installed.
  • the fuel injection valve 1 has at its inlet-side end 3 a plug connection to a fuel distributor line (fuel rail) 4, which is sealed by a sealing ring 5 between a connection piece 6 of the fuel distributor line 4, which is shown in section, and an inlet connection 7 of the fuel injection valve 1.
  • the fuel injection valve 1 is inserted into a receiving opening 12 of the connection piece 6 of the fuel distribution line 4.
  • the connecting piece 6 is in this case e.g. in one piece from the actual fuel distributor line 4 and has upstream of the receiving opening 12 a smaller diameter flow opening 15 through which the flow of the fuel injection valve 1 takes place.
  • the fuel injection valve 1 has an electrical connection plug 8 for the electrical contacting for actuating the fuel injection valve 1.
  • a holding-down device 10 is provided between the fuel injection valve 1 and the connecting piece 6.
  • the hold-down 10 is designed as a bow-shaped component, for example as a punched and bent Part.
  • the hold-down device 10 has a part-ring-shaped base element 11, from which a hold-down bar 13 extends, which abuts against a downstream end face 14 of the connecting piece 6 on the fuel distributor line 4 in the installed state.
  • the object of the invention is an improved manner in a simple manner
  • Noise damping above all in the noise-critical idling operation, to achieve by a targeted design and geometry of the decoupling element 24.
  • the relevant source of noise of the fuel injection valve 1 in the direct high-pressure injection are introduced during the valve operation in the cylinder head 9 forces (structure-borne noise), which contribute to a structural excitation of
  • Cylinder head 9 lead and be emitted from this as airborne sound. To achieve a noise improvement, therefore, is a minimization of in the
  • Strive cylinder head 9 initiated forces. In addition to reducing the forces caused by the injection, this can be done by influencing the transfer behavior between the fuel injection valve 1 and the
  • Cylinder head 9 can be achieved.
  • the bearing of the fuel injector 1 on the decoupling element 24 in the receiving bore 20 of the cylinder head 9 can be depicted as a conventional spring mass damper system.
  • the mass of the cylinder head 9 can be assumed to be infinite compared to the mass of the fuel injection valve 1 in the first approximation.
  • the aim of the invention is the design of a decoupling element 24 with the primary use of elastic isolation (decoupling) for
  • the invention comprises on the one hand the definition and design of a suitable spring characteristic, taking into account the typical requirements and
  • the decoupling element 24 is designed as a solid-body joint having a bearing collar 28 with a spherical or convex valve contact surface 29, which consists of a flat
  • Ring region 30 extends upwardly, wherein the flat ring portion 30 in turn is based on a smaller width having support base 31.
  • Annular region 30 of decoupling element 24 may optionally additionally be provided on a ring of small cross-sectional diameter, e.g. support a resting on a valve shoulder snap ring 32 with its inner edge.
  • Figure 2 shows the detail II of Figure 1 around the decoupling element 24 in an enlarged view with a circumferential 360 ° bearing collar 28 of the invention one-piece decoupling element 24.
  • Decoupling element 24 here has, for example, an outer diameter which corresponds to that of the valve housing 22 above the decoupling element 24. At its outer diameter, the decoupling element 24 has a cylindrical lateral surface. Towards the inside, the decoupling element 24 has its
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of a decoupling element 24, in which, instead of the circumferential bearing collar 28, three plant collar sections 28 ', which are distributed uniformly over the circumference, are formed.
  • Investment collar sections 28 ' have only a circumferential extent corresponding to about 15 ° to 45 °. In addition to the solution shown with three plant collar sections 28 'are also those with four, five, six or more investment collar sections 28' conceivable.
  • Figure 4 shows a cross section through the decoupling element 24 along the line IV-IV in Figure 3
  • Figure 5 shows a cross section through the decoupling element 24 along the line V-V in Figure 3.
  • Decoupling element 24 according to FIG. 4 can also be transferred to a configuration with a completely circumferential bearing collar 28. From Figure 4 it is clear that e.g. in the area of the plant collar sections 28 'each horizontal
  • Micro slots 33 may be introduced, which the targeted interpretation of
  • Analog can be at a completely encircling
  • Investment collar 28 may be provided a circumferential micro slot 33, but also a plurality of circumferentially distributed micro slots 33.
  • the contours and dimensional relationships of the decoupling element 24 according to the invention are very
  • Micro-slit 33 not shown to scale, but clearly marked exaggerated.
