DE102005011574A1

DE102005011574A1 - Zwischenelement für ein Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102005011574A1
Application number: DE102005011574A
Authority: DE
Inventors: Uwe Liskow
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2006-09-21
Also published as: US20090050113A1; JP2008533374A; US7765985B2; EP1861616A1; WO2006097374A1

Abstract

Ein Zwischenelement (8) für ein in einem Zylinderkopf (2) einer Brennkraftmaschine angeordnetes Brennstoffeinspritzventil (1) ist zwischen einem Ventilgehäuse (10) des Brennstoffeinspritzventils (1) und einer Wandung (11) einer Aufnahmebohrung (9) des Zylinderkopfes (2) und/oder zwischen dem Ventilgehäuse (10) und einer das Brennstoffeinspritzventil (1) in dem Zylinderkopf (2) niederhaltenden Spannpratze (14) angeordnet. Das Zwischenelement (8) ist aus mehreren Lagen (15) unterschiedlicher Struktur und/oder unterschiedlichen Materials aufgebaut.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Zwischenelement für ein Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Beispielsweise ist aus der DE 101 08 466 A1 ein Zwischenelement für die Abstützung eines Brennstoffeinspritzventils in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bekannt. Das Zwischenelement ist dabei in Form eines Unterlegrings ausgebildet und zwischen einem Ventilgehäuse des Brennstoffeinspritzventils und einer Wandung einer Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes angeordnet. Der Unterlegring weist einen runden oder ovalen Querschnitt auf, und eine Schulter des Ventilgehäuses wird durch den Unterlegring von einer Schulter des Zylinderkopfes beabstandet.

Nachteilig bei bekannten Unterlegringen ist dabei insbesondere, daß zwar die Positionierung des Brennstoffeinspritzventils im Zylinderkopf korrigiert werden kann, jedoch durch den massiven Aufbau der Unterlegringe aus Draht, Kupfer, Stahl o.ä. eine Körperschallbrücke zwischen dem Brennstoffeinspritzventil und dem Zylinderkopf entsteht. Dadurch wird der im Brennstoffeinspritzventil durch die Schaltimpulse erzeugte Körperschall auf die anderen Bauteile der Brennkraftmaschine übertragen und sorgt für eine störende Geräuschentwicklung.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Zwischenelement für ein Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch einen geeigneten Aufbau eines Zwischenelements zwischen dem Brennstoffeinspritzventil und dem Zylinderkopf und/oder zwischen dem Brennstoffeinspritzventil und einer niederhaltenden Spannpratze oder einem Federelement eine Entkoppelung des Brennstoffeinspritzventils erfolgt, welche die Übertragung von Körperschall auf andere Komponenten der Brennkraftmaschine reduziert. Das Zwischenelement weist dabei mehrere, zumindest drei Lagen auf, die unterschiedliche Formen aufweisen und/oder aus verschiedenen Materialien aufgebaut sind.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Zwischenelements möglich.

Von Vorteil ist insbesondere, daß die Anzahl der Zwischenlagen variabel ist und an die Gegebenheiten angepaßt werden kann.

Vorteilhafterweise sind die Lagen mit einer Struktur ausgestattet, welche beispielsweise wellblech-, waffel- oder wabenartig ausgebildet sein kann.

Die Strukturen benachbarter Lagen können dabei gleichphasig, gegenphasig oder zueinander verdreht angeordnet sein, um lediglich punktuelle Berührungen benachbarter Lagen zuzulassen und so den Körperschall zu dämmen.

Die Lagen können durch verschiedene Verfahren wie Löten, Schweißen, Bördeln, Klammern oder Verdichten während des Herstellungsprozesses erfolgen. Eine topfförmige Ausbildung der Bodenlage erleichtert dabei die Verbindung.

Die Verbindung der Lagen untereinander kann sowohl nur radial außen als auch radial außen und innen erfolgen.

