JP4963709B2 - 制振装置および制振要素 - Google Patents

Description

本発明は、特にインジェクタベースの領域内で、シリンダヘッドとこれに組み付けられるインジェクタとの間に配置される制振装置、ならびに、特にインジェクタベースの領域内で、シリンダヘッドとこれに組み付けられるインジェクタとの間に配置される制振要素に関する。

クランクケースとシリンダヘッドと燃焼室とを有する内燃機関では、通常はインジェクタを使用して燃料が燃焼室内に噴射されるが、そのために内燃機関のシリンダヘッドは、燃焼室に開口している、内部にインジェクタが収容されるドームを有している。内燃機関の運転時の間欠的な噴射の際には、―インジェクタバルブの開閉に起因して―振動騒音乗り心地挙動にマイナスの影響を与える強い振動が発生する。特に直接噴射方式のガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンにおいては主流であるように、燃料圧が高圧である場合は、一段と激しい振動負荷が発生する。それ以外にも、吸入サイクルおよび圧縮サイクルの間に多重噴射が行われる現代の燃焼方式が、望まれない振動騒音の発生に大いに寄与している。

騒音の発生を低減するために、シリンダヘッドに組み付けられるインジェクタにプリロードを加えるとともに、シリンダヘッドとインジェクタとの間の接続地点に制振要素を配置することがすでに提案されている。そのような制振要素を備えた配列は、特許文献１から知られているが、そこには、制振要素の材料として、黒鉛、プラスチック、または形状記憶金属を使用することが提案されており、またそこでは、この公知である制振要素が一体型に構成されている。

高い制振効果を達成するために、そこでは、インジェクタとシリンダヘッドとの間に十分な量の制振材料を配置するとともに、制振要素を相応に大型に構成することが要求されている。そこでは、シリンダヘッドに対するインジェクタの正確な位置決め、ひいては燃焼室内の噴射地点の正確な位置決めが常に可能であるとは限られない点が短所であることが判明している。特に、制振要素の大きな寸法公差と弾性ないしは塑性変形のために、時間の経過に伴いインジェクタの位置、ひいては噴射地点の位置にずれを生じ、その結果、内燃機関の運転に支障を来たすことがある。

ドイツ特許出願公開第１０１２６３３６号明細書

以上のような背景から、本発明は、冒頭に記した制振装置または冒頭に記した制振要素を、効果的な制振とならび、シリンダヘッドからのインジェクタの振動非連成化のほかにも、インジェクタの小さな寸法公差およびシリンダヘッドに対する優れた位置決め精度での固定が達成されるように、改良発展させることを課題として成されたものである。ほかにも、制振要素の弾性および／または塑性変形が、その耐用期間にわたり回避されるようにすることも、本発明の課題である。

この課題は、請求項１に記載の各特徴を備えた制振装置により解決されるが、そこでは基礎となる考え方に、制振装置を多分割式構造とすることが含まれている。多分割式構造により、制振装置に、制振とならび、さらに別の複数の機能を組み込むことが可能となる。ほかにもこれと同じ課題は、請求項９に記載の各特徴を備えた制振要素により、制振要素を金属クッションとして構成することによって解決されるようになっている。

本発明の非常に有利な構成形態および展開構成例は、従属請求項の対象となっている。
制振装置は、実質的に制振に適した第１の部分機能領域と、実質的に位置決め精度に優れた固定に適した第２の部分機能領域とを有することが好ましい。

第１の部分機能領域には、材料特性および／または構成方式により制振効果を発揮する要素が含まれると好適である。これについては、場合により被覆線および／またはプラスチック繊維が含まれるワイヤメッシュ製の金属クッションを使用すると有利であることが判明している。この使用材料とならび、第１の部分領域の特殊な構成方式および／または構造の結果として、特段の制振特性がもたらされることになる。ワイヤメッシュ製の金属クッションでは、ワイヤ間の摩擦により非常に優れたエネルギ散逸が行われるが、ワイヤを被覆する、および／またはプラスチック糸を織り込むことにより、減衰率をさらに増大させることができる。それにより、金属クッションの優れた制振特性に機械的な形状安定性が結び付くことになり、非常に有利である。

