EP3244057B1

EP3244057B1 - Assembly for a fuel injection system with a fuel injection valve and a decoupling element

Info

Publication number: EP3244057B1
Application number: EP17171749.9A
Authority: EP
Inventors: Michael Knorpp; Martin Maier; Martin Scheffel; Michael Mayer; Pablo Antonio NAPAL JIMINEZ
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2019-12-18
Anticipated expiration: 2033-09-24
Also published as: BR112015011059A2; EP2923067B1; CN104797808B; CN104797808A; DE102012221134A1; EP3244057A1; JP2015535052A; US10072623B2; WO2014079609A1; KR20150084863A; US20160169176A1; JP6039153B2; EP2923067A1

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft ein Entkoppelelement, das zum Entkoppeln eines Brennstoffeinspritzventils von einem Zylinderkopf dient, und eine Anordnung mit einem Brennstoffeinspritzventil und solch einem Entkoppelelement. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, wobei über Brennstoffeinspritzventile unter hohem Druck stehender Brennstoff in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.The invention relates to a decoupling element, which is used for decoupling a fuel injection valve from a cylinder head, and an arrangement with a fuel injection valve and such a decoupling element. In particular, the invention relates to the field of fuel injection systems of internal combustion engines, fuel under high pressure being injected into associated combustion chambers of the internal combustion engine via fuel injection valves.

Aus der DE 103 38 715 A1 ist ein Ausgleichselement für ein Brennstoffeinspritzventil bekannt. Das Ausgleichselement dient hierbei zur Lagerung eines Brennstoffeinspritzventils in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine. Das Ausgleichselement ist ringförmig ausgebildet und zwischen einem Ventilgehäuse des Brennstoffeinspritzventils und einer Wandung einer Aufnahmebohrung des Zylinderkopfs angeordnet. Das Ausgleichselement weist Schenkel auf, welche sich an dem Brennstoffeinspritzventil und dem Zylinderkopf abstützen. Hierbei liegt ein erster Schenkel an einer Schulter des Zylinderkopfes an. Ein zweiter Schenkel liegt an einer Schulter des Ventilgehäuses an. An dem Ausgleichselement können Freistiche und Durchbrüche vorgesehen sein. Hierbei kann das Ausgleichselement Segmente aufweisen, die aus dem Ausgleichselement ausgestanzt und nach radial innen gebogen sind. Hierdurch sorgt das Ausgleichselement sowohl für einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen der einzelnen Bauteile als auch von Toleranzen, die auf die Erwärmung des Brennstoffeinspritzventils während des Betriebs zurückzuführen sind, und beugt somit Verkanten und Fehlstellungen vor.From the DE 103 38 715 A1 a compensation element for a fuel injector is known. The compensating element is used for mounting a fuel injection valve in a cylinder head of an internal combustion engine. The compensating element is ring-shaped and is arranged between a valve housing of the fuel injection valve and a wall of a receiving bore in the cylinder head. The compensating element has legs which are supported on the fuel injection valve and the cylinder head. Here, a first leg rests on a shoulder of the cylinder head. A second leg rests on a shoulder of the valve housing. Undercuts and breakthroughs can be provided on the compensating element. The compensating element can have segments that are punched out of the compensating element and bent radially inward. In this way, the compensating element both compensates for manufacturing tolerances of the individual components and also tolerances that are due to the heating of the fuel injector during operation, and thus prevents canting and incorrect positions.

Die aus der DE 103 38 715 A1 bekannte Ausgestaltung des Ausgleichselements für ein Brennstoffeinspritzventil hat den Nachteil, dass bei einer entsprechend großen Belastung umfänglich Spannungen in dem Material auftreten, die am Umfang zu Anrissen und schließlich zum Versagen des Ausgleichselements führen können.The one from the DE 103 38 715 A1 The known design of the compensating element for a fuel injector has the disadvantage that, with a correspondingly large load, tensions occur extensively in the material, which can lead to cracks on the circumference and ultimately to failure of the compensating element.

Aus der DE 10 2008 054 591 A1 ist ein Entkopplungselement für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung bekannt. Durch das Entkopplungselement wird eine geräuscharme Konstruktion realisiert. Die Federsteifigkeit des Entkopplungselements ist dabei derart niedrig gewählt und das Entkopplungselement ist derart platziert, dass die Entkoppelresonanz im Frequenzbereich unter 2,5 kHz liegt. Bei einer möglichen Ausführung wird eine mögliche Schiefstellung eines Brennstoffeinspritzventils durch eine lokale Schwächung eines inneren Auflagebereichs des Entkopplungselements aufgefangen. Diese lokale Schwächung des radial inneren Auflagebereichs wird durch radial verlaufende Schlitze erzielt, die vom Innendurchmesser des Entkopplungselements ausgehend beispielsweise bis zum inneren Radius verlaufen. Typischerweise können solche Schlitze oder auch andere die Steifigkeit reduzierende Öffnungen hierbei in einer Anzahl von drei bis zwanzig vorgesehen sein.From the DE 10 2008 054 591 A1 a decoupling element for a fuel injection device is known. The decoupling element creates a low-noise design. The spring stiffness of the decoupling element is chosen to be so low and the decoupling element is placed in such a way that the decoupling resonance in the frequency range is below 2.5 kHz. In one possible embodiment, a possible misalignment of a fuel injection valve is compensated for by local weakening of an inner contact area of the decoupling element. This local weakening of the radially inner contact area is achieved by radially extending slots which, starting from the inner diameter of the decoupling element, extend, for example, to the inner radius. Typically, such slots or other openings reducing the rigidity can be provided in a number of three to twenty.

Das aus der DE 10 2008 054 591 A1 bekannte Entkopplungselement hat den Nachteil, dass es entsprechend einer Tellerfeder aufgebaut ist und im montierten Zustand auf Zug belastet wird. Somit stellt sich über die Lebensdauer das Problem, eine ausreichende Bauteilfestigkeit und zugleich die gewünschte Geräuschreduktion zu gewährleisten.That from the DE 10 2008 054 591 A1 Known decoupling element has the disadvantage that it is constructed in accordance with a plate spring and is subjected to tension in the assembled state. Thus, the problem arises over the service life of ensuring sufficient component strength and at the same time the desired noise reduction.

