EP3234345A1 - Entkopplungselement für eine brennstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

Entkopplungselement für eine brennstoffeinspritzvorrichtung

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EP3234345A1
EP3234345A1 EP15781373.4A EP15781373A EP3234345A1 EP 3234345 A1 EP3234345 A1 EP 3234345A1 EP 15781373 A EP15781373 A EP 15781373A EP 3234345 A1 EP3234345 A1 EP 3234345A1
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EP
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decoupling element
fuel injection
injection valve
receiving bore
element according
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Martin Scheffel
Wilhelm Reinhardt
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02M69/38—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel characterised by means for facilitating the starting-up or idling of engines or by means for enriching fuel charge, e.g. below operational temperatures or upon high power demand of engines having an enrichment mechanism modifying fuel flow to injectors, e.g. by acting on the fuel metering device or on the valves throttling fuel passages to injection nozzles or overflow passages using fuel pressure, e.g. by varying fuel pressure in the control chambers of the fuel metering device

Definitions

  • the invention is based on a decoupling element for a
  • Fuel injection device according to the preamble of the main claim.
  • Fuel injection device shown in which a flat intermediate element is provided on a built-in a receiving bore of a cylinder head of an internal combustion engine fuel injection valve.
  • such intermediate elements are stored as support elements in the form of a washer on a shoulder of the receiving bore of the cylinder head.
  • the fuel injector is particularly suitable for use in fuel injection systems of
  • the intermediate element is a lower ring having a circular cross section which is disposed in a region in which both the fuel injection valve and the wall of the receiving bore in the cylinder head are frustoconical and serves as a compensation element for supporting and supporting the fuel injection valve.
  • Fuel injection devices are inter alia also from DE 100 27 662 AI, DE 100 38 763 AI and EP 1 223 337 AI known. These intermediate elements are characterized by the fact that they are all constructed in several parts or multi-layered and should partially take over sealing and damping functions. That from the
  • AI known intermediate element comprises a base 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 is known, consisting of two rigid rings and a sandwich between them
  • This compensating element allows both a tilting of the fuel injection valve to the axis of the
  • a likewise multi-layer intermediate element is also known from EP 1 223 337 AI, this intermediate element is composed of several washers, which consist of a damping material.
  • the damping material made of metal, rubber or PTFE is chosen and designed so that a noise attenuation of the vibrations generated by the operation of the fuel injection valve and noise is made possible.
  • 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 kind of
  • 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 improved noise attenuation is achieved.
  • the decoupling element has a non-linear, progressive spring characteristic, through which when installing the decoupling element in a fuel injection device with injectors for a
  • Direct fuel injection results in several positive and advantageous aspects.
  • the low stiffness of the decoupling element at the idling point allows effective decoupling of the fuel injection valve from the cylinder head and thereby significantly reduces noise radiated from the cylinder head in noise-critical idling operation.
  • the high rigidity at nominal system pressure provides low overall fuel injector movement during vehicle operation thereby assuring the durability of the gaskets that serve as the gasket and sealing against the fuel rail and a stable spray point of the fuel spray in the combustion chamber Stability of some combustion processes is crucial.
  • the decoupling element is characterized by a low height, which means that it can be used even in a small space.
  • the decoupling element also has a high fatigue strength even at high temperatures.
  • the decoupling element is
  • Fuel injection device possible.
  • Guiding elements are provided on the decoupling element, wherein the stiffness is increased in the contact case at high loads by the lateral guidance of the decoupling element in the receiving bore of the cylinder head.
  • Figure 1 is a partially illustrated fuel injection device in a known
  • Figure 2 is a mechanical equivalent circuit diagram of the support of
  • FIG. 3 shows the transmission behavior of a spring-mass-damper system shown in FIG. 2 with a gain at low frequencies in the range of the resonant frequency f R and an isolation range above the decoupling frequency f E ,
  • Figure 5 shows an inventive decoupling element as a single part in an oblique
  • Figure 6 shows a retaining ring as a single part in an oblique plan view
  • Figures 7 and 8 an alternative inventive decoupling element as a single part in an oblique plan view and oblique bottom view.
