DE102006009094A1

DE102006009094A1 - Dämpfungseinrichtung und Dämpfungselement

Info

Publication number: DE102006009094A1
Application number: DE102006009094A
Authority: DE
Inventors: Roland WELZMÜLLER; Stefan Weiss; Ekkehard Gorski
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-08-30
Also published as: EP1989435B1; JP4963709B2; WO2007098823A1; EP1989435A1; US7600502B2; JP2009528471A; US20080314366A1

Abstract

Mehrteilig aufgebaute Dämpfungseinrichtung zur Anordnung im Bereich des Injektorfußes zwischen einem Zylinderkopf und einem daran montierten Injektor sowie als Metallkissen ausgebildetes Dämpfungselement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung zur Anordnung zwischen einem Zylinderkopf und einem daran montierten Injektor, insbesondere im Bereich des Injektorfußes sowie ein Dämpfungselement zur Anordnung zwischen einem Zylinderkopf und einem daran montierten Injektor, insbesondere im Bereich des Injektorfußes.

Bei Brennkraftmaschinen mit einem Kurbelgehäuse, einem Zylinderkopf und einem Brennraum wird üblicherweise der Kraftstoff mittels eines Injektors in den Brennraum eingespritzt, hierzu weist der Zylinderkopf der Brennkraftmaschine einen in den Brennraum mündenden Dom auf, in dem der Injektor aufgenommen ist. Bei der intermittierenden Einspritzung beim Betrieb der Brennkraftmaschine werden – bedingt durch das Öffnen und Schließen des Injektorventils – starke Schwingungen erzeugt, die das Komfort- und Akustikverhalten negativ beeinflussen. Insbesondere bei erhöhten Kraftstoffdrücken, wie sie in Direkteinspritzsystemen in Otto- und Dieselmotoren vorherrschen, tritt eine verstärkte Schwingungsbelastung auf. Des weiteren tragen moderne Verbrennungsverfahren, in denen während des Ansaug- und Verdichtungstaktes eine Mehrfacheinspritzung erfolgt, in besonderem Maße zur unerwünschten Geräusch- und Vibrationsentwicklung bei.

Zur Verringerung der Geräuschemission wurde bereits vorgeschlagen, den am Zylinderkopf montierten Injektor zu verspannen und an der Anschlussstelle zwischen Zylinderkopf und Injektor ein Dämpfungselement anzuordnen. Eine derartige Anordnung mit einem Dämpfungselement ist aus der DE 101 26 336 A1 bekannt, wobei vorgeschlagen wird, als Material für das Dämpfungselement Graphit, Kunststoff oder ein Memory-Metall zu verwenden, dabei ist das bekannte Dämpfungselement einteilig aufgebaut.

Um eine hohe Dämpfungswirkung zu erzielen, ist es dabei erforderlich, eine ausreichende Menge an Dämpfungsmaterial zwischen Injektor und Zylinderkopf anzuordnen und das Dämpfungselement entsprechend voluminös auszugestalten. Als nachteilig hat sich dabei herausgestellt, dass eine exakte Positionierung des Injektors in Bezug zum Zylinderkopf und damit des Injektionspunktes im Brennraum nicht immer möglich ist. Insbesondere kann es aufgrund hoher Maßtoleranzen und elastischer bzw. plastischer Verformung des Dämpfungselements mit der Zeit zu einer Verlagerung des Injektors und somit des Injektionspunktes kommen, so dass der Betrieb der Brennkraftmaschine beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Dämpfungseinrichtung oder ein eingangs genanntes Dämpfungselement dahingehend zu verbessern, dass neben einer wirksamen Dämpfung, einer Entkopplung des Injektors vom Zylinderkopf, auch geringe Maßtoleranzen und eine lagegenaue Festlegung des Injektors in Bezug auf den Zylinderkopf erreicht werden. Außerdem soll eine elastische und/oder plastische Verformung des Dämpfungselements über dessen Lebensdauer vermieden werden.

Eine Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Dämpfungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei die zugrunde liegende Idee einen mehrteiligen Aufbau der Dämpfungseinrichtung umfasst. Der mehrteilige Aufbau ermöglicht es, neben der Dämpfung noch weitere Funktionen in die Dämpfungseinrichtung zu integrieren. Eine andere Lösung der gleichen Aufgabe erfolgt mit einem Dämpfungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 11 durch Ausgestaltung des Dämpfungselements als Metallkissen.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bevorzugt ist es, wenn die Dämpfungseinrichtung einen ersten Teilfunktionsbereich, der im wesentlichen zur Dämpfung geeignet ist, und einen zweiten Teilfunktionsbereich, der im wesentlichen zur lagegenauen Festlegung geeignet ist, aufweist.