Aus der nicht vorveröffentlichten WO 2013/092003 A1 ist bereits ein Entkopplungselement für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung bekannt. Das Entkopplungselement weist als Festkörpergelenk eine nicht-lineare, progressive Federkennlinie auf, wobei wenigstens ein Anlagekragen eine sphärisch bzw. ballig ausgeführte Ventilanlagefläche besitzt, der sich aus einem flachen Ringbereich empor erstreckt, wobei der flache Ringbereich auf einem Stützsockel fußt und die Innenseite des Ringbereichs einen kleineren Innendurchmesser hat als der Anlagekragen und der sich an der Wandung der Aufnahmebohrung abstützende Stützsockel. Anstelle eines umlaufenden Anlagekragens können auch mehrere über den Umfang gleich verteilte Anlagekragenabschnitte vorgesehen sein. Der Ringbereich des Entkopplungselements kann sich optional zusätzlich noch auf einem an einer Ventilschulter aufliegenden Sprengring mit seiner Innenkante abstützen.From the unpublished WO 2013/092003 A1 a decoupling element for a fuel injection device is already known. The decoupling element has a non-linear, progressive spring characteristic as a solid body joint, at least one contact collar having a spherical or spherical valve contact surface that extends up from a flat ring area, the flat ring area being based on a support base and the inside of the ring area one has a smaller inner diameter than the contact collar and the support base that is supported on the wall of the receiving bore. Instead of a circumferential investment collar, a plurality of investment collar sections distributed equally over the circumference can also be provided. The ring area of the decoupling element can optionally also be supported with its inner edge on a snap ring resting on a valve shoulder.

Disclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Entkoppelelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 3 haben den Vorteil, dass eine verbesserte Schwingungsdämpfung über die Lebensdauer gewährleistet ist. Speziell ergibt sich der Vorteil, dass eine ausreichende Geräuschdämpfung auch nach einer hohen Betriebsdauer gewährleistet ist und ein vorzeitiges Bauteilversagen vermieden wird.The decoupling element according to the invention with the features of claim 1 and the arrangement according to the invention with the features of claim 3 have the advantage that an improved vibration damping is ensured over the service life. In particular, there is the advantage that sufficient noise damping is ensured even after a long period of operation and premature component failure is avoided.

Mit dem vorgeschlagenen Entkoppelelement kann in einfacher Weise, mit möglichst geringem Bauraum und mit geringen Zusatzkosten die Geräuschübertragung des Brennstoffeinspritzventils zum Zylinderkopf reduziert werden. Hierbei kann eine vorgegebene Zielsteifigkeit, beispielsweise von weniger als 50 kN/mm eingehalten werden.With the proposed decoupling element, the noise transmission of the fuel injector to the cylinder head can be reduced in a simple manner, with the smallest possible installation space and with low additional costs. A specified target stiffness, for example less than 50 kN / mm, can be maintained.

Auch die zugehörige Betriebsfestigkeit, die insbesondere bei hohen Systemdrücken, wie beispielsweise bei einer Benzin-Direkteinspritzung, erforderlich ist, kann gewährleistet werden. Hierbei können eine Schwingungsisolierung, eine Entkopplung und eine Abkopplung von Körperschall gewährleistet werden.The associated operational stability, which is required in particular at high system pressures, such as in the case of direct petrol injection, can also be guaranteed. Vibration isolation, decoupling and decoupling of structure-borne noise can be ensured here.

Als Hintergrund der Erfindung hat sich herausgestellt, dass rotationssymmetrische Ausgestaltungen, wie bei Tellerfedern, bei einem Entkoppelelement für hohe Systemdrücke und damit große Axiallasten in Verbindung mit dem vorgegebenen sehr kleinen Bauraum nicht das gewünschte Ergebnis ergeben. Dies kommt daher, dass solche Ausgestaltungen durch die wirkenden Kräfte und die damit bedingten Verformungen große Umfangsspannungen ausbilden, die am Umfang zu Anrissen und schließlich zum Versagen des Bauteils führen. Eine denkbare Lösung besteht zwar darin, durch eine Erhöhung der Wandstärke diesen Problemen zu begegnen. Durch die massive Gestaltung dieser Elemente zur Spannungsreduktion kann dann aber die geforderte Entkopplungssteifigkeit nicht mehr gewährleistet werden.As a background of the invention, it has been found that rotationally symmetrical configurations, such as in the case of disc springs, do not produce the desired result in a decoupling element for high system pressures and thus large axial loads in conjunction with the specified very small installation space. This is due to the fact that such configurations, due to the acting forces and the resulting deformations, form large circumferential stresses, which on the circumference lead to cracks and ultimately to component failure. A conceivable solution is to counter these problems by increasing the wall thickness. Due to the massive design of these elements for voltage reduction, the required decoupling stiffness can no longer be guaranteed.

Erfindungsgemäß kann durch eine spezielle Segmentierung, die ein Aufbrechen der Rotationssymmetrie bedeutet, das Problem der Umfangsspannungen eingegrenzt werden. Die Entkopplungssteifigkeit ergibt sich dann durch die Summe der Steifigkeiten der einzelnen über den Umfang verteilten Segmente. Dies entspricht einer Parallelschaltung von Biegefedern. Die als einzelne Biegeelemente wirkenden Segmente werden hierbei nur noch durch einen vergleichsweise kleinen, umlaufenden, geschlossenen Ring des zylinderseitigen Auflagebereichs des Grundkörpers zusammengehalten. Somit wird zum einen eine bessere Elastizität der Segmente erzielt, da diese vergleichsweise groß ausgestaltet sind und damit bei vorgegebener Zielsteifigkeit mit vergleichsweise dicker Materialstärke ausgelegt werden können. Zum anderen konzentrieren sich die mechanischen Umfangsspannungen auf den zylinderseitigen Auflagebereich des Grundkörpers, der nichts zum Federverhalten beiträgt und somit in Bezug auf die erforderlichen Umfangskräfte ausgelegt werden kann.According to the invention, the problem of the circumferential tensions can be limited by a special segmentation, which means breaking up the rotational symmetry. The decoupling stiffness then results from the sum of the stiffnesses of the individual segments distributed over the circumference. This corresponds to a parallel connection of spiral springs. The segments acting as individual bending elements are held together only by a comparatively small, circumferential, closed ring of the cylinder-side support area of the base body. Thus, on the one hand, a better elasticity of the segments is achieved, since they are designed to be comparatively large and can therefore be designed with a comparatively thick material thickness given a given target stiffness. On the other hand, the mechanical circumferential stresses are concentrated on the cylinder-side support area of the base body, which does not contribute to the spring behavior and can therefore be designed in relation to the required circumferential forces.

