WO2010060709A1 - Kraftstoffzuteiler - Google Patents

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WO2010060709A1
WO2010060709A1 PCT/EP2009/064111 EP2009064111W WO2010060709A1 WO 2010060709 A1 WO2010060709 A1 WO 2010060709A1 EP 2009064111 W EP2009064111 W EP 2009064111W WO 2010060709 A1 WO2010060709 A1 WO 2010060709A1
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fuel
damping
vibration
internal combustion
combustion engine
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PCT/EP2009/064111
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Michael Fischer
Albrecht Baessler
Thilo Bolz
Matthias Maess
Thomas Hillabrand
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • Modern internal combustion engines for gasoline direct injection automotive vehicles include a fuel rail that is used as a common fuel reservoir for high pressure injectors.
  • the high pressure is generated by a high pressure pump, which is connected to the fuel rail.
  • Fuel feeder is excited while driving to oscillations in the audible frequency range. This is done on the one hand by pulsations and structure-borne noise due to the operation of the fuel injectors arranged on the high-pressure injectors, on the other hand due to pulsations, which are caused by the transient promotion of the high-pressure pump.
  • a fuel distributor for an internal combustion engine in which a noise-damping casing of the fuel meter damps switching noises of the injection valves.
  • the object of the invention is to further develop a fuel feeder in an internal combustion engine so that the fuel feeder ensures low-noise operation with low cost.
  • Airborne noise in a fuel feeder can occur in two ways: On the one hand, airborne sound is emitted directly from the vibrating surface of the fuel feeder. Secondly, structure-borne sound is transmitted to a mounting structure of the internal combustion engine via screwing or fastening points on connecting elements, which leads to a further undesired sound transmission and the associated sound radiation, possibly even into the interior of the vehicle.
  • the mounting structure is usually a cylinder head; However, it can also be a connection of the fuel meter via spacers or via other connecting elements.
  • the fuel rail On the attachment (screw) of the fuel meter act during driving high static forces and dynamic alternating forces. It may not be exceeded during operation at the respective operating point a certain relative movement of the fuel meter relative to the cylinder head. Due to these functional and strength requirements, the fuel rail has been relatively stiff on the mounting structure (e.g., cylinder head) and therefore transmits largely undamped vibration.
  • the present invention thus leads to a vibration-technical decoupling and thus to a noise reduction.
  • the vibration amplitudes (vibration load), which affect the fuel feeder and the connected components, such as pressure sensor and plug, are lowered.
  • the structure-borne sound excitation from the internal combustion engine to the fuel distributor is reduced by the decoupling and the noise components emitted directly by the fuel distributor are reduced by the increased damping due to the damping elements.
  • Another advantage is a lower vibration load of the fuel meter, which increases its life.
  • the reduction in structure-borne sound transmission also reduces airborne radiation emitted by the structure-borne sound from the mounting structure (for example, a housing of the internal combustion engine).
  • the mounting structure for example, a housing of the internal combustion engine.
  • the attachment portion has at least one bore into which a mounting screw is inserted, and that between the screw head of the mounting screw and the mounting portion or the mounting structure of the internal combustion engine at least one damping element is arranged with at least one vibration damping layer.
  • the vibration-damping layer comprises a viscoelastic material.
  • viscoelastic refers to polymers (high molecular weight elastic plastics such as polyurethanes, elastomers, plastomers, thermoplastics or silicones) with special elastic properties. The properties manifest themselves as if the elasticity of solid bodies combined with fluid-like behavior. With dynamic
  • the damping element has at least one metallic sheet, and that the vibration-damping layer is arranged on at least one side of the sheet.
  • the damping element (so-called “sandwich”, laminated, silent or “compound” sheet metal) is preferably disc-shaped and serves as a support for the attachment portion of the fuel meter, which is attached to the mounting structure.
  • a thin viscoelastic layer is laminated on the metallic sheet.
  • the metallic sheet acts stabilizing, so that the elasticity of the attachment of the fuel meter by the viscoelastic layer is only slightly increased and all functional requirements (rigid attachment) and strength requirements (load on the mounting screws) are still met.
  • the use of such a damping element in this case leads to the attachment points of the fuel meter to a damping of
  • Damping elements essentially takes place by trimming cut flat sheets on which the viscoelastic layer is already laminated. Since the damping element consists of inexpensive material to be produced and no costly production costs incurred, the invention is inexpensive and effective. In addition, it is proposed that the damping element has at least two metallic sheets, between which the vibration-damping layer is arranged (sandwich panel). Also, this damping element is preferably disc-shaped and acts as a base between the mounting portion of the fuel meter and the mounting structure of the
  • the damping element comprises at least one metallic sheet, which has a vibration-damping layer on both sides.
  • the vibration damping properties are further increased.
  • the viscoelastic layer acts after assembly of the damping element between the fuel feeder and the mounting structure as a sandwich layer between the bearing surface and metal layer of the damping element and / or between the fuel feeder and the metal layer
  • the vibration-damping layer at least on one side has a profiling or micro-profiling, for example in the form of knobs or ribs. As a result, the vibration damping effect is further increased.