  • the bearing collar 28 and the plant collar sections 28 ' are provided with a spherical or convex valve contact surface 29, which in the installed state of the decoupling element 24 with a conical
  • valve housing surface 21 corresponds, so that it idealized only to a line contact of the corresponding component partner 1, 24 comes, which is even further significantly minimized in a design with several short collar portions 28 '.
  • the bearing collar 28 extends upwards from the flat annular region 30, which is furthest inward and thus has the smallest inner diameter D at its inner side 34.
  • Ring area 30 in turn goes from having a smaller width
  • Supporting base 31 wherein the inner side 26 of the support base 31 is tapered, whereby the inner diameter D s of the support base 31 over its height
  • Decoupling element 24 may preferably have:
  • the introduction of the micro-slots 33 in the bearing collar 28 can be done for example by means of wire erosion, laser drilling, laser cutting.
  • Decoupling element 24 itself can be produced by means of MIM technology (Metal Injection Molding) or conventionally as a turned part including deformation / bending.
  • MIM technology Metal Injection Molding
  • Decoupling element 24 itself can be produced by means of MIM technology (Metal Injection Molding) or conventionally as a turned part including deformation / bending.
  • FIG. 6 shows a second alternative embodiment of a decoupling element 24 in cross-section analogous to the representation according to FIG. are introduced in three planes of different lengths horizontal micro slots 33, wherein e.g. the longest micro slot 33 is provided in the support base 31.
  • Figure 7 shows a third alternative embodiment of a decoupling element 24 in cross-section analogous to the representation of Figure 4, in which a vertical micro slot 33 is introduced, which is close to the outer diameter D 0 of
  • Decoupling element 24 extends from the lower edge of the decoupling element 24 to the height of the annular portion 30.
  • FIG. 8 shows a fourth alternative embodiment of a decoupling element 24 in cross section analogous to the representation according to FIG.
  • Micro slots 33 are inserted, extending from the lower edge of the
  • Decoupling element 24 into the area of the plant collar 28, 28 'inside extend and are running different widths and long.
  • the vertical micro slots 33 have eg widths up to 0.3 mm.
  • a first component 35 forms the bearing collar 28, 28 'and a first portion of the flat ring portion 30, while a second formed as a spacer member 36, the support base 31 and a third component 37 as a stepped annular disc a second portion of the flat ring portion 30 and
  • Spacer 36 engages under a part of the support base 31 forms.
  • the stepped annular disc 37 has a central conical portion 38, with which the thickness of the spacer 36 can be bridged and in its
  • Contouring of the conical inner side 26 of the support base 31 is modeled according to Figures 4 and 5.
  • the spacer 36 is used to adjust the
  • Stiffness increase of the decoupling element 24, as on the thickness (height) and radial extent of the support base 31 is adjusted in size and the thickness (height) at the same time the size of the annular gap 39 formed between the first member 35 and the spacer 36th
  • the individual components 35, 36, 37, which together form the decoupling element 24, are e.g. connected by means of welds or seams firmly together and captive.
  • FIG. 10 again shows a mounting situation with a second embodiment of a decoupling element 24 according to the invention in a multi-part solution comprising four components 35, 36, 37, 40.
  • the decoupling element 24 differs in particular from the decoupling element 24 described in accordance with FIG. 9 in that the bearing collar 28, 28 'is designed to be compact as an annular collar and the flat annular region 30 is formed by a thin disk 40 which extends to the outer diameter of the decoupling element 24 extends and insofar engages under the bearing collar 28, 28 '.
  • FIG. 10 illustrates that the decoupling element 24 does not necessarily have to be flush with the valve housing 22 radially on the outside, but, as shown here by way of example, as appropriate
  • the individual components 35, 36, 37, 40, which together form the decoupling element 24, are e.g. connected by means of welds or seams firmly together and captive.

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Abstract

Das erfindungsgemäße Entkopplungselement für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung zeichnet sich besonders dadurch aus, dass eine geräuscharme Konstruktion realisiert ist. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung umfasst wenigstens ein Brennstoffeinspritzventil (1) und eine Aufnahmebohrung (20) in einem Zylinderkopf (9) für das Brennstoffeinspritzventil (1) sowie das Entkopplungselement (24) zwischen einem Ventilgehäuse (22) des Brennstoffeinspritzventils (1) und einer Wandung der Aufnahmebohrung (20). Das Entkopplungselement (24) weist als Festkörpergelenk eine nicht-lineare, progressive Federkennlinie auf, wobei wenigstens ein Anlagekragen (28, 28') eine sphärisch bzw. ballig ausgeführte Ventilanlagefläche (29) besitzt, der sich aus einem flachen Ringbereich (30) empor erstreckt, wobei der flache Ringbereich (30) auf einem Stützsockel (31) fußt und die Innenseite (34) des Ringbereichs (30) einen kleineren Innendurchmesser D, hat als der Anlagekragen (28, 28') und der sich an der Wandung der Aufnahmebohrung (20) abstützende Stützsockel (31). Die Brennstoffeinspritzvorrichtung eignet sich besonders zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine.