Die zwischen den Zwischenschichten vorhandenen Hohlräume können mit geeigneten Füllungen wie beispielsweise Metallspänen oder Kugeln aus Materialien wie Metall, Kunststoff oder mineralischen Kugeln versehen sein, um den Körperschall weiter zu dämmen.

Weiterhin ist von Vorteil, daß die Lagen wechselweise aus Metall und Kunststoffen und/oder kohlefaserhaltigen Stoffen bestehen können.

Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Zwischenelement ausgestatteten Brennstoffeinspritzventils in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine,
2A–C drei Ausführungsbeispiele des Aufbaus eines erfindungsgemäß ausgestalteten Zwischenelements,
3A–C zwei weitere Ausführungsbeispiele des Aufbaus eines erfindungsgemäß ausgestalteten Zwischenelements,
4A–B ein erstes Ausführungsbeispiel der Verbindung der Lagen erfindungsgemäßer Zwischenelemente,
5A–B ein zweites Ausführungsbeispiel der Verbindung der Lagen erfindungsgemäßer Zwischenelemente,
6A–B zwei weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäß ausgestalteter Zwischenelemente, und
7 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Zwischenelements mit Klammern.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt einen schematisierten Teilschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines mit einem erfindungsgemäßen Zwischenelement 8 ausgestatteten Brennstoffeinspritzventils 1 in einer Auf nahmebohrung eines Zylinderkopfes einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine.
Ein Brennstoffeinspritzventil 1 ist dabei in Form eines direkt einspritzenden Brennstoffeinspritzventils 1 ausgeführt und in einem Zylinderkopf 2 einer Brennkraftmaschine eingebaut. Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist an einem zulaufseitigen Ende 3 eine Steckverbindung zu einer Brennstoffverteilerleitung 4 auf, die durch eine Dichtung 5 zwischen der Brennstoffverteilerleitung 4 und einem Zuleitungsstutzen 6 des Brennstoffeinspritzventils 1 abgedichtet ist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 verfügt über einen elektrischen Anschluß 7 für die elektrische Kontaktierung zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist in der Aufnahmebohrung 9 des Zylinderkopfes 2 zwischen einer Wandung 11 der Aufnahmebohrung 9 und einem Ventilgehäuse 10 des Brennstoffeinspritzventils 1 und/oder zwischen dem Ventilgehäuse 10 und einer zylinderkopfseitigen Spannpratze 14 oder einem Federelement, durch welche das Brennstoffeinspritzventil 1 in dem Zylinderkopf 2 der Brennkraftmaschine niedergehalten wird, erfindungsgemäß je ein Zwischenelement 8 auf, das der Körperschallentkoppelung dient und gleichzeitig die Lage des Brennstoffeinspritzventils 1 reguliert.
Das Zwischenelement 8 erfüllt mehrere Funktionen. Einerseits wird die Körperschalleinleitung des Brennstoffeinspritzventils 1 in den Zylinderkopf 2 und in weitere Bauteile der Brennkraftmaschine reduziert. Dies ist wünschenswert, da insbesondere piezoelektrisch betätigte Brennstoffeinspritzventile 1 durch die hohen Schaltkräfte und die kurzen Ansteuerimpulse sehr große Körperschallanregungen an der Einbaustelle im Zylinderkopf 2 erzeugen. Der Körperschall wird zudem bei heute oft angewandter Mehrfacheinspritzung durch die erhöhte Anzahl von Einspritzimpulsen weiter verstärkt.
Durch eine Beabstandung des Brennstoffeinspritzventils 1 von einer Wandung 11 der Aufnahmebohrung 9 kann weiterhin eine Zentrierung des Brennstoffeinspritzventils 1 erreicht werden, die einem Verkanten des Brennstoffeinspritzventils 1 beispielsweise im Bereich eines Düsenkörpers 12 des Brennstoffeinspritzventils 1 entgegenwirkt und somit zur Dichtwirkung eines auf den Düsenkörper 11 aufgesteckten Dichtrings 13, der den Zylinderkopf 2 gegen den nicht weiter dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine abdichtet, beiträgt.