  • Figure 1 is a schematic diagram of an internal combustion engine with a fuel meter
  • Figure 2 is a schematic detail view of the fuel meter of Figure 1;
  • Figure 3 shows a first embodiment of a damping element according to the invention;
  • Figure 4 shows a second embodiment of the invention
  • Figure 5 shows a third embodiment of the damping element according to the invention.
  • Figure 6 shows a fourth embodiment of the damping element according to the invention.
  • Figure 7 is a schematic representation of a possibility of attachment of the fuel meter of Figure 1 or 2;
  • Figure 8 is a sectional view similar to Figure 2 of an alternative embodiment of a fuel meter.
  • Figure 9 is a sectional view similar to Figure 2 of yet another alternative
  • An internal combustion engine carries in Figure 1 in total the reference numeral 10. It comprises a fuel tank 12, from which a prefeed pump 14 fuel in a
  • Low pressure line 16 promotes.
  • the pressure in the low pressure line 16 is adjusted by a pressure control or pressure control valve 18.
  • the low-pressure line 16 leads to a high-pressure fuel pump 20.
  • the high-pressure fuel pump 20 is mechanically driven by the internal combustion engine 10. It compresses the fuel to a very high pressure and promotes it in a high-pressure line 21 to a
  • FIG. 2 shows the fuel distributor 22 in a schematic representation. It has attachment portions 30 on both sides for attachment to a mounting structure 32 (eg, a cylinder head) of the engine 10. Between the mounting portions 30 and the mounting structure 32, a damping element 50 is arranged in each case, which damps vibrations in the audible range.
  • a mounting structure 32 eg, a cylinder head
  • the fuel meter 22 is excited during operation to oscillations in the audible frequency range. This is done on the one hand by pulsations and structure-borne noise due to the operation of the fuel injector 22 located in the high-pressure injectors 24, on the other hand due to pulsations, which are caused by the transient promotion of the high-pressure fuel pump 20.
  • An audible noise in the sense of airborne sound is mainly due to two ways: Firstly, 22 airborne sound is emitted directly from the vibrating surface of the fuel meter. Secondly, structure-borne noise is transmitted to the mounting structure 32 via the attachment sections 30, which leads to a further undesired sound transmission and the associated sound radiation, possibly even into the interior of the vehicle.
  • the fuel rail 22 must sit relatively stiff on the mounting structure 32.
  • the damping element 50 is used according to Figure 3 with a vibration-damping layer 54 to reduce the transmission of sound between the mounting portion 30 and the mounting structure 32 of the internal combustion engine 10.
  • the damping element 50 comprises a metallic sheet 52 and a preferably laminated, viscoelastic layer 54 (so-called “sandwich”, laminated, silent or “compound” sheet metal) applied thereto, so that a disk-shaped Damping element 50 results.
  • the damping element 50 may have holes for mounting screws.
  • the viscoelastic layer 54 is applied only thinly to the sheet 52.
  • the present embodiment is thereby quite stiff.
  • the vibration damping layer 54 may have a profiling or micro-profiling, for example in the form of nubs or ribs, which further enhances the damping properties.
  • FIG. 4 shows a structure of a second embodiment of the disc-shaped one
  • the damping element 50 of Figure 4 has two mutually parallel metallic plates 52, between which the vibration-damping layer 54 is laminated.
  • the sheets 52 may be made in different thickness and / or made of a different material in an embodiment not shown.
  • the present embodiment is particularly stiff.
  • the damping element may also have more than two sheets 52 and thus more than one viscoelastic layer 54.
  • the damping element 50 comprises a single metallic sheet 52 which is coated on both sides with a vibration damping layer 54 of viscoelastic material, for example by lamination.
  • the thickness of the viscoelastic material 54 may be different.
  • the damping element 50 may have more than one plate 52 and thus more than two vibration damping layers 54.
  • FIG. 6 shows a construction of the disk-shaped damping element 50 in a fourth embodiment.
  • the damping element 50 has two metal sheets 52 arranged parallel to one another, between which a first vibration-damping layer 54 made of a viscoelastic material is applied, preferably laminated.
  • a first vibration-damping layer 54 made of a viscoelastic material is applied, preferably laminated.
  • the upper side of the damping element 50 has two metal sheets 52 arranged parallel to one another, between which a first vibration-damping layer 54 made of a viscoelastic material is applied, preferably laminated.
  • the upper side of the damping element 50 has two metal sheets 52 arranged parallel to one another, between which a first vibration-damping layer 54 made of a viscoelastic material is applied, preferably laminated.
  • the upper side of the damping element 50 has two metal sheets 52 arranged parallel to one another, between which a first vibration-damping layer 54 made of a viscoelastic material is applied, preferably laminated
  • the thickness of the sheets 52 and / or the vibration damping layers 54 may be different and the damping element 50 may have more than two sheets 52 and thus more than two vibration damping layers 54.
  • the exemplary embodiments show that the arrangement of the individual layers (sheet 52 and vibration-damping layer 54) of the damping element 50 can be specifically aligned with the specific application.