Description

Beschreibung
Titel
Entkopplungselement für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Entkopplungselement für eine
Brennstoffeinspritzvorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Grundsätzlich ist es seit langem bekannt, Brennstoffeinspritzvorrichtungen vorzusehen, bei der an einem in einer Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine eingebauten Brennstoffeinspritzventil ein flaches
Zwischenelement vorgesehen ist. In bekannter Weise werden solche
Zwischenelemente als Abstützelemente in Form einer Unterlegscheibe auf einer Schulter der Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes abgelegt. Mit Hilfe solcher Zwischenelemente werden Fertigungs- und Montagetoleranzen ausgeglichen und eine querkraftfreie Lagerung auch bei leichter Schiefstellung des
Brennstoffeinspritzventils sichergestellt. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung eignet sich besonders für den Einsatz in Brennstoffeinspritzanlagen von
gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen.
Eine andere Art eines einfachen Zwischenelements für eine
Brennstoffeinspritzvorrichtung ist bereits aus der DE 101 08 466 AI bekannt. Bei dem Zwischenelement handelt es ich um einen Unterlegring mit einem kreisförmigen Querschnitt, der in einem Bereich, in dem sowohl das Brennstoffeinspritzventil als auch die Wandung der Aufnahmebohrung im Zylinderkopf kegelstumpfförmig verlaufen, angeordnet ist und als Ausgleichselement zur Lagerung und Stützung des Brennstoffeinspritzventils dient.
Kompliziertere und in der Herstellung deutlich aufwändigere Zwischenelemente für Brennstoffeinspritzvorrichtungen sind u.a. auch aus den DE 100 27 662 AI,
DE 100 38 763 AI und EP 1 223 337 AI bekannt. Diese Zwischenelemente zeichnen sich dadurch aus, dass sie allesamt mehrteilig bzw. mehrlagig aufgebaut sind und z.T. Dicht- und Dämpfungsfunktionen übernehmen sollen. Das aus der DE 100 27 662 AI bekannte Zwischenelement umfasst einen Grund- und
Trägerkörper, in dem ein Dichtmittel eingesetzt ist, das von einem Düsenkörper des Brennstoffeinspritzventils durchgriffen wird. Aus der DE 100 38 763 AI ist ein mehrlagiges Ausgleichselement bekannt, das sich aus zwei starren Ringen und einem sandwichartig dazwischen angeordneten elastischen Zwischenring
zusammensetzt. Dieses Ausgleichselement ermöglicht sowohl ein Verkippen des Brennstoffeinspritzventils zur Achse der Aufnahmebohrung über einen relativ großen Winkelbereich als auch ein radiales Verschieben des Brennstoffeinspritzventils aus der Mittelachse der Aufnahmebohrung.
Ein ebenfalls mehrlagiges Zwischenelement ist auch aus der EP 1 223 337 AI bekannt, wobei dieses Zwischenelement aus mehreren Unterlegscheiben
zusammengesetzt ist, die aus einem Dämpfungsmaterial bestehen. Das
Dämpfungsmaterial aus Metall, Gummi oder PTFE ist dabei so gewählt und ausgelegt, dass eine Geräuschdämpfung der durch den Betrieb des
Brennstoffeinspritzventils erzeugten Vibrationen und Geräusche ermöglicht wird. Das Zwischenelement muss dazu jedoch vier bis sechs Lagen umfassen, um einen gewünschten Dämpfungseffekt zu erzielen.