Der Vorteil dieser speziellen Segmentierung in die einzelnen als Biegeelemente dienenden Segmente ist somit auch, dass bei Einhaltung der geforderten Steifigkeitswerte deutlich niedrigere Belastungen im Bauteil auftreten und damit die Festigkeitsanforderungen an den Werkstoff geringer sind.The advantage of this special segmentation into the individual segments that serve as bending elements is therefore that, if the required stiffness values are adhered to, significantly lower loads occur in the component and thus the strength requirements for the material are lower.

Ein weiterer Vorteil ist, dass in die Form der Segmente (Biegeelemente) die Funktion des zur Querkraftkompensation notwendigen Toleranzausgleichselements auf einfache Weise integriert werden kann. Durch eine ballige oder ähnliche Gestaltung der Segmente kann das Brennstoffeinspritzventil auf dem Entkoppelelement wie auf einem Kugelgelenk verkippen und dadurch können wirkende Querkräfte und Toleranzversätze zwischen einer Mittellinie einer Einbaubohrung am Zylinderkopf und einer Mittellinie einer Railtasse ausgeglichen werden.Another advantage is that the function of the tolerance compensation element required for shear force compensation can be easily integrated into the shape of the segments (bending elements). Due to a spherical or similar design of the segments, the fuel injection valve on the decoupling element can tilt like on a ball joint and thus transverse forces and tolerance offsets between a center line of an installation hole on the cylinder head and a center line of a rail cup can be compensated.

Somit hat die erfindungsgemäße Ausgestaltung, bei der nur der zylinderseitige Auflagebereich des Grundkörpers zumindest teilweise in Form eines geschlossenen Rings ausgestaltet ist, wesentliche Vorteile. Diese Ausgestaltung ist so zu verstehen, dass der Grundkörper jedenfalls außerhalb des zylinderseitigen Auflagebereichs in die über den Umfang verteilten Segmente segmentiert ist. Dies umfasst allerdings auch die Möglichkeit, dass sich die über den Umfang verteilten Segmente auch teilweise in den zylinderseitigen Auflagebereich des Grundkörpers erstrecken. Dann ist der zylinderseitige Auflagebereich des Grundkörpers nur teilweise in Form eines geschlossenen Rings ausgestaltet.Thus, the configuration according to the invention, in which only the cylinder-side support area of the base body is at least partially designed in the form of a closed ring, has significant advantages. This configuration is to be understood in such a way that the base body is segmented outside the cylinder-side support area into the segments distributed over the circumference. However, this also includes the possibility that the segments distributed over the circumference also extend partially into the support region of the base body on the cylinder side. Then the support area of the base body on the cylinder side is only partially designed in the form of a closed ring.

Nur wenn der zylinderseitige Auflagebereich des Grundkörpers ganz in Form eines geschlossenen Rings ausgestaltet ist, dann erstrecken sich die über den Umfang verteilten Segmente des Grundkörpers nicht in den zylinderseitigen Auflagebereich.Only if the support area of the base body on the cylinder side is designed entirely in the form of a closed ring, then the segments of the base body distributed over the circumference do not extend into the support area on the cylinder side.

Vorteilhaft ist es, dass der Grundkörper beim Abstützen des Brennstoffeinspritzventils zwischen dem ventilseitigen Stützbereich und dem zylinderseitigen Auflagebereich auf Druck beaufschlagt ist. Hierdurch können die über den Umfang verteilten Segmente in vorteilhafter Weise als Biegesegmente wirken. Dabei sind in Bezug auf eine vorgegebene maximale Beanspruchung des Materials vergleichsweise große Biegebewegungen möglich. Dies ermöglicht unter anderem einen vorteilhaften Toleranzausgleich bezüglich der Positionierung des Brennstoffeinspritzventils.It is advantageous that the base body is pressurized when the fuel injector is supported between the valve-side support area and the cylinder-side support area. As a result, the segments distributed over the circumference can advantageously act as bending segments. Comparatively large bending movements are possible in relation to a predetermined maximum stress on the material. Among other things, this enables advantageous tolerance compensation with regard to the positioning of the fuel injector.