  • Figure 7 shows a schematic representation of a possibility of attachment of the
  • the left side in Figure 7 shows an exploded view of a possible mounting of the fuel meter 22.
  • the figure shows a mounting screw 60 which is inserted into a bore (not numbered) of a screw holder 62 of the fuel meter 22 (not shown here).
  • the shank of the mounting screw 60 in each case comprises an annular disk-shaped damping element 50.
  • the mounting screw 60 On the side facing away from the screw head, the mounting screw 60 has a screw fixation 64 made of plastic and a spacer sleeve 66.
  • FIG. 8 shows an alternative connection of the high-pressure injection valves 24 to the fuel distributor 22.
  • the fuel distributor 22 in this case has a connection section 68 (so-called "rail cup") which receives the injection valves 24 radially.
  • the injection valves 24 are not in contact with the fuel feeder 22 at an axial stop, so they are axially largely decoupled mechanically from the fuel feeder 22.
  • the injectors 24 are pressed against the cylinder head by the force resulting from the pressure prevailing in the fuel rail 22 and thereby fixed ("non suspended rail") .
  • the injection valves 24 are radial via a 0-ring (not shown) A structure-borne noise generated in the injection valves 24 is therefore transmitted primarily to the fuel distributor 22 in a hydraulic way, and its transmission can subsequently be reduced via the damping elements 50 at the attachment sections 30 of the fuel meter 22.
  • FIG. 9 shows yet another alternative connection of the high-pressure injection valves 24 to the fuel distributor 22.
  • the fuel distributor 22 here too has the connection section 68 (so-called “rail cup”), which receives the injection valves 24.
  • the injection valves 24 are positively and non-positively connected to or in the connection section 68 ("suspended rail"), the injection valves 24 having no axial contact with the mounting structure 32 (cylinder head) can be attached to the cylinder head, in this case the connection portion 68 can be connected via a short line (not shown) with the fuel meter 22.
  • a structure-borne sound is transmitted to the fuel meter 22, so that the Damping elements 50 at the attachment portions 30 of the fuel meter 22 are particularly useful.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffzuteiler (22) für eine Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse und einem mit diesem verbundenen Einspritzventil (24). Das Gehäuse weist mindestens einen Befestigungsabschnitt (30) auf, mit dem der Kraftstoffzuteiler (22) an einer Anbaustruktur (32) der Brennkraftmaschine (10) befestigt werden kann. Zwischen dem Befestigungsabschnitt (30) und der Anbaustruktur (32) der Brennkraftmaschine (10) ist mindestens ein Dämpfungselement (50) angeordnet, das mindestens eine schwingungsdämpfende Schicht (54) umfasst.

Description

Beschreibung
Titel Kraftstoffzuteiler
Stand der Technik
Moderne Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge mit Benzindirekteinspritzung beinhalten einen Kraftstoffzuteiler, der als gemeinsamer Kraftstoffspeicher für Hochdruck-Einspritzventile eingesetzt wird. Der Hochdruck wird dabei von einer Hochdruckpumpe erzeugt, die am Kraftstoffzuteiler angeschlossen ist. Der
Kraftstoffzuteiler wird im Fahrbetrieb zu Schwingungen im hörbaren Frequenzbereich angeregt. Dies geschieht einerseits durch Pulsationen und Körperschall infolge des Betriebs der am Kraftstoffzuteiler angeordneten Hochdruck-Einspritzventile, andererseits aufgrund von Pulsationen, welche durch die instationäre Förderung der Hochdruckpumpe hervorgerufen werden.
Aus der DE 10 2005 008 038 A1 ist bspw. ein Kraftstoffzuteiler für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem eine geräuschdämmende Ummantelung des Kraftstoffzuteilers Schaltgeräusche der Einspritzventile dämpft.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kraftstoffzuteiler in einer Brennkraftmaschine so weiterzuentwickeln, dass der Kraftstoffzuteiler mit geringem Kostenaufwand einen geräuscharmen Betrieb gewährleistet.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Kraftstoffzuteiler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs vorgeschlagen. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf jeweils explizit hingewiesen wird. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich ferner in den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein hörbares, störendes Geräusch im Sinne von
Luftschall bei einem Kraftstoffzuteiler auf zwei Wegen entstehen kann: Zum Einen wird direkt von der schwingenden Oberfläche des Kraftstoffzuteiler Luftschall abgestrahlt. Zweitens wird über Verschraubungs- bzw. Befestigungsstellen an Verbindungselementen Körperschall an eine Anbaustruktur der Brennkraftmaschine weitergeleitet, was zu einer weiteren unerwünschten Schallübertragung und damit einhergehender Schallabstrahlung führt, unter Umständen bis ins Innere des Fahrzeugs. Die Anbaustruktur ist in der Regel ein Zylinderkopf; es kann jedoch auch eine Anbindung des Kraftstoffzuteilers über Distanzhülsen oder über weitere Verbindungselemente erfolgen.