Zur Reduzierung von Geräuschemissionen schlägt die US 6,009,856 A zudem vor, das Brennstoffeinspritzventil mit einer Hülse zu umgeben und den entstehenden Zwischenraum mit einer elastischen, geräuschdämpfenden Masse auszufüllen. Diese Art der Geräuschdämpfung ist allerdings sehr aufwändig, montageunfreundlich und kostspielig. Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Entkopplungselement für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass in sehr einfacher Bauweise ein Festkörpergelenk gestaltet ist und damit eine verbesserte Geräuschdämpfung erreicht wird. Erfindungsgemäß besitzt das
Entkopplungselement eine nicht-lineare, progressive Federkennlinie, durch die sich beim Einbau des Entkopplungselements in einer Brennstoffeinspritzvorrichtung mit Injektoren für eine Kraftstoffdirekteinspritzung mehrere positive und vorteilhafte Aspekte ergeben. Die niedrige Steifigkeit des Entkopplungselements im
Leerlaufpunkt ermöglicht eine effektive Entkopplung des Brennstoffeinspritzventils vom Zylinderkopf und verringert dadurch im geräuschkritischen Leerlaufbetrieb deutlich das vom Zylinderkopf abgestrahlte Geräusch. Die hohe Steifigkeit bei nominalem Systemdruck sorgt für eine während des Fahrzeugbetriebs insgesamt niedrige Bewegung des Brennstoffeinspritzventils und sichert dadurch zum einem die Haltbarkeit der Dichtringe, die als Brennraumdichtung und als Abdichtung gegenüber dem Fuel Rail dienen, und zum anderen einen stabilen Abspritzpunkt des
Kraftstoffsprays im Brennraum, was für die Stabilität einiger Brennverfahren entscheidend ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen
Brennstoffeinspritzvorrichtung möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, einen oder mehrere horizontale oder vertikale
Mikroschlitze vorzusehen, die der gezielten Auslegung der Federkennlinie dienen.
Bei einem mehrteiligen Entkopplungselement ist es von Vorteil, eine Distanzscheibe als separates Bauteil vorzusehen, das dann den Stützsockel bildet, wobei die
Distanzscheibe noch von einem weiteren Bauteil, einer gestuften Ringscheibe, als Teil des Stützsockels Untergriffen wird. Die Distanzscheibe dient der Einstellung des Steifigkeitsanstiegs des Entkopplungselements, da über deren Dicke (Höhe) und radiale Erstreckung der Stützsockel in seiner Größe eingestellt wird und über die Dicke (Höhe) zugleich auch die Größe des zwischen dem ersten oberen Bauteil und der Distanzscheibe gebildeten Ringspaltes.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine teilweise dargestellte Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem als
Festkörpergelenk ausgebildeten Entkopplungselement,
Figur 2 den Ausschnitt II der Figur 1 in einer vergrößerten Darstellung mit
einem um 360° umlaufenden Anlagekragen eines erfindungsgemäßen einteiligen Entkopplungselements,
Figur 3 eine alternative Ausführung eines Entkopplungselements mit drei
Anlagekragenabschnitten,
Figur 4 einen Querschnitt durch das Entkopplungselement entlang der Linie IV-
IV in Figur 3,
Figur 5 einen Querschnitt durch das Entkopplungselement entlang der Linie V-
V in Figur 3,
Figur 6 eine zweite alternative Ausführung eines Entkopplungselements im
Querschnitt analog zur Darstellung gemäß Figur 4,
Figur 7 eine dritte alternative Ausführung eines Entkopplungselements im
Querschnitt analog zur Darstellung gemäß Figur 4,
Figur 8 eine vierte alternative Ausführung eines Entkopplungselements im
Querschnitt analog zur Darstellung gemäß Figur 4,
Figur 9 eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen
Entkopplungselements in einer mehrteiligen Lösung und Figur 10 eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen
Entkopplungselements in einer mehrteiligen Lösung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Zum Verständnis der Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur 1 eine
Einbausituation des erfindungsgemäßen Entkopplungselements 24 in einer Brennstoffeinspritzvorrichtung näher beschrieben. In der Figur 1 ist als ein
Ausführungsbeispiel ein Ventil in der Form eines Einspritzventils 1 für
Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten
Brennkraftmaschinen in einer Seitenansicht dargestellt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist Teil der Brennstoffeinspritzvorrichtung. Mit einem stromabwärtigen Ende ist das Brennstoffeinspritzventil 1, das in Form eines direkt einspritzenden Einspritzventils zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum 25 der
Brennkraftmaschine ausgeführt ist, in eine Aufnahmebohrung 20 eines
Zylinderkopfes 9 eingebaut. Ein Dichtring 2, insbesondere aus Teflon ®, sorgt für eine optimale Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils 1 gegenüber der Wandung der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9.