Weiterhin können durch das Zwischenelement 8 Fertigungstoleranzen der einzelnen Bauteile, beispielsweise des Düsenkörpers 12 oder des Ventilgehäuses 10, die zu Asymmetrien im Brennstoffeinspritzventil 1 führen, ausgeglichen werden, ohne daß aufwendige Nachbearbeitungen der Bauteile notwendig sind.
Auch temperaturbedingte Toleranzen, die beispielsweise durch die Erwärmung des Brennstoffeinspritzventils 1 und des Zylinderkopfes 2 während des Betriebs der Brennkraftmaschine auftreten, können durch das Zwischenelement 8 kompensiert werden. Toleranzen dieser Art können beispielsweise zu Belastungen und Verspannungen der Steckverbindung zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und der Brennstoffverteilerleitung 4 führen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäß ausgestaltete Zwischenelemente 8, die in den Figuren der Zeichnung schematisch dargestellt sind, näher erläutert.
Die 2A bis 2C zeigen stark schematisierte Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäß ausgestaltete Zwischenelemente 8 in geschnittener, seitlicher Darstellung.
Die Zwischenelemente 8 sind erfindungsgemäß aus mehreren, beispielsweise drei bis fünf Lagen 15 aufgebaut, welche unterschiedliche Formen aufweisen und/oder aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sein können. Die Lagen 15 sind dabei beispielsweise aus Blech in einer Materialstärke von ca. 0,1 bis 0,5 mm oder weniger hergestellt. Zumindest eine der Lagen 15 weist eine Struktur auf, welche eine vollflächige Auflage an den angrenzenden Lagen 15 verhindert und so die Weiterleitung des Körperschalls unterbindet.
Die Ausführungsbeispiele gemäß 2A bis 2C weisen dabei jeweils eine Bodenlage 15a, eine Decklage 15b sowie mehrere, im Ausführungsbeispiel drei, Zwischenlagen 15c auf. Die Zwischenlagen 15c müssen dabei aus zerrüttungsfesten und über die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils 1 maßstabilen Materialien gefertigt sein.
Die Zwischenlagen 15c weisen dabei in den dargestellten Ausführungsbeispielen wellblechartige oder waffelartige Strukturen auf, welche beispielsweise durch Prägen oder Tiefziehen in Materialstärken von Zehnteln, Hundertsteln oder Tausendsteln Millimetern herstellbar sind. Die Strukturen können gegenphasig (2A) oder gleichphasig (2B) zueinander angeordnet sein. Die Zwischenlagen 15c können auch einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen (2C), wobei die trapezförmigen Strukturen ebenfalls gleich- oder gegenphasig angeordnet sein können. Dadurch, daß sich die einzelnen Lagen 15 des Zwischenelements 8 nicht vollflächig, sondern nur entlang von Linien berühren, kann eine wirksame Dämpfung des Körperschalls erzielt werden.
Eine weitere Verbesserung der Entkoppelung kann erzielt werden, wenn die mit der Struktur versehenen Zwischenlagen 15c unter einem Winkel von beispielsweise etwa 90° zueinander gedreht sind, wie in 3A stark schematisiert dargestellt. Dadurch werden die Berührungsflächen auf einzelne Punkte reduziert, wodurch noch weniger Körperschall übertragen wird.
Eine ähnlich effektive Wirkung zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß 3C, bei welchem eine wabenförmige Struktur für die im Ausführungsbeispiel nur eine Zwischenlage 15c vorgesehen ist.