  • FIG. 1 is as an embodiment, a valve in the form of an injection valve 1 for
  • the fuel injection valve 1 is part of the fuel injection device. This is with a downstream end
  • Fuel injection valve 1 which is designed in the form of a direct-injection injector for direct injection of fuel into a combustion chamber 25 of the internal combustion engine, installed in a receiving bore 20 of a cylinder head 9.
  • a sealing ring 2 in particular made of Teflon TM, ensures optimum sealing of the
  • 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.
  • 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
  • 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, e.g. as punching-bending 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 to achieve over the known insectsicitivation on the one hand in a simple manner improved noise attenuation, especially in noise-critical idling operation, by a targeted design and geometry of the intermediate element 24, and on the other hand, easy and inexpensive one
  • Tolerance compensation which allows tilting of the fuel injection valve by up to 1 °, and allow lateral force-free operation under the influence of temperature.
  • the relevant noise source 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 sound), which lead to a structural excitation of the cylinder head 9 and are emitted from this as airborne sound. To achieve a sound improvement, therefore, is one
  • Influencing the transmission behavior between the fuel injection valve 1 and the cylinder head 9 can be achieved.
  • the bearing of the fuel injection valve 1 can be mapped on the passive intermediate member 24 in the receiving bore 20 of the cylinder head 9 as a conventional spring-mass damper system, as shown in Figure 2.
  • the mass M of the cylinder head 9 can be assumed to be infinite compared to the mass m of the fuel injection valve 1 in the first approximation.
  • the transmission behavior of such a system is characterized by a gain at low frequencies in the range of the resonant frequency f R and an isolation range above the decoupling frequency f E (see FIG. 3).
  • the aim of the invention is the design of an intermediate element 24 among the priority
  • the invention comprises on the one hand the definition and design of a suitable spring characteristic taking into account the typical requirements and boundary conditions in direct fuel injection with variable operating pressure and on the other the design of an intermediate element 24 which is able to map the characteristic of the spring characteristic defined in this way and over a choice of simple geometric parameters to the specific constraints of the
  • Injection system can be adjusted.
  • the decoupling of the fuel injection valve 1 from the cylinder head 9 by means of a low spring stiffness c of the decoupling element 25 according to the invention which is annular, in particular a closed ring, and is designed like a cushion in cross-section, in addition to the small space by restricting the maximum permissible movement of the fuel injection valve 1 during the Motor operation difficult.
  • the vehicle typically experiences the following quasi-static load conditions:
  • the decoupling element 25 with its cushion-like cross-section over its annular course is further designed so that a lower, eg substantially flat end face 26 is provided on a shoulder 23 of the Receiving bore 20 rests in the cylinder head 9, and an upper end face 27 is provided which extends from radially outward to radially inwardly rising conically and has abutting contact with a spherically curved or conical or tapered shoulder surface 21 of the valve housing 22 of the fuel injection valve 1.
  • Decoupling element 25 in addition to its conical rise to have a spherical bulge, in which case there is a very large radius in the contact area.
  • FIG. 4 shows a cross section through an inventive decoupling element 25 in a mounting situation on a fuel injection valve 1 in the region of the disc-shaped intermediate element 24 shown in FIG. 1, the intermediate element 24 being replaced by the decoupling element 25 according to the invention.
  • the decoupling element 25 on its upper side, the conical or conical end face 27, which in the installed state with the spherical or spherical running, convex or conical
  • Shoulder surface 21 of the valve housing 22 of the fuel injection valve 1 corresponds.
  • the shoulder surface 21 of the valve housing 22 is formed on a radially outwardly projecting shoulder 28, which already provides for a certain chambering of the decoupling element 25 between itself and the shoulder 23 of the receiving bore 20.
  • the shoulder surface 21 of the valve housing 22 does not have to be continuously curved in a spherical manner; It suffices such a shape in the contact region with the conical end face 27 of the decoupling element 25.
  • Decoupling element 25 may be rounded.