Zwischen einem Absatz 21 eines Ventilgehäuses 22 und einer z.B. rechtwinklig zur Längserstreckung der Aufnahmebohrung 20 verlaufenden Schulter 23 der
Aufnahmebohrung 20 ist das erfindungsgemäße Entkopplungselement 24 als Festkörpergelenk eingelegt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist an seinem zulaufseitigen Ende 3 eine Steckverbindung zu einer Brennstoffverteilerleitung (Fuel Rail) 4 auf, die durch einen Dichtring 5 zwischen einem Anschlussstutzen 6 der Brennstoffverteilerleitung 4, der im Schnitt dargestellt ist, und einem Zulaufstutzen 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 abgedichtet ist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in eine Aufnahmeöffnung 12 des Anschlussstutzens 6 der Brennstoffverteilerleitung 4 eingeschoben. Der Anschlussstutzen 6 geht dabei z.B. einteilig aus der eigentlichen Brennstoffverteilerleitung 4 hervor und besitzt stromaufwärts der Aufnahmeöffnung 12 eine durchmesserkleinere Strömungsöffnung 15, über die die Anströmung des Brennstoffeinspritzventils 1 erfolgt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 verfügt über einen elektrischen Anschlussstecker 8 für die elektrische Kontaktierung zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1.
Um das Brennstoffeinspritzventil 1 und die Brennstoffverteilerleitung 4 weitgehend radialkraftfrei voneinander zu beabstanden und das Brennstoffeinspritzventil 1 sicher in der Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes niederzuhalten, ist ein Niederhalter 10 zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und dem Anschlussstutzen 6 vorgesehen. Der Niederhalter 10 ist als bügeiförmiges Bauteil ausgeführt, z.B. als Stanz-Biege- Teil. Der Niederhalter 10 weist ein teilringförmiges Grundelement 11 auf, von dem aus abgebogen ein Niederhaltebügel 13 verläuft, der an einer stromabwärtigen Endfläche 14 des Anschlussstutzens 6 an der Brennstoffverteilerleitung 4 im eingebauten Zustand anliegt.
Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache Art und Weise eine verbesserte
Geräuschdämpfung, vor allen Dingen im geräuschkritischen Leerlaufbetrieb, durch eine gezielte Auslegung und Geometrie des Entkopplungselements 24 zu erreichen. Die maßgebliche Geräuschquelle des Brennstoffeinspritzventils 1 bei der direkten Hochdruckeinspritzung sind die während des Ventilbetriebs in den Zylinderkopf 9 eingeleiteten Kräfte (Körperschall), die zu einer strukturellen Anregung des
Zylinderkopfs 9 führen und von diesem als Luftschall abgestrahlt werden. Um eine Geräuschverbesserung zu erreichen, ist daher eine Minimierung der in den
Zylinderkopf 9 eingeleiteten Kräfte anzustreben. Neben der Verringerung der durch die Einspritzung verursachten Kräfte kann dies durch eine Beeinflussung des Übertragungsverhaltens zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und dem
Zylinderkopf 9 erreicht werden.
Im mechanischen Sinne kann die Lagerung des Brennstoffeinspritzventils 1 auf dem Entkopplungselement 24 in der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 als ein gewöhnliches Feder-Masse-Dämpfer-System abgebildet werden. Die Masse des Zylinderkopfs 9 kann dabei gegenüber der Masse des Brennstoffeinspritzventils 1 in erster Näherung als unendlich groß angenommen werden. Das
Übertragungsverhalten eines solchen Systems zeichnet sich durch eine Verstärkung bei niedrigen Frequenzen im Bereich der Resonanzfrequenz fR und einen
Isolationsbereich oberhalb der Entkoppelfrequenz fE aus.
Ziel der Erfindung ist die Auslegung eines Entkopplungselementes 24 unter der vorrangigen Verwendung der elastischen Isolation (Entkopplung) zur
Geräuschminderung, insbesondere im Leerlaufbetrieb des Fahrzeuges. Die
Erfindung umfasst dabei zum einen die Definition und Auslegung einer geeigneten Federkennlinie unter Berücksichtigung der typischen Anforderungen und
Randbedingungen bei der Kraftstoffdirekteinspritzung mit variablem Betriebsdruck und zum anderen die Auslegung eines Entkopplungselementes 24, welches in der Lage ist, die Charakteristik der so definierten Federkennlinie abzubilden und über eine Wahl einfacher geometrischer Parameter an die spezifischen Randbedingungen des Einspritzsystems angepasst werden kann.