Vorteilhaft ist es auch, dass der geschlossene Ring des zylinderseitigen Auflagebereichs zwischen den über den Umfang verteilten Segmenten Ausbuchtungen aufweist, die sich radial nach außen erstrecken. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass der Grundkörper Ausnehmungen aufweist, die zwischen den Segmenten des Grundkörpers vorgesehen sind und dass sich die Ausnehmungen des Grundkörpers teilweise in den zylinderseitigen Auflagebereich des Grundkörpers erstrecken, so dass der zylinderseitige Auflagebereich des Grundkörpers nur teilweise in Form eines geschlossenen Rings ausgestaltet ist. Bei dieser Ausgestaltung erstrecken sich die über den Umfang verteilten Segmente des Grundkörpers somit auch etwas in den Auflagebereich. Hierdurch wird ein Verbiegen der Segmente weiter erleichtert. Auch die auftretenden Bauteilspannungen in Umfangsrichtung können in vorteilhafter Weise auf den geschlossenen Ring konzentriert werden. Die zwischen den über den Umfang verteilten Segmenten vorgesehenen Ausbuchtungen, die somit Ihrerseits über den Umfang verteilt sind, gewährleisten im Bereich der Segmente einen ausreichend großen Materialquerschnitt, um die in Umfangsrichtung wirkenden Kräfte aufzunehmen. Zugleich wird durch die Ausbuchtungen das Biegeverhalten der Segmente nicht beeinflusst. Jedoch kann durch die Ausbuchtungen die Auflagefläche am Zylinderkopf vergrößert werden. Somit ermöglichen die Ausbuchtungen eine verbesserte Ausgestaltung mit weiteren Vorteilen. Hierbei ist es auch von Vorteil, dass die Ausbuchtungen des geschlossenen Rings, die sich teilweise in den zylinderseitigen Auflagebereich des Grundkörpers erstreckenden Ausnehmungen überbrücken. Bei dieser Ausgestaltung erstrecken sich die Ausbuchtungen auch etwas in die Bereiche des zylinderseitigen Auflagebereichs, die sich in Umfangsrichtung jeweils beidseitig an die Ausnehmungen anschließen. Somit wird eine vorteilhafte Krafteinleitung in die an die Ausnehmungen angrenzenden Bereiche und somit ein vorteilhafter Kraftschluss über den Umfang erzielt.It is also advantageous that the closed ring of the cylinder-side support area has bulges between the segments distributed over the circumference, which extend radially outwards. It is also advantageous here that the base body has recesses that are provided between the segments of the base body and that the recesses of the base body extend partially into the cylinder-side support area of the base body, so that the cylinder-side support area of the base body only partially in the form of a closed ring is designed. In this embodiment, the segments of the base body distributed over the circumference thus also extend somewhat into the support area. This further facilitates bending of the segments. The component stresses occurring in the circumferential direction can also be concentrated in an advantageous manner on the closed ring. The bulges provided between the segments distributed over the circumference, which in turn are therefore distributed over the circumference, ensure a sufficiently large material cross section in the region of the segments to absorb the forces acting in the circumferential direction. At the same time, the bulges do not affect the bending behavior of the segments. However, the contact area on the cylinder head can be enlarged by the bulges. The bulges thus enable an improved configuration with further advantages. It is also advantageous here that the bulges of the closed ring, which partially bridge recesses that extend into the cylinder-side support area of the base body. In this embodiment, the bulges also extend somewhat into the areas of the cylinder-side support area, which adjoin the recesses on both sides in the circumferential direction. In this way, an advantageous introduction of force into the areas adjacent to the recesses and thus an advantageous non-positive connection over the circumference is achieved.

Vorteilhaft ist es auch, dass der geschlossene Ring des zylinderseitigen Auflagebereichs als zumindest im Wesentlichen ebener zylinderseitiger Auflagebereich für den Zylinderkopf ausgestaltet ist. Somit ergibt sich eine vorteilhafte Stützfläche und eine zuverlässige Positionierung auf dem Zylinderkopf.It is also advantageous that the closed ring of the cylinder-side support area is designed as an at least substantially flat cylinder-side support area for the cylinder head. This results in an advantageous support surface and reliable positioning on the cylinder head.

Erfindungsgemäß ist zumindest an einem Segment des ventilseitigen Stützbereichs ein Sicherungselement ausgestaltet, das im montierten Zustand mit dem Gehäuse des Brennstoffeinspritzventils zusammen wirkt. Insbesondere können mehrere Sicherungselemente vorgesehen sein, die zum Ausbilden einer Verliersicherung jeweils in radialer Richtung gegen das Gehäuse des Brennstoffeinspritzventils vorgespannt sind. Hierdurch ist auch eine vorteilhafte Montage der Anordnung aus dem Brennstoffeinspritzventil und dem daran befestigten Entkoppelelement möglich.According to the invention, a securing element is configured at least on a segment of the valve-side support area, which in the assembled state interacts with the housing of the fuel injector. In particular, a plurality of securing elements can be provided, each of which is prestressed in the radial direction against the housing of the fuel injector in order to form an anti-loss device. This also enables an advantageous assembly of the arrangement comprising the fuel injection valve and the decoupling element attached to it.

Brief description of the drawings

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine nicht erfindungsgemäße Anordnung mit einem Brennstoffeinspritzventil und einem Entkoppelelement sowie einen Zylinderkopf in einer auszugsweisen, schematischen und räumlichen Darstellung;
Fig. 2 die in der Fig. 1 dargestellte Anordnung und den Zylinderkopf;
Fig. 3 die in Fig. 1 dargestellte Anordnung und den Zylinderkopf;
Fig. 4 das Entkoppelelement der in Fig. 1 dargestellten Anordnung in einer auszugsweisen, schematischen und räumlichen Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise;
Fig. 5 eine Anordnung mit einem Brennstoffeinspritzventil und einem Entkoppelelement sowie einen Zylinderkopf in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 6 eine nicht erfindungsgemäße Anordnung und
Fig. 7 die in Fig. 5 dargestellte Anordnung und den Zylinderkopf entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Preferred exemplary embodiments of the invention are explained in more detail in the following description with reference to the accompanying drawings, in which corresponding elements are provided with corresponding reference symbols. It shows:

Fig. 1 an arrangement not according to the invention with a fuel injection valve and a decoupling element and a cylinder head in a partial, schematic and spatial representation;
Fig. 2 the in the Fig. 1 arrangement shown and the cylinder head;
Fig. 3 in the Fig. 1 arrangement shown and the cylinder head;
Fig. 4 the decoupling element of the in Fig. 1 arrangement shown in a partial, schematic and spatial representation to illustrate the operation;
Fig. 5 an arrangement with a fuel injection valve and a decoupling element and a cylinder head in a partial, schematic sectional view according to a first embodiment of the invention;
Fig. 6 an arrangement not according to the invention and
Fig. 7 in the Fig. 5 shown arrangement and the cylinder head according to a second embodiment of the invention.