Auf die Befestigung (Verschraubung) des Kraftstoffzuteilers wirken während des Fahrbetriebs hohe statische Kräfte und dynamische Wechselkräfte. Es darf eine bestimmte Relativbewegung des Kraftstoffzuteilers gegenüber dem Zylinderkopf im Betrieb im jeweiligen Betriebspunkt nicht überschritten werden. Aufgrund dieser Funktions- und Festigkeitsanforderungen sitzt der Kraftstoffzuteiler bisher relativ steif auf der Anbaustruktur (z.B. Zylinderkopf) und überträgt deshalb weitgehend ungedämpft Schwingungen.
Durch das erfindungsgemäße Dämpfungselement werden Schwingungen (Pulsationen), die in dem Kraftstoffzuteiler erzeugt oder über den Kraftstoffzuteiler übertragen werden, gedämpft. Die notwendige Stabilität bleibt jedoch erhalten, d.h. die relativ steife Anbindung des Kraftstoffzuteilers wird trotz des Dämpfungselements beibehalten. Die Elastizität der Befestigung des Kraftstoffzuteilers erhöht sich nur leicht und erfüllt weiterhin alle Funktionsanforderungen (geringe Relativbewegung des Kraftstoffzuteilers und der damit verbundenen Einspritzventile) und
Festigkeitsanforderungen (Belastung der Befestigungsschrauben). Gleichzeitig werden Akustik-, Funktions- und Festigkeitsanforderungen, die sich aus einem Kraftstoffzuteiler-Design ergeben, erfüllt.
Die vorliegende Erfindung führt also zu einer schwingungstechnischen Entkopplung und damit zu einer Geräuschreduktion. Die Schwingamplituden (Vibrationsbelastung), die auf den Kraftstoffzuteiler und auf die angeschlossenen Komponenten einwirken, wie z.B. Drucksensor und Stecker, werden gesenkt. Die Körperschallanregung von der Brennkraftmaschine auf den Kraftstoffzuteiler wird durch die Entkopplung reduziert und die vom Kraftstoffzuteiler direkt abgestrahlten Geräuschanteile werden durch die erhöhte Dämpfung aufgrund der Dämpfungselemente reduziert.
Vorteilhaft ist ebenfalls eine geringere Vibrationsbelastung des Kraftstoffzuteilers, die dessen Lebensdauer erhöht. Die Reduzierung der Körperschallübertragung senkt auch eine durch den Körperschall angeregte Luftschallabstrahlung von der Anbaustruktur (bspw. einem Gehäuse der Brennkraftmaschine). Außerdem wird die
Körperschallübertragung über weitere Bauteile auf die Karosserie reduziert. Durch all diese Maßnahmen wird auch das von Insassen des Kraftfahrzeugs als störend empfundene Geräusch des Kraftstoff-Einspritzsystems reduziert. Das Einbringen der Dämpfungselemente im Bereich der Befestigungsabschnitte des Kraftstoffzuteilers während einer Montage ist dabei einfach realisierbar, was sich günstig auf die Kosten auswirkt. Zudem erfordert das Dämpfungselement praktisch keinen zusätzlichen Bauraum.
Zusätzlich wird vorgeschlagen, dass der Befestigungsabschnitt mindestens eine Bohrung aufweist, in die eine Montageschraube eingesetzt ist, und dass zwischen dem Schraubenkopf der Montageschraube und dem Befestigungsabschnitt bzw. der Anbaustruktur der Brennkraftmaschine mindestens ein Dämpfungselement mit mindestens einer schwingungsdämpfenden Schicht angeordnet ist. Dies berücksichtigt, dass neben einer Auflagefläche des Befestigungsabschnitts auf der Anbaustruktur der
Brennkraftmaschine Schwingungen auch über die Montageschrauben übertragen werden können. Durch die schwingungsdämpfende Schicht im Bereich der Schraubenköpfe wird dies verhindert oder zumindest stark gemindert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die schwingungsdämpfende Schicht ein viskoelastisches Material umfasst. Als viskoelastisch bezeichnet man Polymere (großmolekulare elastische Kunststoffe wie bspw. Polyurethane, Elastomere, Plastomere, Thermoplaste oder Silikone) mit besonderen elastischen Eigenschaften. Die Eigenschaften äußeren sich in der Weise, als würde sich die Elastizität fester Körper mit flüssigkeitsähnlichem Verhalten verbinden. Bei dynamischer
Beanspruchung wird ein Teil der Deformationsarbeit (z.B. Vibrationsenergie) von dem viskoelastischen Material dissipiert (umgewandelt). Ähnliche Effekte wirken bei Normalbelastung, insbesondere bei Druckbelastung, auf das Blech. In diesem Fall wird die viskoelastische Schicht komprimiert und weicht in Blechrichtung aus, was wiederum zu Dissipation aufgrund von Materialverformung in der viskoelastischen Schicht führt. Es wird dabei auch eine übertragene Körperschallleistung effizient durch die viskoelastische Materialdämpfung teilweise dissipiert und auch absorbiert. Die Dissipation von Körperschallenergie führt in jedem Fall zu einer Bedämpfung von Schwingformen des Kraftstoffzuteilers und zu einer Reduzierung aller Körperschallanteile, die durch diese Schicht vom Kraftstoffzuteiler in die Anbaustruktur übertragen werden. Es wird daher die Schallleistung durch den Übertragungspfad gemindert. Diese Eigenschaft entspricht einer akustischen Entkopplung bzw. Isolation des Kraftstoffzuteilers.