  • End face 27 of the decoupling element 25 allows in conjunction with a
  • Decoupling element 25 are conceivable according to the invention.
  • a captive for the decoupling element 25 can take over a locking ring 29 which is disposed below the decoupling element 25 while the decoupling element 25 engages under a small distance and is fixed to the valve housing 22 of the fuel injection valve 1. In this way it can be ensured that the fuel injection valve 1 can be mounted as a structural unit together with the decoupling element 25 in the receiving bore 20.
  • Figure 5 shows an inventive decoupling element 25 as a single part in an oblique plan view.
  • the conical or conically extending upper end face 27 of the decoupling element 25 it can be seen as a special design feature that at least one guide element 30 projecting radially on the outer circumference projects, in particular between three and twelve guide elements 30 in the shape of a nose-like manner
  • FIG. 6 shows an optional locking ring 29 as a single part in an oblique plan view.
  • the locking ring 29 is designed for example as a closed ring, the in
  • the securing ring 29 can also be designed in a different construction and with a different distance to the decoupling element 25 on the outer circumference of the fuel injection valve. 1 be arranged.
  • the retaining ring 29 may be designed as a compact, solid, continuous plastic ring with different functional areas by its filigree outer contour.
  • An alternative decoupling element 25 is shown in FIGS. 7 and 8. A collar 38 projecting beyond the shoulder 23 of the receiving bore 20 in the direction of the securing ring 29 and running obliquely on the decoupling element 25 can be used even better
  • Guide element 39 may be provided on the outer diameter of the smaller diameter collar 38.
  • the guide element 39 is thus an outer cylindrical annular region of the collar 38, which corresponds to the wall of the receiving bore 20 in the cylinder head 9 below the shoulder 23 for radial positioning.
  • the radial guide elements 30 at the larger diameter are no longer required.
  • Decoupling element 25 in the receiving bore 20 is exactly inserted into this, it may be appropriate that instead of the guide elements 30 more, e.g. four, Vorzentriernasen 30a at the largest diameter of the decoupling element 25 are formed. With the collar 38 can be the captive of the decoupling element 25 over the
  • Circlip 29 geometrically and functionally optimally designed because it is inexpensive to manufacture and assemble, requires little space and allows a required clearance for slight pivoting.

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Abstract

Das erfindungsgemäße Entkopplungselement für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung zeichnet sich besonders dadurch aus, dass eine geräuscharme und schwenkbare 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 (25) zwischen einem Ventilgehäuse (22) des Brennstoffeinspritzventils (1) und einer Wandung der Aufnahmebohrung (20). Das Entkopplungselement (25) ist ringförmig, insbesondere als geschlossener Ring, ausgeführt, der eine untere Stirnfläche (26) hat, die auf einer Schulter (23) der Aufnahmebohrung (20) aufliegt, und der eine obere Stirnfläche (27) hat, die von radial außen nach radial innen konisch ansteigend verläuft und Anlagekontakt mit einer sphärisch gewölbten Schulterfläche (21) des Ventilgehäuses (22) des Brennstoffeinspritzventils (1) hat. 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.
In der Figur 1 ist beispielhaft eine aus dem Stand der Technik bekannte
Brennstoffeinspritzvorrichtung gezeigt, 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 eine verbesserte Geräuschdämpfung erreicht wird. Das Entkopplungselement besitzt 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.