第１の部分機能領域が、少なくともほぼ矩形または方形の断面形状を有する円環状に構成されると非常に有利である。
第２の部分機能領域には、インジェクタ側の第１の部材、ならびにシリンダヘッド側の第２の部材が含まれるが、その際に第２の部分機能領域の第１および第２の部材は、第１の部分機能領域により互いに接続されることが好ましい。これとの関連では、第２の部分機能領域の第１および第２の部材の振動が非連成化されることが重要である。

第２の部分機能領域の第１の部材が、インナリングとして、第１の部分機能領域の内周側およびインジェクタ側を把持するように構成され、また第２の部分機能領域の第２の部材が、アウタリングとして、第１の部分機能領域の外周側およびシリンダヘッド側を把持するように構成されると好適である。第２の部分機能領域の第２の部材は、これがシェル状に構成されるために、たとえばワイヤメッシュ製の金属クッションから出る摩耗屑またはその他の粒子の受入れに適したものとなっており、それにより粒子が燃焼室内に達することが防止され、有利である。第２の部分機能領域の第２の部材が、シリンダヘッドと第１の部分機能領域との間に配置されることによって、摩耗によるシリンダヘッドの摩損が回避されると同時に、制振効果が向上される。

第２の部分機能領域の第１および第２の部材は、第１の部分機能領域に圧ばめにより接続されると有利である。
本発明にしたがった制振要素においては、金属クッションがワイヤメッシュまたは金属フォームから成ることが好ましい。金属クッションに、被覆線、および／またはプラスチック繊維、および／または黒鉛を含ませることによって、制振特性の一層の改善を達成することができる。

金属クッションは、少なくともほぼ矩形または方形の断面形状を有する円環状に構成されると好適であり、それにより、特に選択される制振要素の材料との抱き合わせで、インジェクタとシリンダヘッド間の非常に優れた位置決め精度および寸法精度が達成されるようになる。

以下では、本発明の非常に好ましい実施例を、図面を参照しながら説明する。
図１ａには、制振装置１００の側面が部分断面図で示されており、その上面図は図１ｂに示されている。制振装置１００には、二つの平行な当接面１０１、１０３、ならびに環状の外周面１０５および環状の内周面１０７が形成されるように、方形または矩形の断面形状を有している、円環状の制振要素１０２が含まれている。第１の部分機能領域を形成しているこの制振要素１０２は、ここではワイヤメッシュを圧縮したものから成る金属クッションとして形成され、特殊鋼から製造される。しかし、それ以外の損失係数が高い材料、すなわち、大きな内部摩擦により機械エネルギの大半を熱に変換する特性を有する材料を使用することもできる。たとえばほかにもエラストマープラスチック、特殊な鉄マンガン合金、形状記憶効果を持つ金属合金、または黒鉛を含有した材料を使用することができる。

制振要素１０２は、インナリング１０４とアウタリング１０６とにより取り囲まれており、インナリング１０４およびアウタリング１０６は共同して、位置決め精度に優れた固定のための第２の部分機能領域を形成している。インナリング１０４も、またアウタリング１０６も、たとえば圧接により、制振要素１０２に形状同士を係合させて接続されているが、それぞれに自由になっている隙間１０９、１１１が形成されることによって、振動に関して互いから非連成化されている。そこでは隙間パッキンが、制振要素１０２と同様に圧縮可能であることが好ましい。そのような隙間パッキンは、金属製またはプラスチック製のベローズとして製造されるとよい。