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Dämpfungselement mindestens ein metallisches Blech aufweist, und dass mindestens auf einer Seite des Bleches die schwingungsdämpfende Schicht angeordnet ist. Das Dämpfungselement (sog. "Sandwich"-, laminiertes -, leises - oder "Compound"- Blech) ist vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet und dient als Unterlage für den Befestigungsabschnitt des Kraftstoffzuteilers, der an der Anbaustruktur befestigt ist. Auf dem metallischen Blech ist eine dünne viskoelastische Schicht auflaminiert. Das metallische Blech wirkt dabei stabilisierend, so dass die Elastizität der Befestigung des Kraftstoffzuteilers durch die viskoelastische Schicht nur leicht erhöht wird und alle Funktionsanforderungen (starre Befestigung) und Festigkeitsanforderungen (Belastung der Montageschrauben) trotzdem erfüllt werden. Der Einsatz eines solchen Dämpfungselements führt hierbei an den Befestigungspunkten des Kraftstoffzuteilers zu einer Bedämpfung der
Kraftstoffzuteiler-Schwingungen. Außerdem wird die Körperschallübertragung in die Anbaustruktur, beispielsweise einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, deutlich reduziert. Infolge dieser beiden Effekte wird eine Schallabstrahlung bzw. Schallweiterleitung vom Kraftstoffzuteiler und der Anbaustruktur reduziert, und die Vibrationsbelastung der betroffenen Komponenten wird gesenkt. Die Fertigung der
Dämpfungselemente erfolgt im Wesentlichen durch Zurechtschneiden von eben ausgeführten Blechen, auf denen die viskoelastische Schicht bereits auflaminiert ist. Da das Dämpfungselement aus preiswert herzustellendem Material besteht und keine aufwendigen Herstellungskosten anfallen, ist die Erfindung kostengünstig und effektiv. Ergänzend hierzu wird vorgeschlagen, dass das Dämpfungselement mindestens zwei metallische Bleche aufweist, zwischen denen die schwingungsdämpfende Schicht angeordnet ist (Sandwichblech). Auch dieses Dämpfungselement ist vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet und wirkt als Unterlage zwischen dem Befestigungsabschnitt des Kraftstoffzuteilers und der Anbaustruktur der
Brennkraftmaschine. Während in der erstbeschriebenen Ausführungsform des Dämpfungselements die viskoelastischen Eigenschaften erhöht wurden, sind in der zweiten Ausgestaltung durch den Einsatz von zwei metallischen Blechen die stabilisierenden Eigenschaften der Befestigung erhöht. Fertigungstechnisch ist hier die viskoelatische Schicht zwischen den beiden Blechen einlaminiert. Auch dieses Dämpfungselement ist preiswert herstellbar und effektiv einsetzbar.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Dämpfungselement mindestens ein metallisches Blech umfasst, welches auf beiden Seiten eine schwingungsdämpfende Schicht aufweist. Bei einer beidseitigen Auflaminierung der viskoelastischen Schicht auf das Blech werden die schwingungsdämpfenden Eigenschaften weiter erhöht. Dabei wirkt die viskoelastische Schicht nach der Montage des Dämpfungselements zwischen Kraftstoffzuteiler und Anbaustruktur als Sandwichschicht zwischen Auflagefläche und Metallschicht des Dämpfungselements und/oder zwischen Kraftstoffzuteiler und Metallschicht der
Unterlage.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die schwingungsdämpfende Schicht mindestens auf einer Seite eine Profilierung oder Mikroprofilierung beispielsweise in Form von Noppen oder Rippen aufweist. Hierdurch wird die schwingungsdämpfende Wirkung weiter erhöht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden anhand von Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Prinzipskizze einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffzuteiler;
Figur 2 eine schematische Detailansicht des Kraftstoffzuteilers aus Figur 1 ; Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dämpfungselements;
Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Dämpfungselements;
Figur 5 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dämpfungselements;
Figur 6 ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dämpfungselements;
Figur 7 eine schematische Darstellung einer Möglichkeit einer Befestigung des Kraftstoffzuteilers aus Figur 1 oder 2;
Figur 8 eine Schnitt-Darstellung ähnlich zu Figur 2 einer alternativen Ausführung eines Kraftstoffzuteilers; und
Figur 9 eine Schnitt-Darstellung ähnlich zu Figur 2 einer nochmals alternativen
Ausführung eines Kraftstoffzuteilers.