Das Entkopplungselement zeichnet sich durch eine geringe Bauhöhe aus, wodurch es auch bei kleinem Bauraum einsetzbar ist. Das Entkopplungselement besitzt zudem eine große Dauerfestigkeit auch bei hohen Temperaturen. Das Entkopplungselement ist
fertigungstechnisch sehr einfach und kostengünstig herstellbar. Die gesamte Aufhängung des Systems aus Brennstoffeinspritzventil und Entkopplungselement kann zudem einfach und schnell moniert bzw. demontiert werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen
Brennstoffeinspritzvorrichtung möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, dass neben der geometrisch ermöglichten Verkippbarkeit bzw. der Schwenkbarkeit des Brennstoffeinspritzventils zum Toleranzausgleich auch
Führungselemente am Entkopplungselement vorgesehen sind, wobei durch die seitliche Führung des Entkopplungselements in der Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes die Steifigkeit im Kontaktfall bei hohen Lasten erhöht wird. Durch diese besondere
Außenführung im Zylinderkopf mit sehr geringem Spiel wird die Toleranzsituation optimal gestaltet. Sollte das Brennstoffeinspritzventil im Betrieb unter Last z.B. wegen
temperaturbedingter Dehnungen weiter als üblich kippen, so ist dies möglich, da sich das Entkopplungselement nicht relativ zum Zylinderkopf in radialer Richtung bewegen kann.
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 in einer bekannten
Ausführung mit einem scheibenförmigen Zwischenelement,
Figur 2 ein mechanisches Ersatzschaltbild der Abstützung des
Brennstoffeinspritzventils im Zylinderkopf bei der Kraftstoffdirekteinspritzung, das ein gewöhnliches Feder- Masse- Dämpfer- System wiedergibt, Figur 3 das Übertragungsverhalten eines in Figur 2 gezeigten Feder- Masse- Dämpfer- Systems mit einer Verstärkung bei niedrigen Frequenzen im Bereich der Resonanzfrequenz fR und einem Isolationsbereich oberhalb der Entkoppelfrequenz fE,
Figur 4 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Entkopplungselement in einer
Einbausituation an einem Brennstoffeinspritzventil im Bereich des in Figur 1 gezeigten scheibenförmigen Zwischenelements,
Figur 5 ein erfindungsgemäßes Entkopplungselement als Einzelteil in einer schrägen
Draufsicht,
Figur 6 einen Sicherungsring als Einzelteil in einer schrägen Draufsicht und
Figuren 7 und 8 ein alternatives erfindungsgemäßes Entkopplungselement als Einzelteil in einer schrägen Draufsicht bzw. schrägen Unteransicht.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Zum Verständnis der Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur 1 eine bekannte Ausführungsform 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 ein flaches Zwischenelement 24 eingelegt, das als Abstützelement in Form einer Unterlegscheibe ausgeführt ist. Mit Hilfe eines solchen Zwischenelements 24 werden Fertigungs- und Montagetoleranzen ausgeglichen und eine querkraftfreie Lagerung auch bei leichter Schiefstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 sichergestellt. 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, gegenüber den bekannten Zwischenelementelösungen einerseits auf einfache Art und Weise eine verbesserte Geräuschdämpfung, vor allen Dingen im geräuschkritischen Leerlaufbetrieb, durch eine gezielte Auslegung und Geometrie des Zwischenelements 24 zu erreichen, und andererseits einfach und kostengünstig einen
Toleranzausgleich, der ein Verkippen des Brennstoffeinspritzventils um bis zu 1° erlaubt, und einen querkraftfreien Betrieb unter Temperatureinfluss zu ermöglichen. 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. lm mechanischen Sinne kann die Lagerung des Brennstoffeinspritzventils 1 auf dem passiven Zwischenelement 24 in der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 als ein gewöhnliches Feder- Masse- Dämpfer- System abgebildet werden, wie dies in Figur 2 dargestellt ist. Die Masse M des Zylinderkopfs 9 kann dabei gegenüber der Masse m 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 (siehe Figur 3). Ziel der Erfindung ist die Auslegung eines Zwischenelementes 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 Zwischenelementes 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. Die Entkopplung des Brennstoffeinspritzventils 1 vom Zylinderkopf 9 mit Hilfe einer geringen Federsteifigkeit c des erfindungsgemäßen Entkopplungselements 25, das ringförmig, insbesondere als geschlossener Ring, und im Querschnitt polsterartig ausgeführt ist, wird neben dem geringen Bauraum durch eine Einschränkung der zulässigen Maximalbewegung des Brennstoffeinspritzventils 1 während des Motorbetriebs erschwert. Im Fahrzeug treten typischerweise folgende quasi-statische Lastzustände auf:
1. die nach der Montage durch einen Niederhalter 10 aufgebrachte statische Niederhaltekraft
2. die bei Leerlauf-Betriebsdruck vorliegende Kraft FL und
3. die bei nominalem Systemdruck vorliegende Kraft FSys.