Um die nicht-lineare Federkennlinie bei typischen Randbedingungen der
Kraftstoffdirekteinspritzung (geringer Bauraum, große Kräfte, geringe
Gesamtbewegung des Brennstoffeinspritzventils 1) auf einfache und kostengünstige Weise umsetzen zu können, ist das Entkopplungselement 24 erfindungsgemäß als Festkörpergelenk ausgebildet, das einen Anlagekragen 28 mit einer sphärisch bzw. ballig ausgeführten Ventilanlagefläche 29 besitzt, der sich aus einem flachen
Ringbereich 30 empor erstreckt, wobei der flache Ringbereich 30 wiederum auf einem eine geringere Breite aufweisenden Stützsockel 31 fußt. Der flache
Ringbereich 30 des Entkopplungselements 24 kann sich optional zusätzlich noch auf einem Ring geringen Querschnittsdurchmessers, z.B. einem an einer Ventilschulter aufliegenden Sprengring 32 mit seiner Innenkante abstützen.
Figur 2 zeigt den Ausschnitt II der Figur 1 rund um das Entkopplungselement 24 in einer vergrößerten Darstellung mit einem um 360° umlaufenden Anlagekragen 28 des erfindungsgemäßen einteiligen Entkopplungselements 24. Das
Entkopplungselement 24 besitzt hier beispielsweise einen Außendurchmesser, der dem des Ventilgehäuses 22 oberhalb des Entkopplungselements 24 entspricht. An seinem Außendurchmesser besitzt das Entkopplungselement 24 eine zylindrische Mantelfläche. Zur Innenseite hin weist das Entkopplungselement 24 seine
erfindungsgemäße Struktur auf. Anhand der nachfolgenden Figuren wird diese erfindungsgemäße Ausgestaltung noch näher erläutert.
In der Figur 3 ist eine alternative Ausführung eines Entkopplungselements 24 dargestellt, bei dem anstelle des umlaufenden Anlagekragens 28 drei über den Umfang gleich verteilte Anlagekragenabschnitte 28' ausgebildet sind. Diese
Anlagekragenabschnitte 28' besitzen dabei nur eine Umfangserstreckung, die ca. 15° bis 45° entspricht. Neben der gezeigten Lösung mit drei Anlagekragenabschnitten 28' sind auch solche mit vier, fünf, sechs oder mehr Anlagekragenabschnitten 28' denkbar.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch das Entkopplungselement 24 entlang der Linie IV-IV in Figur 3, während Figur 5 einen Querschnitt durch das Entkopplungselement 24 entlang der Linie V-V in Figur 3 zeigt. Der Querschnitt durch das
Entkopplungselement 24 gemäß Figur 4 ist ebenso auf eine Ausgestaltung mit einem vollständig umlaufenden Anlagekragen 28 übertragbar. Aus der Figur 4 wird deutlich, dass z.B. im Bereich der Anlagekragenabschnitte 28' jeweils horizontale
Mikroschlitze 33 eingebracht sein können, die der gezielten Auslegung der
Federkennlinie dienen. Analog kann bei einem vollständig umlaufenden
Anlagekragen 28 ein umlaufender Mikroschlitz 33 vorgesehen sein, aber auch mehrere umfänglich verteilte Mikroschlitze 33. In Figur 4 sind die Konturen und Maßverhältnisse des erfindungsgemäßen Entkopplungselements 24 sehr
anschaulich zu entnehmen, wobei betont werden soll, dass die Größe des
Mikroschlitzes 33 nicht maßstabsgetreu gezeigt, sondern deutlich übertrieben kenntlich gemacht ist. Der Anlagekragen 28 bzw. die Anlagekragenabschnitte 28' sind mit einer sphärisch bzw. ballig ausgeführten Ventilanlagefläche 29 versehen, die im eingebauten Zustand des Entkopplungselements 24 mit einer konisch
verlaufenden Ventilgehäusefläche 21 korrespondiert, so dass es hier idealisiert gesehen lediglich zu einer Linienberührung der korrespondierenden Bauteilpartner 1, 24 kommt, die bei einer Ausführung mit mehreren kurzen Anlagekragenabschnitten 28' sogar weiter deutlich minimiert ist. Der Anlagekragen 28 erstreckt sich aus dem flachen Ringbereich 30 empor, der am weitesten nach innen steht und insofern an seiner Innenseite 34 den geringsten Innendurchmesser D, hat. Der flache
Ringbereich 30 geht wiederum aus dem eine geringere Breite aufweisenden
Stützsockel 31 hervor, wobei die Innenseite 26 des Stützsockels 31 konisch verläuft, wodurch der Innendurchmesser Ds des Stützsockels 31 über seine Höhe
veränderlich ist und seinen größten Innendurchmesser Ds an der Unterkante des Entkopplungselements 24 hat, wo der Stützsockel 31 also die geringste Materialdicke aufweist. Zum Verständnis der Erfindung, aber in keinster Weise darauf einschränkend, sind im Folgenden Maßangaben aufgeführt, die ein erfindungsgemäßes
Entkopplungselement 24 vorzugsweise besitzen kann:
- größter Innendurchmesser Ds an der Unterkante des Stützsockels 31 ca. 17 mm,
- Innendurchmesser D, des flachen Ringbereichs 30 ca. 14 mm,
- Innendurchmesser Da des Anlagekragens 28 am Übergang zum Ringbereich 30 ca. 18 mm,
- Außendurchmesser D0 des Entkopplungselements 24 ca. 21 mm,
- Höhe b des Anlagekragens 28 ca. 1,25 mm,
- Höhe t eines Mikroschlitzes 33 ca. 0,03 - 0,06 mm,
- Mindestabstand a vom Ende des Mikroschlitzes 33 zur Ventilanlagefläche 29 im Anlagekragen 28 ca. 0,3 - 0,5 mm.