Ausführungsformen der Erfindung
Eine Brennkraftmaschine trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine Vorförderpumpe 14 Kraftstoff in eine
Niederdruckleitung 16 fördert. Der Druck in der Niederdruckleitung 16 wird durch ein Drucksteuer- beziehungsweise Druckregelventil 18 eingestellt. Die Niederdruckleitung 16 führt zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 20. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 20 wird mechanisch von der Brennkraftmaschine 10 angetrieben. Sie verdichtet den Kraftstoff auf einen sehr hohen Druck und fördert ihn in einer Hochdruckleitung 21 zu einem
Kraftstoffzuteiler 22, dessen Aufbau in Figur 2 näher beschrieben wird. An diesen sind mehrere Hochdruck-Einspritzventile (Injektoren) 24 angeschlossen, die den Kraftstoff unter hohem Druck in ihnen direkt zugeordnete Brennräume 26 einspritzen. Der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird von einer Steuer- und Regeleinrichtung 28 gesteuert und geregelt. Figur 2 zeigt den Kraftstoffzuteiler 22 in einer schematischen Darstellung. Er weist auf beiden Seiten Befestigungsabschnitte 30 auf, um ihn an einer Anbaustruktur 32 (z.B. einem Zylinderkopf) der Brennkraftmaschine 10 zu befestigen. Zwischen den Befestigungsabschnitten 30 und der Anbaustruktur 32 ist jeweils ein Dämpfungselement 50 angeordnet, das Schwingungen im hörbaren Bereich dämpft.
Der Kraftstoffzuteiler 22 wird im Betrieb zu Schwingungen im hörbaren Frequenzbereich angeregt. Dies geschieht zum einen durch Pulsationen und Körperschall infolge des Betriebs der im Kraftstoffzuteiler 22 befindlichen Hochdruck-Einspritzventile 24, zum anderen aufgrund Pulsationen, welche durch die instationäre Förderung der Hochdruck- Kraftstoffpumpe 20 hervorgerufen werden. Ein hörbares Geräusch im Sinne von Luftschall entsteht vor allem auf zwei Wegen: Zum einen wird direkt von der schwingenden Oberfläche des Kraftstoffzuteilers 22 Luftschall abgestrahlt. Zweitens wird über die Befestigungsabschnitte 30 Körperschall an die Anbaustruktur 32 weitergeleitet, was zu einer weiteren unerwünschten Schallübertragung und damit einhergehender Schallabstrahlung führt, unter Umständen bis ins Innere des Fahrzeugs.
Funktion und Anforderungen an die Betriebsfestigkeit des Kraftstoffzuteilers 22 bedingen jedoch einige Anforderungen an die Befestigung des Kraftstoffzuteilers 22. So wirken auf eine Befestigung hohe statische Kräfte und dynamische Wechselkräfte. Außerdem darf eine bestimmte Relativbewegung des Kraftstoffzuteilers 22 gegenüber dem Zylinderkopf 32 im Betrieb nicht überschritten werden. Aufgrund dieser Funktions- und
Festigkeitsanforderungen muss der Kraftstoffzuteiler 22 relativ steif auf der Anbaustruktur 32 sitzen. Die hier eingesetzten Dämpfungselemente 50 mit bspw. dünnen viskoelastischen Schichten erlauben aufgrund ihrer hohen Materialdämpfung eine Reduzierung der
Schwingungseigenschaften und der Körperschalltransmission, ohne die steife Anbindung zu flexibel zu machen. Die steife Lage des Kraftstoffzuteilers 22 auf der Anbaustruktur 32 wird im Wesentlichen beibehalten.
Bei der hier gezeigten Brennkraftmaschine 10 wird daher das Dämpfungselement 50 gemäß Figur 3 mit einer schwingungsdämpfenden Schicht 54 zur Minderung der Schallübertragung zwischen dem Befestigungsabschnitt 30 und der Anbaustruktur 32 der Brennkraftmaschine 10 eingesetzt. Das Dämpfungselement 50 umfasst ein metallisches Blech 52 und eine darauf aufgetragene, bevorzugt auflaminierte, viskoelastische Schicht 54 (sog. "Sandwich"-, laminiertes -, leises - oder "Compound"- Blech), so dass sich ein scheibenförmiges Dämpfungselement 50 ergibt. Außerdem kann das Dämpfungselement 50 Bohrungen für Montageschrauben aufweisen.
Dabei ist die viskoelastische Schicht 54 nur dünn auf das Blech 52 aufgetragen. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch recht steif. Außerdem kann die schwingungsdämpfenden Schicht 54 eine Profilierung oder Mikroprofilierung beispielsweise in Form von Noppen oder Rippen aufweisen, was die Dämpfungseigenschaften weiter verstärkt.
Figur 4 zeigt einen Aufbau einer zweiten Ausführungsform des scheibenförmigen
Dämpfungselements 50. Zu Figur 3 identische oder funktionsäquivalente Bauteile sind hier und nachfolgend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden nicht nochmals näher erläutert.
Das Dämpfungselement 50 von Figur 4 weist zwei parallel zueinander angeordnete metallische Bleche 52 auf, zwischen denen die schwingungsdämpfende Schicht 54 einlaminiert ist. Die Bleche 52 können in einer nicht dargestellten Ausführungsform unterschiedlich dick und/oder aus einem unterschiedlichen Material hergestellt sein. Die vorliegende Ausführungsform ist besonders steif. In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann das Dämpfungselement auch mehr als zwei Bleche 52 und damit auch mehr als eine viskoelatische Schicht 54 aufweisen.