Zweckmäßigerweise umfasst der erste Teilfunktionsbereich ein aufgrund seiner Materialeigenschaft und/oder Ausgestaltung dämpfendes Element. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, ein Metallkissen aus einem Drahtgeflecht, das ggf. beschichtete Drähte und/oder Kunststofffasern umfasst, zu verwenden. Neben dem verwendeten Material resultiert die besondere dämpfende Eigenschaft auch aus der besonderen Ausgestaltung und/oder dem Aufbau des ersten Teilfunktionsbereichs. In dem Metallkissen aus Drahtgeflecht erfolgt eine sehr hohe Energiedissipation aufgrund der Reibung zwischen den Drähten, der Dämpfungsgrad kann noch gesteigert werden durch Beschichtung der Drähte und/oder eingewebte Kunststofffäden. Besonders vorteilhaft in Verbindung mit der guten Dämpfungseigenschaft die mechanisch Formbeständigkeit des Metallkissens.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn der erste Teilfunktionsbereich ringförmig, einen zumindest annähernd rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisend, ausgestaltet ist.

Vorzugsweise umfasst der zweite Teilfunktionsbereich einen ersten injektorseitigen Teil sowie einen zweiten zylinderkopfseitigen Teil, wobei der erste und der zweite Teil des zweiten Teilfunktionsbereichs mittels des ersten Teilfunktionsbereichs miteinander verbunden sind. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang die Entkopplung von erstem und zweitem Teil des zweiten Teilfunktionsbereichs.

Zweckmäßigerweise ist der erste Teil des zweiten Teilfunktionsbereiches als Innenring, den ersten Teilfunktionsbereich innen- und injektorseitig umgreifend, ausgestaltet und der zweite Teil des zweiten Teilfunktionsbereichs als Außenring, den ersten Teilfunktionsbereich außen und zylinderkopfseitig umgreifend, ausgestaltet. Der zweite Teil des zweiten Teilfunktionsbereichs ist aufgrund seiner schalenartigen Ausgestaltung geeignet, beispielsweise Abrieb aus dem Metallkissen aus Drahtgeflecht oder andere Partikel aufzunehmen, so dass auf vorteilhafte Weise verhindert wird, dass Partikel in den Brennraum gelangen. Indem der zweite Teil des zweiten Teilfunktionsbereichs zwischen Zylinderkopf und erstem Teilfunktionsbereich angeordnet ist, wird ein Verschleiß am Zylinderkopf durch Abrasion vermieden und zugleich die Dämpfungswirkung erhöht.

Vorteilhaft ist es, wenn der erste und der zweite Teil des zweiten Teilfunktionsbereichs mittels Klemmsitz mit dem ersten Teilfunktionsbereich verbunden sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Dämpfungselement besteht das Metallkissen vorzugsweise aus einem Drahtgeflecht oder aus einem Metallschaum. Eine weitere Verbesserung der Dämpfungseigenschaft kann dadurch erzielt werden, dass das Metallkissen beschichtete Drähte und/oder Kunststofffasern und/oder Graphit umfasst.

Zweckmäßigerweise ist das Metallkissen ringförmig, einen zumindest annähernd rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisend, ausgestaltet, so dass insbesondere in Verbindung mit dem gewählten Material des Dämpfungselements eine besonders hohe Positions- und Maßgenauigkeit zwischen Injektor und Zylinderkopf erreicht wird.