Das Einbringen der Mikroschlitze 33 in den Anlagekragen 28 kann beispielsweise mittels Drahterodieren, Laserbohren, Laserschneiden erfolgen. Das
Entkopplungselement 24 selbst kann mittels MIM-Technik (Metal Injection Moulding) oder klassisch als Drehteil inkl. Verformen/Biegen hergestellt werden.
Figur 6 zeigt eine zweite alternative Ausführung eines Entkopplungselements 24 im Querschnitt analog zur Darstellung gemäß Figur 4, bei der z.B. in drei Ebenen unterschiedlich lange horizontale Mikroschlitze 33 eingebracht sind, wobei z.B. der längste Mikroschlitz 33 im Stützsockel 31 vorgesehen ist.
Figur 7 zeigt eine dritte alternative Ausführung eines Entkopplungselements 24 im Querschnitt analog zur Darstellung gemäß Figur 4, bei der ein vertikaler Mikroschlitz 33 eingebracht ist, der sich nahe dem Außendurchmesser D0 des
Entkopplungselements 24 von der Unterkante des Entkopplungselements 24 bis zur Höhe des Ringbereichs 30 erstreckt.
Figur 8 zeigt eine vierte alternative Ausführung eines Entkopplungselements 24 im Querschnitt analog zur Darstellung gemäß Figur 4, bei der mehrere vertikale
Mikroschlitze 33 eingebracht sind, die sich von der Unterkante des
Entkopplungselements 24 bis in den Bereich des Anlagekragens 28, 28' hinein erstrecken und dabei unterschiedlich breit und lang ausgeführt sind. Die vertikalen Mikroschlitze 33 haben z.B. Breiten bis zu 0,3 mm.
Auch eine andere als in den Ausführungsbeispielen der Figuren 6, 7 und 8 gezeigte Strukturierung der Mikroschlitze 33 ist zweifellos denkbar.
In der Figur 9 ist eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen
Entkopplungselements 24 dargestellt, das im vorliegenden Fall mehrteilig ausgeführt ist. Dabei bildet ein erstes Bauteil 35 den Anlagekragen 28, 28' sowie einen ersten Anteil des flachen Ringbereichs 30, während ein zweites als Distanzscheibe ausgebildetes Bauteil 36 den Stützsockel 31 und ein drittes Bauteil 37 als gestufte Ringscheibe einen zweiten Anteil des flachen Ringbereichs 30 sowie die
Distanzscheibe 36 untergreifend auch einen Teil des Stützsockels 31 bildet. Die gestufte Ringscheibe 37 besitzt einen mittleren konischen Bereich 38, mit dem die Dicke der Distanzscheibe 36 überbrückt werden kann und der in seiner
Konturgebung der konischen Innenseite 26 des Stützsockels 31 gemäß Figuren 4 und 5 nachempfunden ist. Die Distanzscheibe 36 dient der Einstellung des
Steifigkeitsanstiegs des Entkopplungselements 24, da über deren Dicke (Höhe) und radiale Erstreckung der Stützsockel 31 in seiner Größe eingestellt wird und über die Dicke (Höhe) zugleich auch die Größe des zwischen dem ersten Bauteil 35 und der Distanzscheibe 36 gebildeten Ringspaltes 39.
Die einzelnen Bauteile 35, 36, 37, die zusammen das Entkopplungselement 24 ergeben, sind z.B. mittels Schweißpunkten oder -nähten miteinander fest und verliersicher verbunden.