Um die geräuschentkoppelnden Maßnahmen bei typischen Randbedingungen der
Kraftstoffdirekteinspritzung (geringer Bauraum, große Kräfte, geringe axiale
Gesamtbewegung des Brennstoffeinspritzventils 1) auf einfache und kostengünstige Weise umsetzen zu können, ist das Entkopplungselement 25 erfindungsgemäß mit seinem polsterartigen Querschnitt über seinen ringförmigen Verlauf weiterhin so gestaltet, dass eine untere, z.B. weitgehend ebene Stirnfläche 26 vorgesehen ist, die auf einer Schulter 23 der Aufnahmebohrung 20 im Zylinderkopf 9 aufliegt, und eine obere Stirnfläche 27 vorgesehen ist, die von radial außen nach radial innen konisch ansteigend verläuft und Anlagekontakt mit einer sphärisch gewölbten oder kegeligen bzw. konisch verlaufenden Schulterfläche 21 des Ventilgehäuses 22 des Brennstoffeinspritzventils 1 hat. Die obere Stirnfläche 27 des
Entkopplungselements 25 kann neben ihrem konischen Anstieg dazu noch eine sphärische Auswölbung aufweisen, wobei dann ein sehr großer Radius im Kontaktbereich vorliegt.
In der Figur 4 ist ein Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Entkopplungselement 25 in einer Einbausituation an einem Brennstoffeinspritzventil 1 im Bereich des in Figur 1 gezeigten scheibenförmigen Zwischenelements 24 dargestellt, wobei das Zwischenelement 24 durch das erfindungsgemäße Entkopplungselement 25 ersetzt ist.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Entkopplungselement 25 an seiner Oberseite die konisch bzw. kegelig verlaufende Stirnfläche 27 auf, die im eingebauten Zustand mit der ballig bzw. sphärisch ausgeführten, konvex gewölbten oder kegeligen
Schulterfläche 21 des Ventilgehäuses 22 des Brennstoffeinspritzventils 1 korrespondiert. Die Schulterfläche 21 des Ventilgehäuses 22 ist dabei an einer radial nach außen stehenden Schulter 28 ausgebildet, die zwischen sich und der Schulter 23 der Aufnahmebohrung 20 bereits für eine gewisse Kammerung des Entkopplungselements 25 sorgt. Die Schulterfläche 21 des Ventilgehäuses 22 muss nicht durchgehend sphärisch gewölbt verlaufen; es genügt eine solche Ausformung im Kontaktbereich mit der konisch verlaufenden Stirnfläche 27 des Entkopplungselements 25. Die jeweiligen Übergänge der oberen Stirnfläche 27 und der unteren Stirnfläche 26 zu den beiden inneren und äußeren Ringmantelflächen des
Entkopplungselements 25 können abgerundet sein. Die erfindungsgemäße Geometrie mit einem flachen Winkel bzw. einem großen Radius der Wölbung an der sphärisch gewölbten Schulterfläche 21 des Ventilgehäuses 22 und der konisch bzw. kegelig verlaufenden
Stirnfläche 27 des Entkopplungselements 25 ermöglicht in Verbindung mit einer
Außenführung des Entkopplungselements 25, die besonders über die Darstellung in Figur 5 deutlich wird, an der Wandung der Aufnahmebohrung 20 im Zylinderkopf 9 mit einem relativ großen Spiel nach radial innen zum Brennstoffeinspritzventil 1 hin und mit einem sehr geringen Spiel nach radial außen zur Wandung der Aufnahmebohrung 20 hin den Einsatz eines spritzbaren Kunststoffelements oder eines kaltverformten Aluminiumelements. Ein solches Entkopplungselement 25 ist kostengünstig zu fertigen und entkoppelt den
Körperschall in der gewünschten Weise. Zusammen mit der geringfügig konvex gewölbten Schulterfläche 21 des Ventilgehäuses 22 entsteht eine schwenkbare bzw. verkippbare Verbindung zum Toleranzausgleich. Bei Versatz zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und der Aufnahmebohrung 20 im Rahmen der tolerierten Fertigungsschwankungen kann es zu einer leichten Schiefstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 kommen. Durch die schwenkbare Verbindung zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und dem Entkopplungselement 25 werden dann Querkräfte bei einer Schiefstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 weitgehend vermieden. Kegel/Kegel-, Kegel/Kugel-, Kugel/Kegel- oder Kugel/Kugel-Paarungen von Ventilgehäuse 22 und
Entkopplungselement 25 sind erfindungsgemäß denkbar.