In Figur 5 weist das Dämpfungselement 50 ein einzelnes metallisches Blech 52 auf, das auf beiden Seiten mit einer schwingungsdämpfenden Schicht 54 aus viskoelastischem Material beschichtet ist, beispielsweise durch Auflaminieren. Die Dicke des viskoelastischen Materials 54 kann dabei unterschiedlich sein. Bei einer nicht gezeigten Ausführungsform kann das Dämpfungselement 50 mehr als ein Blech 52 und damit mehr als zwei schwingungsdämpfende Schichten 54 aufweisen.
Figur 6 zeigt einen Aufbau des scheibenförmigen Dämpfungselements 50 in einer vierten Ausführungsform. In der Ausführungsform von Figur 6 sind die Ausführungsformen aus den Figuren 3 und 4 miteinander kombiniert. Das Dämpfungselement 50 weist zwei parallel zueinander angeordnete metallische Bleche 52 auf, zwischen denen eine erste schwingungsdämpfende Schicht 54 aus einem viskoelastischen Material aufgetragen, vorzugsweise einlaminiert ist. Zusätzlich ist in Figur 6 die obere Seite des
Dämpfungselements 50 von außen mit einer zweiten schwingungsdämpfenden Schicht 54 aus viskoelastischem Material beschichtet, die vorzugsweise auflaminiert ist. Auch hier kann die Dicke der Bleche 52 und/oder der schwingungsdämpfenden Schichten 54 unterschiedlich sein und das Dämpfungselement 50 kann mehr als zwei Bleche 52 und damit mehr als zwei schwingungsdämpfende Schichten 54 aufweisen.
Die Ausführungsbeispiele zeigen, dass die Anordnung der einzelnen Schichten (Blech 52 und schwingungsdämpfende Schicht 54) des Dämpfungselements 50 ganz spezifisch auf den speziellen Anwendungsfall ausgerichtet sein kann.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Möglichkeit einer Befestigung des
Kraftstoffzuteilers 22 aus Figur 1 oder 2 mittels Montageschrauben unter Verwendung des Dämpfungselements 50. Da neben den Auflageflächen der Befestigungsabschnitte 30 des Kraftstoffzuteilers 22 auch die vorliegend zu den Befestigungsabschnitten 30 gehörenden Schraubenhalterungen über die entsprechenden Montageschrauben Schwingungen übertragen können, können die Montageschrauben ebenfalls mit in das Dämpfungskonzept mit einbezogen werden. Prinzipiell können alle vier (in Figur 3 bis 6) dargestellten Ausführungsformen im Bereich der Montageschrauben eingesetzt werden. Im individuellen Fall sollte eine Auswahl gemäß der Anforderungen nach Stabilität und Dämpfungs- bzw. Entkopplungsvermögen getroffen werden.
Die linke Seite in Figur 7 zeigt eine Explosionsdarstellung einer möglichen Befestigung des Kraftstoffzuteilers 22. Die Figur zeigt eine Montageschraube 60, die in eine Bohrung (ohne Bezugszeichen) einer Schraubenhalterung 62 des Kraftstoffzuteilers 22 (hier nicht dargestellt) eingeführt ist. Zu beiden Seiten der Schraubenhalterung 62 umfasst der Schaft der Montageschraube 60 jeweils ein ringscheibenförmiges Dämpfungselement 50. Auf der vom Schraubenkopf abgewandten Seite weist die Montageschraube 60 eine Schraubenfixierung 64 aus Kunststoff und eine Distanzhülse 66 auf.
Die rechte Seite in Figur 7 zeigt die zusammengeschraubte Vorrichtung.
Wird das Dämpfungselement 50 zwischen dem Kraftstoffzuteiler 22 und der Anbaustruktur 32 und zusätzlich im Bereich der Montageschrauben 60 eingesetzt, wird eine komplette Isolation ohne metallische Kontakte zwischen dem Kraftstoffzuteiler 22 und der Anbaustruktur 32 erzielt, was zu einer maximalen Reduzierung der Körperschallübertragung durch die Montageschrauben 60 in die Anbaustruktur 32 führt. Figur 8 zeigt eine alternative Anbindung der Hochdruck-Einspritzventile 24 an den Kraftstoffzuteiler 22. Der Kraftstoffzuteiler 22 weist dabei einen Anschlussabschnitt 68 (sog. "Railtasse") auf, der die Einspritzventile 24 radial aufnimmt. Die Einspritzventile 24 liegen am Kraftstoffzuteiler 22 nicht an einem axialen Anschlag an, sie sind axial also weitgehend vom Kraftstoffzuteiler 22 mechanisch entkoppelt. Stattdessen werden die Einspritzventile 24 durch die Kraft, die aus dem im Kraftstoffzuteiler 22 herrschenden Druck resultiert, gegen den Zylinderkopf gepresst und dadurch fixiert (engl, „non suspended rail"). Die Einspritzventile 24 sind über einen 0-Ring (nicht dargestellt) radial in dem Anschlussabschnitt 68 abgedichtet und fixiert. Ein in den Einspritzventilen 24 erzeugter Körperschall wird also vor allem auf hydraulischem Weg auf den Kraftstoffzuteiler 22 übertragen, und seine Weiterleitung kann anschließend über die Dämpfungselemente 50 an den Befestigungsabschnitten 30 des Kraftstoffzuteilers 22 reduziert werden.