Die Lagen 15 des Zwischenelements 8 können auf verschiedene Arten miteinander verbunden sein, um ein Verrutschen der Lagen 15 gegeneinander zu verhindern. Dabei kommen insbesondere Verfahren wie Bördeln, Krimpen, Schweißen oder Löten in Betracht.
4A und 4B zeigen eine mögliche Art der Verbindung mittels eines überstehenden, formschlüssigen Kragens 16, welcher einstückig mit der zu einem Topf ausgeformten Bodenlage 15a ausgebildet ist. Der Kragen 16 kann dabei, wie in 4A dargestellt, nur radial außen ausgebildet sein, um dadurch ein Verrutschen der Lagen 15 zu verhindern. Das Zwischenelement 8 bleibt dadurch nach radial innen offen und weist eine gewisse Anfälligkeit gegenüber Querkräften auf. Dem kann dadurch begegnet werden, daß der Kragen 16 auch radial innen angebracht wird, wie aus 4B ersichtlich.
Die Krafteinleitung auf das Zwischenelement 8 darf dabei jeweils nur auf die Boden- bzw. Decklage 15a, 15b erfolgen, da eine stabile Ausbildung der topfförmigen Bodenlage 15a wiederum eine Brücke für den Körperschall bilden würde. Es muß also sichergestellt sein, daß die Spannpratze l4 nur auf der Decklage 15b anliegt bzw. daß der Durchmesser des Zwischenelements 8 in der Einbauposition im Zylinderkopf 2 auf den Durchmesser des Ventilgehäuses 10 abgestimmt ist, so daß hier ebenfalls eine Krafteinleitung über die Boden- bzw. Decklage 15a, 15b und nicht über den Kragen 16 erfolgt.
Eine weitere Art der Verbindung ist das Umbördeln, welches in den 5A und 5B in gleicher Darstellung wie in 4A und 4B dargestellt ist. Dabei wird der Kragen 16 durch die Decklage 15b gebildet und mit der topfförmig ausgebildeten Bodenlage 15a verbördelt. Dies kann ebenfalls nur radial außen oder radial außen und innen erfolgen.
In den 6A und 6B sind sowohl weitere Arten der Verbindung der Boden- und Decklage 15a, 15b als auch eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Zwischenlagen 15c zur Dämmung des Körperschalls dargestellt.
Die Verbindung zwischen den Lagen 15 kann auch durch Schweißen oder Löten erfolgen, indem die Decklage 15b mit der wiederum topfförmig heraufgezogenen Bodenlage 15a verschweißt oder verlötet wird. Es ist dabei nicht mehr nötig, einen Kragen 16 zu formen, weshalb diese Form der Verbindung besonders einfach herstellbar ist.
Weiterhin ist es, wie aus den 6A und 6B ersichtlich, möglich, die zwischen den Zwischenlagen 15c vorhandenen Hohlräume 17 mit geeigneten Füllungen 18 zu versehen, beispielsweise mit Metallspänen, Metallkugeln oder Kunststoffkugeln, um so die Körperschallübertragung weiter zu dämpfen.
Eine weitere Möglichkeit zur Paketierung der Lagen 15 ist in 7 schematisch dargestellt, wobei hier die Verbindung mechanisch durch Klammern 19 erfolgt, welche die Lagen 15 umgreifen.
Schließlich ist es auch denkbar, die Lagen 15 während des Herstellungsprozesses des Zwischenelements 8 mit einer Kraft zu setzen, welche deutlich, beispielsweise um einen Faktor 1,2 bis 2, über der Betriebskraft liegt. Auch dadurch können die Lagen 15 untereinander verbunden werden.
Um die Herstellung des Zwischenelements 8 weiter zu vereinfachen, ist es ebenfalls denkbar, auf die mit einer Struktur versehenen Zwischenlagen 15c zu verzichten und diese statt dessen durch Zwischenlagen 15c aus Kunststoffen oder kohlefaserverstärkten Zwischenlagen 15c zu ersetzen. Die hierbei verwendeten Materialien müssen temperaturbeständig bis ca. 150°C und relaxationsfrei sein.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und beispielsweise auch für Brennstoffeinspritzventile 1 zur Einspritzung in den Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine anwendbar. Alle Merkmale der Erfindung sind beliebig untereinander kombinierbar.