Eine Verliersicherung für das Entkopplungselement 25 kann ein Sicherungsring 29 übernehmen, der unterhalb des Entkopplungselements 25 angeordnet ist und dabei das Entkopplungselement 25 mit geringem Abstand untergreift und am Ventilgehäuse 22 des Brennstoffeinspritzventils 1 fixiert ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Brennstoffeinspritzventil 1 als Baueinheit zusammen mit dem Entkopplungselement 25 in der Aufnahmebohrung 20 montiert werden kann.
Figur 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Entkopplungselement 25 als Einzelteil in einer schrägen Draufsicht. Neben der konisch bzw. kegelig verlaufenden oberen Stirnfläche 27 des Entkopplungselements 25 ist als besonderes Designmerkmal erkennbar, dass wenigstens ein radial am Außenumfang abstehendes Führungselement 30, insbesondere zwischen drei und zwölf Führungselemente 30 in Form von nasenartig abstehenden
Führungsbunden, vorgesehen sind. Durch diese besondere Außenführung des
Entkopplungselements 25 in der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 mit sehr geringem Spiel wird die Toleranzsituation optimal gestaltet. Sollte das
Brennstoffeinspritzventil 1 im Betrieb unter Last z.B. wegen temperaturbedingter Dehnungen weiter als üblich kippen, so ist dies möglich, da sich das Entkopplungselement 25 nicht relativ zum Zylinderkopf 9 in radialer Richtung bewegen kann. Figur 6 zeigt einen optionalen Sicherungsring 29 als Einzelteil in einer schrägen Draufsicht. Der Sicherungsring 29 ist beispielsweise als geschlossener Ring ausgeführt, der im
Querschnitt abgeknickt verläuft, wobei ein oberer, weitgehend ebener Ringkragen 31 umlaufend ausgebildet ist und sich davon mehrere, über den Umfang verteilte
Verspreizlaschen 32, die am Ventilgehäuse 22 anliegen, abgewinkelt erstrecken. Der Sicherungsring 29 kann auch in einer anderen Bauweise ausgeführt und mit einem anderen Abstand zum Entkopplungselement 25 am Außenumfang des Brennstoffeinspritzventils 1 angeordnet sein. Insbesondere kann der Sicherungsring 29 als kompakter, massiver, durchgehender Kunststoff ring mit verschiedenen Funktionsbereichen durch seine filigrane Außenkontur ausgeführt sein. Ein alternatives Entkopplungselement 25 zeigen die Figuren 7 und 8. Ein über die Schulter 23 der Aufnahmebohrung 20 in Richtung zum Sicherungsring 29 ragender und schräg ausgeführter Kragen 38 am Entkopplungselement 25 kann für eine noch bessere
Stabilisierung des Entkopplungselements 25 im Verkippungsfall sorgen bzw. ermöglicht die sehr kompakte Ausführung des Sicherungsrings 29, da das Entkopplungselement 25 im Bereich des Kragens 38 bei geringen radialen Abmessungen des Sicherungsringes 29 bereits sicher Untergriffen ist. Anstelle der Führungselemente 30 am durchmessergrößten Erstreckungsbereich des Entkopplungselements 25 kann so ein ringförmiges
Führungselement 39 am Außendurchmesser des durchmesserkleineren Kragens 38 vorgesehen sein. Das Führungselement 39 ist also ein äußerer zylindrischer Ringbereich des Kragens 38, der mit der Wandung der Aufnahmebohrung 20 im Zylinderkopf 9 unterhalb der Schulter 23 zur radialen Positionierung korrespondiert. Die radialen Führungselemente 30 am größeren Durchmesser sind nun nicht mehr erforderlich. Damit der Kragen 38 mit dem Führungselement 39 bei der Montage des Brennstoffeinspritzventils 1 mit dem
Entkopplungselement 25 in der Aufnahmebohrung 20 exakt in diese einführbar ist, kann es sinnvoll sein, dass anstelle der Führungselemente 30 mehrere, z.B. vier, Vorzentriernasen 30a am größten Durchmesser des Entkopplungselements 25 angeformt sind. Mit dem Kragen 38 lässt sich die Verliersicherung des Entkopplungselements 25 über den
Sicherungsring 29 geometrisch und funktional optimal gestalten, da es kostengünstig herstell- und montierbar ist, geringen Bauraum erfordert und ein erforderliches Spiel zum geringfügigen Schwenken ermöglicht.