Figur 9 zeigt eine nochmals alternative Anbindung der Hochdruck-Einspritzventile 24 an den Kraftstoffzuteiler 22. Der Kraftstoffzuteiler 22 weist auch hier den Anschlussabschnitt 68 (sog. "Railtasse") auf, der die Einspritzventile 24 aufnimmt. Die Einspritzventile 24 liegen jedoch form- und kraftschlüssig an bzw. in dem Anschlussabschnitt 68 an (engl, „suspended rail"), wobei die Einspritzventile 24 keinen axialen Kontakt zur Anbaustruktur 32 (Zylinderkopf) haben. Sollte der Kraftstoffzuteiler 22 aus Platzgründen nicht nah genug am Zylinderkopf angebaut werden können, kann in diesem Fall der Anschlussabschnitt 68 über eine kurze Leitung (nicht dargestellt) mit dem Kraftstoffzuteiler 22 verbunden werden. Hier wird neben dem in den Einspritzventilen 24 erzeugte Hydroschall auch ein Körperschall auf den Kraftstoffzuteiler 22 übertragen, so dass die Dämpfungselemente 50 an den Befestigungsabschnitten 30 des Kraftstoffzuteilers 22 besonders sinnvoll sind.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffzuteiler (22) für eine Brennkraftmaschine (10), mit einem Gehäuse, wobei der Kraftstoffzuteiler (22) mit mindestens einem Einspritzventil (24) verbindbar ist und wobei das Gehäuse mindestens einen
Befestigungsabschnitt (30) aufweist, mit dem der Kraftstoffzuteiler (22) an einer Anbaustruktur (32) der Brennkraftmaschine (10) befestigt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Befestigungsabschnitt (30) zu der Anbaustruktur (32) der Brennkraftmaschine (10) hin mindestens ein Dämpfungselement (50) anordenbar ist, das mindestens eine schwingungsdämpfende Schicht (54) umfasst.
2. Kraftstoffzuteiler (22) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (30) mindestens eine Bohrung aufweist, in die eine Montageschraube ( 60) eingesetzt ist, und dass das Dämpfungselement (50) zwischen dem Schraubenkopf der Montageschraube (60) und dem Befestigungsabschnitt (30) oder der Anbaustruktur (32) der Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist.
3. Kraftstoffzuteiler (22) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingungsdämpfende Schicht (54) ein viskoelastisches Material umfasst.
4. Kraftstoffzuteiler (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (50) mindestens ein metallisches Blech (52) aufweist, und dass mindestens auf einer Seite, vorzugsweise auf beiden Seiten des Bleches (52) die schwingungsdämpfende Schicht (54) angeordnet ist.
5. Kraftstoffzuteiler (22) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das
Dämpfungselement (50) mindestens zwei metallische Bleche (52) aufweist, zwischen denen eine schwingungsdämpfende Schicht (54) angeordnet ist.
6. Kraftstoffzuteiler (22) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (50) mindestens ein metallisches Blech (52) umfasst, welches auf beiden Seiten eine schwingungsdämpfende Schicht (54) aufweist.
7. Kraftstoffzuteiler (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingungsdämpfende Schicht (54) mindestens auf einer Seite eine Profilierung oder Mikroprofilierung, insbesondere in Form von Noppen, aufweist.
8. Kraftstoffzuteiler (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er Anschlussabschnitte (68) für die mit ihm verbundenen
Einspritzventile (24) aufweist und von diesen mindestens in einer Richtung mechanisch entkoppelt ist.
9. Kraftstoffzuteiler (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er Anschlussabschnitte (68) für die mit dem Kraftstoffzuteiler (22) verbundenen Einspritzventile (24) aufweist und mit diesen mechanisch verbunden ist.
10. Brennkraftmaschine (10) mit einem Kraftstoff-Einspritzsystem, wobei das Kraftstoff-Einspritzsystem einen Kraftstoffzuteiler (22) mit einem Gehäuse und mindestens ein mit diesem verbundenes Einspritzventil (24) umfasst und wobei das Gehäuse mindestens einen Befestigungsabschnitt (30) aufweist, mit dem der Kraftstoffzuteiler (22) an einer Anbaustruktur (32) der Brennkraftmaschine (10) befestigt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Befestigungsabschnitt (30) und der Anbaustruktur (32) der Brennkraftmaschine
(10) mindestens ein Dämpfungselement (50) angeordnet ist, das mindestens eine schwingungsdämpfende Schicht (54) umfasst.
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