図２には、インナリング１０４、２０４が示されている。これは、制振要素の当接面（図１ａ：１０１）のところでインジェクタ側に当接するための円板状の領域２１２と、制振要素の内周面（図１ａ：１０７）に当接するための円環状の領域２１０とが形成されるように、角張った断面形状を有する円環状に構成されている。インナリング２０４の円板状の領域２１２には、複数のスプリングタブ２１６が備えられ、そこから突出している。制振要素は、組付け作業を容易にすると同時に、制振要素の組付け忘れを回避するために、これらのスプリングタブ２１６によりインジェクタに接続できるようになっている。ほかにも制振要素１００は、複数の内向きの弾性突起２１４により、インジェクタに摩擦力と形状の係合により接続されるようにしている。

図３には、制振装置のアウタリング（図１：１０６）が示されているが、そこではこれに符号３０６が付されている。アウタリング３０６も同様に、角張った断面形状を有する円環状に構成されているが、そこでは制振要素の当接面（図１ａ：１０３）にシリンダヘッド側で当接するための円板状の面３１０と、制振要素の外周面（図１ａ：１０５）に当接するための円環状の領域３１２とが形成されている。高級エラストマ材料製の制振要素１０２が備えられる本発明の構成形態の一例においては、アウタリング３０６の円環状の領域３１２により、制振要素１０２の半径方向外側に向かう横膨張が制限されるために、軸方向に延びるパッキン配列の剛性および燃焼室内の噴射地点の位置決め精度が向上される。

インナリング２０４も、またアウタリング３０６も、ここでは特殊鋼製であり、薄板から打ち抜かれて曲げ加工されている。インナリング２０４と制振要素１０２とアウタリング３０６とから成る複合体は、ワイヤメッシュ（１０２）の弾性効果を利用して接合されている。あるいはその代わりに、スポット溶接または接着剤を使用して接合を行うこともできる。

図４には、ここにはそれ以上詳しく示されていない、クランクケースと、シリンダヘッド４２６と、これに取り囲まれた燃焼室４２８とを有する内燃機関の切片が示されている。内燃機関のシリンダヘッド４２６は、燃焼室４２８に開口している、内部にインジェクタ４２２が収容されるドーム４３２を有している。インジェクタ４２２は、燃料供給ポート４２４、ならびに燃焼室４２８内に突出したノズル４３０を有している。インジェクタベース４２０の領域内のシリンダヘッド４２６とインジェクタ４２２との間の接触地点には、本発明にしたがった制振装置４００が配置されている。図示の配置方式により、内燃機関の運転時の間欠的な燃料噴射の際に発生される振動は、―燃料直接噴射方式のガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンにおいては主流であるように、燃料圧が高圧である場合にも―効果的に減衰される。それと同時に、インジェクタの優れた位置決め精度が達成され、それにより燃焼室４２８内の永久的に正確な噴射時期が達成される。本発明にしたがった制振装置により、これまでは極端に薄い、相応に制振効果に劣った振動非連成化要素を使用しない限り不可能であった、非常に小さな寸法公差を守ることが可能となる。この制振装置により、振動減衰も、また振動の非連成化も達成される。

一部を切り取って示した制振装置の側面図である。 制振装置の上面図である。 制振装置のインナリングの図である。 制振装置のアウタリングの図である。 シリンダヘッドを、それに組み付けられた燃料インジェクタおよび制振装置とともに示した図である。

符号の説明

１００ 制振装置
１０１ 当接面
１０２ 制振要素
１０３ 当接面
１０４ インナリング
１０５ 外周面
１０６ アウタリング
１０７ 内周面
１０９ 隙間
１１１ 隙間
２０４ インナリング
２１０ 円環状の領域
２１２ 円板状の領域
２１４ 弾性突起
２１６ スプリングタブ
３０６ アウタリング
３１０ 円板状の面
３１２ 円環状の領域
４００ 制振装置
４２０ インジェクタベース
４２２ インジェクタ
４２４ 燃料供給ポート
４２６ シリンダヘッド
４２８ 燃焼室
４３０ ノズル
４３２ ドーム

Claims (13)