Embodiments of the invention

Fig. 1 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Anordnung 1 mit einem Brennstoffeinspritzventil 2 und einem Entkoppelelement 3 und einen Zylinderkopf 4 in einer auszugsweisen, schematischen und räumlichen Darstellung. Die Anordnung 1 dient für eine Brennstoffeinspritzanlage von Brennkraftmaschinen. Dabei eignet sich die Anordnung 1 besonders für Brennstoffeinspritzanlagen zur direkten Einspritzung von Brennstoff in Brennräume der Brennkraftmaschine. Speziell kann die Brennkraftmaschine als gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine ausgestaltet sein, wobei Benzin oder andere für solche Brennkraftmaschinen geeignete Brennstoffe sowie geeignete Gemische aus solchen Brennstoffen eingespritzt werden können. Fig. 1 shows an arrangement 1 according to the invention with a fuel injection valve 2 and a decoupling element 3 and a cylinder head 4 in a partial, schematic and spatial representation. The arrangement 1 is used for a fuel injection system of internal combustion engines. The arrangement 1 is particularly suitable for fuel injection systems for the direct injection of fuel into combustion chambers of the internal combustion engine. In particular, the internal combustion engine can be designed as a mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engine, it being possible to inject gasoline or other fuels suitable for such internal combustion engines as well as suitable mixtures of such fuels.

Das Entkoppelelement 3 eignet sich besonders für solche Anwendungsfälle.The decoupling element 3 is particularly suitable for such applications.

Durch die Anordnung 1 beziehungsweise das Entkoppelelement 3 ist eine Minderung der Geräuschübertragung von dem Brennstoffeinspritzventil 2 zum Zylinderkopf 4 möglich.The arrangement 1 or the decoupling element 3 reduces the Noise transmission from fuel injector 2 to cylinder head 4 possible.

Beispielsweise kann das Brennstoffeinspritzventil 2 als elektromagnetisches Hochdruck-Einspritzventil 2 ausgestaltet sein, das bei Otto-Motoren mit Direkteinspritzung zum Einsatz kommt. Ohne ein Entkoppelelement besteht das Problem, dass das Brennstoffeinspritzventil 2 einen auffälligen und störenden Beitrag zum Gesamtgeräusch des Motors leistet. Ein als Ventiltickern beschreibbares Geräusch kann beispielsweise durch das schnelle Öffnen und Schließen des Brennstoffeinspritzventils 2 entstehen, wenn eine Ventilnadel mit hoher Dynamik in die jeweiligen Endanschläge verstellt wird. Das Auftreffen der Ventilnadel an den Endanschlägen führt zu kurzzeitigen, sehr hohen Kontaktkräften, die über ein Gehäuse 5 des Brennstoffeinspritzventils 2 zu großen Teilen auf den Zylinderkopf 4 als Körperschall und Schwingungen übertragen werden können. Dies führt dann am Zylinderkopf 4 zu einer starken Geräuschentwicklung, die aber durch das Entkoppelelement 3, das sich zwischen dem Zylinderkopf 4 und dem Brennstoffeinspritzventil 2 befindet, deutlich gemindert wird.For example, the fuel injection valve 2 can be configured as an electromagnetic high-pressure injection valve 2, which is used in gasoline engines with direct injection. Without a decoupling element, there is the problem that the fuel injection valve 2 makes a conspicuous and disruptive contribution to the overall noise of the engine. A noise that can be described as valve ticking can arise, for example, from the rapid opening and closing of the fuel injector 2 when a valve needle is moved into the respective end stops with high dynamics. The impact of the valve needle on the end stops leads to short-term, very high contact forces, which can largely be transmitted to the cylinder head 4 as structure-borne noise and vibrations via a housing 5 of the fuel injector 2. This then leads to a strong noise development at the cylinder head 4, which is however significantly reduced by the decoupling element 3, which is located between the cylinder head 4 and the fuel injection valve 2.

Allerdings stellt sich an das Entkoppelelement 3 neben der Reduzierung der Geräuschentwicklung auch die Anforderung, dass es in Bezug auf einen vorgegebenen kleinen Bauraum die geforderte Entkoppelsteifigkeit und geforderte Festigkeit insbesondere bei hohen Systemdrücken über die Lebensdauer zeigt.However, in addition to reducing the noise development, the decoupling element 3 also has the requirement that it shows the required decoupling stiffness and the required strength with respect to a given small installation space, in particular at high system pressures over the service life.

Das Entkoppelelement 3 weist einen Grundkörper 6 mit einem zylinderseitigen Auflagebereich 7 und einem ventilseitigen Stützbereich 8 auf. Der zylinderseitige Auflagebereich 7 dient zum Abstützen an einer Oberseite 9 des Zylinderkopfs 4. Der ventilseitige Stützbereich 8 dient zum Abstützen des Brennstoffeinspritzventils 2. Im montierten Zustand, der in der Fig. 1 dargestellt ist, umschließt das Entkoppelelement 3 das Gehäuse 5 des Brennstoffeinspritzventils 2 umfänglich. Die Oberseite 9 des Zylinderkopfs 4 ist in diesem Beispiel als ebene Oberseite 9 ausgestaltet.The decoupling element 3 has a base body 6 with a cylinder-side support area 7 and a valve-side support area 8. The cylinder-side support area 7 serves to support an upper side 9 of the cylinder head 4. The valve-side support area 8 serves to support the fuel injector 2. In the assembled state, which is in the Fig. 1 is shown, the decoupling element 3 surrounds the housing 5 of the fuel injector 2 circumferentially. The top 9 of the cylinder head 4 is designed as a flat top 9 in this example.