Figur 10 zeigt nochmals eine Einbausituation mit einer zweiten Ausführung eines erfindungsgemäßen Entkopplungselements 24 in einer mehrteiligen Lösung, die vier Bauteile 35, 36, 37, 40 umfasst. Das Entkopplungselement 24 unterscheidet sich insbesondere von dem gemäß Figur 9 beschriebenen Entkopplungselement 24 dadurch, dass der Anlagekragen 28, 28' als Ringkragen für sich kompakt ausgebildet ist und der flache Ringbereich 30 durch eine dünne Scheibe 40 gebildet wird, die sich bis zum Außendurchmesser des Entkopplungselements 24 erstreckt und insofern den Anlagekragen 28, 28' untergreift. Außerdem verdeutlicht Figur 10, dass das Entkopplungselement 24 nicht zwangsläufig bündig mit dem Ventilgehäuse 22 radial außen abschließen muss, sondern, wie hier beispielhaft gezeigt, je nach
Einsatzerfordernissen auch überstehen kann. Nicht gezeigt, aber mit umfasst ist eine zurückversetzte Variante.
Die einzelnen Bauteile 35, 36, 37, 40, die zusammen das Entkopplungselement 24 ergeben, sind z.B. mittels Schweißpunkten oder -nähten miteinander fest und verliersicher verbunden.

Claims

Ansprüche
1. Entkopplungselement für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für
Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum, wobei die
Brennstoffeinspritzvorrichtung wenigstens ein Brennstoffeinspritzventil (1) und eine Aufnahmebohrung (20) für das Brennstoffeinspritzventil (1) umfasst, und das
Entkopplungselement (24) zwischen einem Ventilgehäuse (22) des
Brennstoffeinspritzventils (1) und einer Wandung der Aufnahmebohrung (20) eingebracht ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Entkopplungselement (24) als Festkörpergelenk mit einer nicht-linearen, progressiven Federkennlinie ausgeführt ist, wobei wenigstens ein Anlagekragen (28, 28') eine sphärisch bzw. ballig ausgeführte Ventilanlagefläche (29) besitzt, der sich aus einem flachen Ringbereich (30) empor erstreckt, wobei der flache Ringbereich (30) auf einem Stützsockel (31) fußt und die Innenseite (34) des Ringbereichs (30) einen kleineren Innendurchmesser D, hat als der Anlagekragen (28, 28') und der sich an der Wandung der Aufnahmebohrung (20) abstützende Stützsockel (31).
2. Entkopplungselement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Entkopplungselement (24) einteilig oder mehrteilig ausgebildet ist.
3. Entkopplungselement nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Anlagekragen (28) umlaufend ausgeführt ist.
4. Entkopplungselement nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagekragen (28) durch mindestens drei Anlagekragenabschnitte (28') gebildet ist, die jeweils eine Umfangserstreckung von 15° bis 45° besitzen.
5. Entkopplungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein horizontaler oder vertikaler Mikroschlitz (33) von der äußeren Mantelfläche oder der Unterkante des Entkopplungselements (24) ausgehend in ihm eingebracht ist.
6. Entkopplungselement nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mikroschlitze (33) Breiten zwischen 0,03 mm und 0,3 mm aufweisen.
7. Entkopplungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Innenseite (26) des Stützsockels (31) konisch verläuft, so dass der Stützsockel (31) seinen größten Innendurchmesser Ds an der Unterkante des Entkopplungselements (24) hat.
8. Entkopplungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Entkopplungselement (24) aus drei oder vier fest miteinander verbundenen Bauteilen (35, 36, 37, 40) zusammengesetzt ist.
9. Entkopplungselement nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der wenigstens eine Anlagekragen (28, 28') an einem ersten Bauteil (35) ausgebildet ist, während eine Distanzscheibe (36) als zweites Bauteil von einer gestuften Ringscheibe (37) als drittem Bauteil Untergriffen wird.
10. Entkopplungselement nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzscheibe (36) der Einstellung des Steifigkeitsanstiegs des
Entkopplungselements (24) dient, da über deren Dicke (Höhe) und radiale
Erstreckung der Stützsockel (31) in seiner Größe eingestellt wird und über die Dicke (Höhe) zugleich auch die Größe eines zwischen dem ersten Bauteil (35) und der Distanzscheibe (36) gebildeten Ringspaltes (39).
11. Entkopplungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Aufnahmebohrung (20) für das Brennstoffeinspritzventil (1) in einem Zylinderkopf (9) ausgebildet ist und die Aufnahmebohrung (20) eine Schulter (23) besitzt, die senkrecht zur Erstreckung der Aufnahmebohrung (20) verläuft und auf der das Entkopplungselement (24) mit seinem Stützsockel (31) aufliegt.
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