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 zwischen einem
Ventilgehäuse (22) des Brennstoffeinspritzventils (1) und einer Wandung der
Aufnahmebohrung (20) eingebracht ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Entkopplungselement (25) ringförmig, insbesondere als geschlossener Ring, ausgeführt ist, der eine untere Stirnfläche (26) hat, die auf einer Schulter (23) der
Aufnahmebohrung (20) aufliegt, und der eine obere Stirnfläche (27) hat, die von radial außen nach radial innen ansteigend entweder konisch oder zusätzlich mit einer sphärischen Auswölbung mit großem Radius verläuft und Anlagekontakt mit einer sphärisch gewölbten oder kegeligen Schulterfläche (21) des Ventilgehäuses (22) des Brennstoffeinspritzventils (1) hat.
2. Entkopplungselement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Entkopplungselement (25) eine im Querschnitt polsterartige Kontur aufweist.
3. Entkopplungselement nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Entkopplungselement (25) ein gespritztes Kunststoffelement oder ein
kaltverformtes Aluminiumelement ist.
4. Entkopplungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Entkopplungselement (25) derart eingebaut ist, dass ein relativ großes Spiel nach radial innen zum Brennstoffeinspritzventil (1) hin und ein sehr geringes Spiel nach radial außen zur Wandung der Aufnahmebohrung (20) hin vorliegt.
5. Entkopplungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die jeweiligen Übergänge der oberen Stirnfläche (27) und der unteren Stirnfläche (26) zu den beiden inneren und äußeren Ringmantelflächen des Entkopplungselements (25) abgerundet sind.
6. Entkopplungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein radial am Außenumfang abstehendes Führungselement (30), insbesondere zwischen drei und zwölf Führungselemente (30) in Form von nasenartig abstehenden Führungsbunden, vorgesehen sind.
7. Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein axial abstehender Kragen (38) am Entkopplungselement (25) vorgesehen ist, der am äußeren Umfang ein ringförmiges Führungselement (39) aufweist.
8. Entkopplungselement nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass am größten Durchmesser des Entkopplungselements (25) mehrere Vorzentriernasen (30a) angeformt sind.
9. Entkopplungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Verliersicherung für das Entkopplungselement (25) ein Sicherungsring (29) vorgesehen ist.
10. Entkopplungselement nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sicherungsring (29) einen umlaufenden, weitgehend ebenen Ringkragen (31) besitzt, von dem mehrere, über den Umfang verteilte Verspreizlaschen (32) sich abgewinkelt erstrecken.
11. Entkopplungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungselement (25) im Bereich seiner oberen, konisch verlaufenden Stirnfläche (27) eine schwenkbare bzw. verkippbare Verbindung mit dem
Brennstoffeinspritzventil (1) zum Toleranzausgleich eingeht.
12. 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 (25) aufliegt.
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