Der Grundkörper 6 des Entkoppelelements 3 wird beim Abstützen des Brennstoffeinspritzventils 2 zwischen dem ventilseitigen Stützbereich 8 und dem zylinderseitigen Auflagebereich 7 auf Druck beaufschlagt. Der Grundkörper 6 weist hierbei über den Umgang verteilte Segmente 15, 16, 17, 18 auf, die bei der Beaufschlagung elastisch gebogen werden. Durch die Segmentierung des ventilseitigen Stützbereichs 8 wird hierbei in Bezug auf die vorgegebene Materialstärke eine optimale Elastizität über die Lebensdauer gewährleistet. In Umfangsrichtung wirkende Spannungen sind hierbei durch die Segmentierung im ventilseitigen Stützbereich 8 erheblich reduziert. Ferner ist der zylinderseitige Auflagebereich 7 des Grundkörpers 6 zumindest teilweise in Form eines geschlossenen Rings 20 ausgestaltet. Hierbei ist nur der zylinderseitige Auflagebereich 7 des Grundkörpers 6 zumindest teilweise in Form des geschlossenen Rings 20 ausgestaltet. In diesem Beispiel ist der zylinderseitige Auflagebereich 7 des Grundkörpers 6 nur teilweise in Form eines geschlossenen Rings 20 ausgestaltet. Denn zwischen den Segmenten 15 bis 18 sind Ausnehmungen 21, 22, 23 vorgesehen, die sich auch etwas in den zylinderseitigen Auflagebereich 7 erstrecken. Hierdurch bleibt beispielsweise an der Ausnehmung 22 ein Steg 25 des geschlossenen Rings 20, in dem der zylinderseitige Auflagebereich 7 in Umfangsrichtung betrachtet eine verringerte radiale Erstreckung einer ebenen Auflagefläche 26 (Fig. 5) aufweist.The base body 6 of the decoupling element 3 is pressurized when the fuel injector 2 is supported between the valve-side support area 8 and the cylinder-side support area 7. The base body 6 in this case has segments 15, 16, 17, 18 which are distributed over the handling and which are elastically bent when acted upon. The segmentation of the valve-side support area 8 ensures optimum elasticity over the service life in relation to the predetermined material thickness. Stresses acting in the circumferential direction are considerably reduced by the segmentation in the valve-side support area 8. Furthermore, the cylinder-side support area 7 of the base body 6 is at least partially in the form of a closed ring 20 designed. Here, only the cylinder-side support area 7 of the base body 6 is at least partially designed in the form of the closed ring 20. In this example, the cylinder-side support area 7 of the base body 6 is only partially designed in the form of a closed ring 20. Because between the segments 15 to 18 recesses 21, 22, 23 are provided, which also extend somewhat into the cylinder-side support area 7. In this way, for example, a web 25 of the closed ring 20 remains in the recess 22, in which the cylinder-side support region 7, viewed in the circumferential direction, has a reduced radial extent of a flat support surface 26 ( Fig. 5 ) having.

Der geschlossene Ring 20 des zylinderseitigen Auflagebereichs 7 ist in diesem Beispiel als ebener zylinderseitiger Auflagebereich 7 mit ebener Anlagefläche 26 für den Zylinderkopf 4 ausgestaltet. Somit ist eine zuverlässige Positionierung an dem Zylinderkopf 4 möglich. Dies verbessert auch die Schwingungsdämpfung bei einem gegebenenfalls gleichzeitig erforderlichen Toleranzausgleich für das Brennstoffeinspritzventil 2.In this example, the closed ring 20 of the cylinder-side support area 7 is designed as a flat cylinder-side support area 7 with a flat contact surface 26 for the cylinder head 4. Reliable positioning on the cylinder head 4 is thus possible. This also improves the vibration damping with a tolerance compensation for the fuel injector 2 that may be required at the same time.

Die sich in den zylinderseitigen Auflagebereich 7 erstreckenden Ausnehmungen 21, 22, 23 sind vorzugsweise maximal ausgeprägt, so dass die restliche Ringstärke an dem Steg 25 bis auf ein mögliches Minimum reduziert ist.The recesses 21, 22, 23 extending in the cylinder-side support region 7 are preferably maximally pronounced, so that the remaining ring thickness on the web 25 is reduced to a possible minimum.

Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Anordnung 1 und den Zylinderkopf 4. In diesem Beispiel ist ein äußerer Rand 27 des geschlossenen Rings 20 von der Oberseite 9 des Zylinderkopfs 4 betrachtet nach oben weggebogen. In Bezug auf den jeweiligen Anwendungsfall kann hierdurch speziell bei beengten Platzverhältnissen eine Stabilität des geschlossenen Rings 20 insbesondere an dem Steg 25 verbessert werden. Fig. 2 shows the in Fig. 1 Arrangement 1 shown and the cylinder head 4. In this example, an outer edge 27 of the closed ring 20 is bent upwards viewed from the top 9 of the cylinder head 4. In relation to the respective application, the stability of the closed ring 20, in particular on the web 25, can be improved in this way, especially when space is limited.

Fig. 3 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Anordnung 1 und den Zylinderkopf 4. In diesem Beispiel weist der geschlossene Ring 20 des zylinderseitigen Auflagebereichs 7 zwischen den über den Umfang verteilten Segmenten 15 bis 18 Ausbuchtungen 28 auf, wobei zur Vereinfachung der Darstellung nur die Ausbuchtung 28 gekennzeichnet ist. Die Ausbuchtung 28 erstreckt sich radial nach außen. Hierbei wird durch die Ausbuchtung 28 in diesem Ausführungsbeispiel die Auflagefläche 26 des zylinderseitigen Auflagebereichs 7 vergrößert. Die Ausbuchtung 28 überbrückt hierbei die sich teilweise in den zylinderseitigen Auflagebereich 7 erstreckende Ausnehmung 22. Hierdurch wird die für die Aufnahme der umfänglichen Zugkräfte bedeutende Querschnittsfläche insbesondere im Bereich des Steges 25 vergrößert. Fig. 3 shows the in Fig. 1 Arrangement 1 shown and the cylinder head 4. In this example, the closed ring 20 of the cylinder-side support area 7 has bulges 28 between the segments 15 to 18 distributed over the circumference, only the bulge 28 being marked for simplification of the illustration. The bulge 28 extends radially outwards. The bulge 28 in this exemplary embodiment increases the bearing surface 26 of the cylinder-side bearing region 7. The bulge 28 in this case bridges the recess 22 which extends partially into the bearing region 7 on the cylinder side. As a result, the recess for absorbing the circumferential tensile forces becomes significant cross-sectional area increased in particular in the region of the web 25.