Claims

Zwischenelement für ein in einem Zylinderkopf (2) einer Brennkraftmaschine angeordnetes Brennstoffeinspritzventil (1), wobei das Zwischenelement (8) zwischen einem Ventilgehäuse (10) des Brennstoffeinspritzventils (1) und einer Wandung (11) einer Aufnahmebohrung (9) des Zylinderkopfes (2) und/oder zwischen dem Ventilgehäuse (10) und einer das Brennstoffeinspritzventil (1) in dem Zylinderkopf (2) niederhaltenden Spannpratze (14) oder einem Federelement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement (8) aus mehreren Lagen (15) unterschiedlicher Struktur und/oder unterschiedlichen Materials aufgebaut ist.
Zwischenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Lagen (15) zumindest drei beträgt.
Zwischenelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bodenlage (15a), eine Decklage (15b) und zumindest eine dazwischen angeordnete Zwischenlage (15c) vorgesehen sind.
Zwischenelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Zwischenlage (15c) eine wabenförmige Struktur aufweist.
Zwischenelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Zwischenlage (15c) eine wellenförmige Struktur aufweist.
Zwischenelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Zwischenlage (15c) eine waffelförmige Struktur aufweist.
Zwischenelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur durch Prägen oder Tiefziehen herstellbar ist.
Zwischenelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Strukturen in einer Größenordnung zwischen 1/1000 bis 1/10 mm liegt.
Zwischenelement nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialstärke der Lagen (15) 0,1 mm bis 0,5 mm beträgt.
Zwischenelement nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Zwischenlagen (15c) zumindest zwei beträgt.
Zwischenelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die wellen- bzw. waffelförmigen Strukturen zweier benachbarter Zwischenlagen (15c) gleich- oder gegenphasig zueinander angeordnet sind.
Zwischenelement nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die wellen- bzw. waffelförmigen Strukturen zweier benachbarter Zwischenlagen (15c) unter einem Winkel gegeneinander verdreht sind.
Zwischenelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel beispielsweise etwa 90° beträgt.
Zwischenelement nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zwischenlagen (15c) ausgebildete Hohlräume (17) mit Füllungen (18) ausgefüllt sind.
Zwischenelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllungen (18) aus Metallspänen, Metallkugeln, mineralischen Kugeln oder Kunststoffkugeln bestehen.
Zwischenelement nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenlage (15a) topfförmig ausgebildet ist.
Zwischenelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Zwischenlage (15c) und die Decklage (15b) in die topfförmige Bodenlage (15a) eingelegt sind.
Zwischenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (15) miteinander verbunden sind.
Zwischenelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Decklage (15b) mit der topfförmigen Bodenlage (15a) durch Löten oder Schweißen verbunden ist.
Zwischenelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenlage (15a) einen Überstand in Form eines umlaufenden Kragens (16) aufweist.
Zwischenelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (16) radial außen ausgebildet ist.
Zwischenelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (16) radial innen und radial außen ausgebildet ist.
Zwischenelement nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (16) die Decklage (15b) formschlüssig übergreift.
Zwischenelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Decklage (15b) mit der topfförmig ausgebildeten Bodenlage (15a) verbördelt ist.
Zwischenelement nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbördelung radial außen erfolgt.
Zwischenelement nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbördelung radial innen und außen erfolgt.
Zwischenelement nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (15) durch die Lagen (15) radial außen und/oder innen umgreifende Haken (19) paketiert sind.
Zwischenelement nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (15) durch Setzen der Lagen (15) während des Herstellungsprozesses paketiert sind.
Zwischenelement nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck zum Setzen der Lagen (15) das 1,2- bis 2-fache des Betriebsdrucks des Brennstoffeinspritzventils (1) beträgt.
Zwischenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (15) wechselweise aus Metall und aus Kunststoff und/oder aus kohlefaserhaltigen Materialien bestehen.