1. 特にインジェクタベース（４２０）の領域内で、シリンダヘッド（４２６）とこれに組み付けられるインジェクタ（４２２）との間に配置されるべき、多分割式に構成される制振装置（１００、４００）であって、実質的に制振に適した第１の部分機能領域（１０２）と、実質的に位置決め精度に優れた固定に適した第２の部分機能領域（１０４、１０６）とを有しており、その際に前記第１の部分機能領域（１０２）に、材料特性および／または構成方式により制振効果を発揮する要素、特にワイヤメッシュ製の少なくともほぼ矩形または方形の断面形状を有する円環状の金属クッションが含まれており、さらに前記第２の部分機能領域（１０４、１０６）に、インジェクタ側の第１の部材（１０４）とシリンダヘッド側の第２の部材（１０６）とが含まれ、これら第１および第２の部材（１０４、１０６）が、前記第１の部分機能領域（１０２）により互いに接続されている、制振装置において（１００、４００）、前記第２の部分機能領域の前記第１の部材（１０４）が、断面形状にて角張っているインナリング（２０４）として構成され、該インナリングの円板状の領域（２１２）が、前記第１の部分機能領域（１０２）の内周側およびインジェクタ側を把持すること、および、前記第２の部分機能領域の前記第２の部材（１０６）が、同様に断面形状にて角張っているアウタリング（３０６）として構成され、該アウタリングの円板状の面（３１０）が、前記第１の部分機能領域（１０２）の外周側およびシリンダヘッド側を把持することを特徴とする、制振装置。
2. 前記第２の部分機能領域の前記第１の部材（１０４）が、内周側で前記第１の部分機能領域（１０２）の高さの大半にわたり延びることを特徴とする、請求項１に記載の制振装置。
3. 前記第２の部分機能領域の前記第２の部材（１０６）が、外周側で前記第１の部分機能領域（１０２）の高さの大半にわたり延びることを特徴とする、請求項１または２に記載の制振装置。
4. 前記第２の部分機能領域の前記第１の部材（１０４）と前記第２の部材（１０６）の間で、インジェクタ側では外周側に、シリンダヘッド側では内周側に、それぞれ一つの隙間（１０９、１１１）が形成されていることによって、前記第２の部分機能領域の前記第１の部材（１０４）および前記第２の部材（１０６）が、振動に関して互いに分離されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の制振装置。
5. 前記第２の部分機能領域（１０４、１０６）の前記インジェクタ側の第１の部材（１０４）が、複数のスプリングタブ（２１６）を有し、該スプリングタブによる摩擦力または形状の係合によって前記インジェクタ（４２２）と接続されることを特徴とする、請求項１に記載の制振装置。
6. 前記第２の部分機能領域（１０４、１０６）の前記インジェクタ側の第１の部材（１０４）が、複数の内向きの弾性突起（２１４）を有し、該弾性突起による摩擦力または形状の係合によって前記インジェクタ（４２２）と接続されることを特徴とする、請求項１に記載の制振装置。
7. 前記制振要素に、被覆線および／またはプラスチック繊維が含まれることを特徴とする、請求項１に記載の制振装置。
8. 前記第２の部分機能領域（１０４、１０６）の前記第１および第２の部材が、圧ばめにより前記第１の部分機能領域（１０２）に接続されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の制振装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の制振装置において使用されるべき制振要素（１００、４００）において、制振要素（１００、４００）が金属クッションであることを特徴とする、制振要素。
10. 前記金属クッションが、ワイヤメッシュから成ることを特徴とする、請求項９に記載の制振要素。
11. 前記金属クッションが、金属フォームから成ることを特徴とする、請求項９に記載の制振要素。
12. 前記金属クッションに、被覆線、および／またはプラスチック繊維、および／または黒鉛が含まれることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の制振要素。
13. 前記金属クッションが、少なくともほぼ矩形または方形の断面形状を有する円環状に構成されることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の制振要素。

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