Dadurch reduzieren sich die entsprechenden Zugspannungen. Die Ausbuchtung 28 erstreckt sich hierfür auch in Bereiche (Zonen) 29, 30 des zylinderseitigen Auflagebereichs 7, die in Umfangsrichtung an die Ausnehmung 22 angrenzen. Die Zonen 29, 30 ermöglichen somit einen vorteilhaften Kraftschluss im geschlossenen Ring 20.This reduces the corresponding tensile stresses. For this purpose, the bulge 28 also extends into areas (zones) 29, 30 of the cylinder-side support area 7, which adjoin the recess 22 in the circumferential direction. The zones 29, 30 thus enable an advantageous frictional connection in the closed ring 20.

Fig. 4 zeigt das Entkoppelelement 3 der in Fig. 1 dargestellten Anordnung 1 in einer auszugsweisen, schematischen und räumlichen Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise. Fig. 4 shows the decoupling element 3 of the in Fig. 1 Arrangement 1 shown in a partial, schematic and spatial representation to illustrate the operation.

Die nach oben gebogenen Segmente 16, 17 sind in Form von gebogenen Laschen ausgestaltet, die dem Brennstoffeinspritzventil 2 an der zur Illustration eingezeichneten Linie 31 eine Auflage beziehungsweise Abstützung bieten. Über diese Linie (Auflagelinie) 31 wird die Last aufgrund der Niederhaltung und der Druckkräfte am Brennstoffeinspritzventil auf das Entkoppelelement 3 übertragen. Durch die Last biegen sich die Segmente 16 bis 18. Die Gesamtsteifigkeit der Entkopplung ergibt sich dann durch die Summe der einzelnen Biegesteifigkeiten. Dies entspricht einer Parallelschaltung von einzelnen Biegefedern. Durch die ballige Form der als Biegeelemente dienenden Segmente 15 bis 18 und der entsprechenden Gegenkontur am Gehäuse 5 des Brennstoffeinspritzventils 2 ist in die Entkopplung auch die Funktion eines Toleranzausgleichs zur Kompensation von Querkräften und/oder einem toleranzbedingten Versatz integriert.The upwardly curved segments 16, 17 are designed in the form of curved tabs which provide the fuel injector 2 with a support or support on the line 31 drawn in for illustration. Via this line (support line) 31, the load is transferred to the decoupling element 3 due to the hold-down and the pressure forces on the fuel injector. The segments 16 to 18 bend due to the load. The total stiffness of the decoupling then results from the sum of the individual bending stiffnesses. This corresponds to a parallel connection of individual spiral springs. Due to the spherical shape of the segments 15 to 18 serving as bending elements and the corresponding counter-contour on the housing 5 of the fuel injector 2, the function of tolerance compensation for compensating lateral forces and / or a tolerance-related offset is also integrated into the decoupling.

Je nach Anwendungsfall können die Segmente 15 bis 18 in geeigneter Form, Anzahl und Dicke durch Gestaltoptimierung so ausgelegt werden, dass die gewünschte Steifigkeit bei der erforderlichen Festigkeit erreicht ist.Depending on the application, the segments 15 to 18 can be designed in a suitable shape, number and thickness by shape optimization in such a way that the desired rigidity is achieved with the required strength.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung 1 mit einem Brennstoffeinspritzventil und einem Entkoppelelement 3 und einen Zylinderkopf 4 in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel. Hierbei ist zur Veranschaulichung ein Segment 18 des Grundkörpers 6 im Schnitt dargestellt. An dem Segment 18 und weiteren nicht dargestellten Segmenten ist der ventilseitige Stützbereich 8 ausgestaltet, wobei das Gehäuse 5 beispielsweise an der Linie 31 der Segmente 18 anliegt, wie es auch anhand der Fig. 4 entsprechend beschrieben ist. Fig. 5 shows an arrangement 1 with a fuel injection valve and a decoupling element 3 and a cylinder head 4 in an excerpt, schematic sectional view according to a first embodiment. For illustration purposes, a segment 18 of the base body 6 is shown in section. The valve-side support area 8 is configured on the segment 18 and other segments (not shown), the housing 5 abutting, for example, on the line 31 of the segments 18, as is also shown in FIG Fig. 4 is described accordingly.

Ferner ist an dem Segment 18 in diesem Ausführungsbeispiel ein Sicherungselement 32 ausgestaltet. Hierbei sind vorzugsweise weitere entsprechend dem Sicherungselement 32 ausgestaltete Sicherungselemente an weiteren der nicht dargestellten Segmente ausgestaltet. Das Sicherungselement 32 wirkt in dem dargestellten montierten Zustand mit dem Gehäuse 5 zusammen. Hierbei kann das Sicherungselement 32 beim Aufbringen auf das Gehäuse 5 in radialer Richtung nach außen aufgedehnt werden. Hierbei kann insbesondere ein Verkrallen in das Gehäuse 5, insbesondere einem Magnettopf des Gehäuses 5, durch eine spezielle Formung des Sicherungselements 32 erzielt werden. Dadurch ist eine Verliersicherung gebildet.Furthermore, a securing element 32 is configured on the segment 18 in this exemplary embodiment. In this case, further securing elements configured in accordance with the securing element 32 are preferably configured on further segments not shown. The securing element 32 cooperates in the assembled state shown the housing 5 together. Here, the securing element 32 can be expanded outward in the radial direction when it is applied to the housing 5. In particular, clawing into the housing 5, in particular a magnetic pot of the housing 5, can be achieved by a special shaping of the securing element 32. This forms a protection against loss.

Fig. 6 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Anordnung 1 und den Zylinderkopf 4. Hier ist das Segment 18 als nach innen geöffnetes Segment 18 ausgestaltet. Diese Ausgestaltung hat den zusätzlichen Vorteil, dass ein Endanschlag realisiert werden kann, um die maximale Verformung des Segments 18 zu begrenzen. Hierbei ist an dem Segment 18 des ventilseitigen Stützbereichs 8 ein Abstandselement 33 ausgestaltet, das dem zylinderseitigen Auflagebereich des Grundkörpers 6 zugewandt ist. Bei einer Beaufschlagung des ventilseitigen Stützbereichs 8 gegen den zylinderseitigen Auflagebereich 7 schlägt das Abstandselement 33 nach einem gewissen Bewegungsweg an den zylinderseitigen Auflagebereich 7 an. Somit wirkt das Abstandselement 33 dann mit dem zylinderseitigen Auflagebereich zur Begrenzung des möglichen Bewegungsbereichs zusammen. Fig. 6 shows an arrangement 1 not according to the invention and the cylinder head 4. Here, the segment 18 is designed as an inwardly open segment 18. This configuration has the additional advantage that an end stop can be implemented in order to limit the maximum deformation of the segment 18. In this case, a spacer element 33 is configured on the segment 18 of the valve-side support area 8, which faces the cylinder-side support area of the base body 6. When the valve-side support area 8 is pressed against the cylinder-side support area 7, the spacer element 33 strikes the cylinder-side support area 7 after a certain movement path. The spacer element 33 then interacts with the cylinder-side support area to limit the possible range of motion.

Ferner ist ein Sprengring 34 vorgesehen, der mit dem Gehäuse 5 zusammen wirkt. Der geschlossene Ring 20 des zylinderseitigen Auflagebereichs 7 ist zumindest mittelbar mit dem Sprengring 34 verbunden, so dass das Entkoppelelement 3 zuverlässig an dem Gehäuse 2 befestigt ist. Dies erleichtert insbesondere eine Montage des Brennstoffeinspritzventils 2 in dem Zylinderkopf 4, da das Entkoppelelement 3 bereits an dem Brennstoffeinspritzventil 2 vormontiert werden kann.Furthermore, a snap ring 34 is provided which interacts with the housing 5. The closed ring 20 of the cylinder-side support area 7 is at least indirectly connected to the snap ring 34, so that the decoupling element 3 is reliably attached to the housing 2. This particularly facilitates assembly of the fuel injection valve 2 in the cylinder head 4, since the decoupling element 3 can already be preassembled on the fuel injection valve 2.

Je nach Anwendungsfall kann somit ein nach außen offenes Entkoppelelement 3, wie es beispielsweise anhand der Fig. 1 bis 4 beschrieben ist, als auch ein nach innen offenes Entkoppelelement 3, wie es anhand der Fig. 6 und der Fig. 7 beschrieben ist, realisiert werden.Depending on the application, a decoupling element 3 that is open to the outside, as is shown, for example, in FIG 1 to 4 is described, as well as an inwardly open decoupling element 3, as it is based on the Fig. 6 and the Fig. 7 described can be realized.

Fig. 7 zeigt die in Fig. 5 dargestellte Anordnung 1 und den Zylinderkopf 4 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 5 des Brennstoffeinspritzventils 2 einen hinterschnittenen Konus 35 auf, an dem das Brennstoffeinspritzventil 2 an dem ventilseitigen Stützbereich 8 des Entkoppelelements 3 abgestützt ist. Hierbei liegt das Gehäuse 5 mit seinem hinterschnittenen Konus 35 an der Linie 31 des ventilseitigen Stützbereichs 8 an. In diesem Ausführungsbeispiel vereinfacht sich die Ausgestaltung des Entkoppelelements 3. Fig. 7 shows the in Fig. 5 shown arrangement 1 and the cylinder head 4 according to a second embodiment. In this exemplary embodiment, the housing 5 of the fuel injection valve 2 has an undercut cone 35, on which the fuel injection valve 2 is supported on the valve-side support region 8 of the decoupling element 3. Here, the housing 5 with its undercut cone 35 bears against the line 31 of the valve-side support area 8. In this exemplary embodiment, the design of the decoupling element 3 is simplified.

Somit ist eine Anordnung 1 realisierbar, die für eine Brennstoffeinspritzanlage von Brennkraftmaschinen dient. Hierbei ist das Brennstoffeinspritzventil 2 im montierten Zustand über das Entkoppelelement 3 an dem Zylinderkopf 4 der Brennkraftmaschine abstützbar.An arrangement 1 can thus be implemented, which is used for a fuel injection system of internal combustion engines. Here, the fuel injector 2 can be supported in the assembled state via the decoupling element 3 on the cylinder head 4 of the internal combustion engine.

Claims

Decoupling element (3) which serves for decoupling a fuel injection valve (2) from a cylinder head (4), having a main body (6) which, in the installed state, serves for surrounding a housing (5) of the fuel injection valve (2), wherein, on the main body (6), there are formed a cylinder-side bearing region (7), which serves for support on the cylinder head (4), and a valve-side support region (8), which serves for supporting the fuel injection valve (2), wherein only the cylinder-side bearing region (7) of the main body (6) is formed at least partially in the manner of a closed ring (20), and the main body (6) has segments (15 - 18) which are distributed over a circumference and which are connected to one another by the closed ring (20) of the cylinder-side bearing region (7),
characterized
in that, at least on one segment (18) of the valve-side support region (8), there is formed a securing element (32) which, in the installed state, interacts with the housing (5) of the fuel injection valve (2) to form a retainer.
Decoupling element according to Claim 1,
characterized
in that, on at least one segment (18) of the valve-side support region (8), there is formed a spacer element (33) which, in the event of the valve-side support region (8) being acted on towards the cylinder-side bearing region (7), interacts with the cylinder-side bearing region (7) in order to limit a range of movement.
Assembly (1), which serves for a fuel injection system of internal combustion engines, having at least one fuel injection valve (2) and a decoupling element (3), wherein the decoupling element (3), which serves for decoupling the fuel injection valve (2) from a cylinder head (4), is configured with a main body (6) which, in the installed state, serves for surrounding a housing (5) of the fuel injection valve (2), wherein, on the main body (6), there are formed a cylinder-side bearing region (7), which serves for support on the cylinder head (4), and a valve-side support region (8), which serves for supporting the fuel injection valve (2), wherein only the cylinder-side bearing region (7) of the main body (6) is formed at least partially in the manner of a closed ring (20), and the main body (6) has segments (15 - 18) which are distributed over a circumference and which are connected to one another by the closed ring (20) of the cylinder-side bearing region (7),
wherein the fuel injection valve (2), in the installed state, can be supported on a cylinder head (4) of the internal combustion engine by way of the decoupling element (3),
characterized
in that the housing (5) of the fuel injection valve (2) has an undercut cone (35), at which the fuel injection valve (2) is supported on the valve-side support region (8).