Nachfolgend ist ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert, dabei zeigen schematisch und beispielhaft
1a eine Dämpfungseinrichtung in seitlicher Ansicht, geschnitten,
1b eine Dämpfungseinrichtung in Draufsicht,
2 einen Innenring einer Dämpfungseinrichtung,
3 einen Außenring einer Dämpfungseinrichtung und
4 einen Zylinderkopf mit daran montiertem Kraftstoffinjektor und Dämpfungseinrichtung.
1a zeigt eine Dämpfungseinrichtung 100 in seitlicher Ansicht im Teilschnitt, eine Draufsicht ist in 1b dargestellt. Die Dämpfungseinrichtung 100 umfasst ein ringförmiges Dämpfungselement 102 mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt, so dass zwei parallele Anlageflächen 101, 103 sowie eine ringförmige Außenfläche 105 und eine ringförmige Innenfläche 107 gebildet sind. Das Dämpfungselement 102, das einen ersten Teilfunktionsbereich bildet, ist vorliegend als Metallkissen aus einem verpressten Drahtgeflecht gebildet und besteht aus einem Edelstahl. Generell können aber auch andere Materialien verwendet werden, die einen großen Verlustfaktor besitzen, d. h. die Eigenschaft, durch innere Reibung einen großen Anteil mechanischer Energie in Wärme umzuwandeln. Beispielsweise können auch elastomere Kunststoffe, spezielle Eisen-Mangan-Legierungen, metallische Legierungen mit Formgedächtniseffekt oder Graphit umfassende Materialien verwendet werden.
Das Dämpfungselement 102 ist von einem Innenring 104 und einem Außenring 106 umschlossen, welche gemeinsamen einen zweiten Teilfunktionsbereich zur lagegenauen Festlegung bilden. Sowohl der Innenring 104 als auch der Außenring 106 sind mit dem Dämpfungselement 102 formschlüssig, beispielsweise in Klemmverbindung, verbunden, jedoch voneinander entkoppelt, indem jeweils freibleibende Spalte 109, 111 gebildet sind. Um zu verhindern, dass beispielsweise Abrieb des Dämpfungselements 102 nach außen gelangt, kann das Dämpfungselement 102 auch vollständig eingekapselt sein, indem die Spalte 109, 111 abgedichtet werden. Dabei ist vorzugsweise die Spaltdichtung ähnlich kompressibel, wie das Dämpfungselement 102. Eine derartige Spaltdichtung kann als Faltenbalg aus Metall oder Kunststoff gefertigt sein.
Der Innenring 104, 204 ist in 2 dargestellt. Er ist ringförmig, im Querschnitt winklig ausgestaltet, so dass ein scheibenförmiger Bereich 212 zur injektorseitigen Anlage an der Anlagefläche (1a: 101) des Dämpfungselements und ein ringförmiger Bereich 210 zur Anlage an der Innenfläche (1a: 107) des Dämpfungselements gebildet ist. Ausgehend vom scheibenförmigen Bereich 212 des Innenrings 204 sind Federzungen 216 vorgesehen. Mittels der Federzungen 216 ist das Dämpfungselement mit einem Injektor verbindbar, so dass eine Montage erleichtert wird und vermieden wird, dass der Einbau des Dämpfungselements vergessen wird. Außerdem sind zur kraft- und formschlüssigen Verbindung des Dämpfungselements 100 mit dem Injektor nach innen gerichtete federnde Vorsprünge 214 vorgesehen.
Der Außenring (1: 106) der Dämpfungseinrichtung ist in 3 dargestellt und dort mit 306 bezeichnet. Der Außenring 306 ist ebenfalls ringförmig mit einem winkligen Querschnitt ausgestaltet, wobei eine scheibenförmige Fläche 310 zur zylinderkopfseitigen Anlage an der Anlagefläche (1a: 103) des Dämpfungselements und ein ringförmiger Bereich 312 zur Anlage an der außenseitigen Fläche (1a: 105) des Dämpfungselements gebildet sind. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung mit einem Dämpfungselement 102 aus einem hoch elastomeren Werkstoff schränkt der ringförmige Bereich 312 des Außenrings 306 die Querdehnung des Dämpfungselements 102 in Außenrichtung ein, so dass die Steifigkeit der Dichtungsanordnung in axialer Richtung und die Lagegenauigkeit des Injektionspunkts im Brennraum erhöht wird.
Sowohl der Innenring 204 als auch der Außenring 306 bestehen vorliegend aus Edelstahl und sind aus Blech gestanzt und gebogen. Der Verbund von Innenring 204 und Dämpfungselement 102 und Außenring 306 ist kraft- und formschlüssig unter Nutzung der Federwirkung des Drahtgeflechts (102) gefügt. Alternativ kann auch eine Verbindung mittels Punktschweißung oder Klebstoff erfolgen.
4 zeigt einen Ausschnitt aus einer hier nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, einem Zylinderkopf 426 und einen von diesem umschlossenen Brennraum 428. Der Zylinderkopf 426 der Brennkraftmaschine weist einen in den Brennraum 428 mündenden Dom 432 auf, in dem ein Injektor 422 aufgenommen ist. Der Injektor 422 umfasst einen Anschluss 424 zur Kraftstoffversorgung sowie eine in den Brennraum 428 ragende Düse 430. An der Kontaktstelle zwischen Zylinderkopf 426 und Injektor 422 im Bereich des Injektorfußes 420 ist eine erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung 400 angeordnet. Mit der gezeigten Anordnung werden die bei der intermittierenden Kraftstoffeinspritzung beim Betrieb der Brenn kraftmaschine erzeugten Schwingungen – auch bei erhöhten Kraftstoff drücken, wie sie in Direkteinspritzsystemen in Otto- und Dieselmotoren vorherrschen – wirksam gedämpft. Zugleich wird eine hochgenaue Injektorposition und somit ein dauerhaft präziser Einspritzpunkt im Brennraum 428 erreicht. Die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung ermöglicht die Einhaltung sehr geringe Maßtoleranzen, die bisher nur mit äußerst dünnen Entkopplungselementen, die eine entsprechend geringe Dämpfungswirkung aufweisen, erfolgen konnte. Mit der Dämpfungseinrichtung wird sowohl eine Schwingungsdämpfung als auch eine Schwingungsentkopplung erreicht.

Claims

Dämpfungseinrichtung (100, 400) zur Anordnung zwischen einem Zylinderkopf (426) und einem daran montierten Injektor (422), insbesondere im Bereich des Injektorfußes (420), gekennzeichnet durch einen mehrteiligen Aufbau.
Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teilfunktionsbereich (102) im wesentlichen zur Dämpfung und ein zweiter Teilfunktionsbereich (104, 106) im wesentlichen zur lagegenauen Festlegung geeignet ist.
Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilfunktionsbereich (102) ein aufgrund seiner Materialeigenschaft und/oder Ausgestaltung dämpfendes Element umfasst.
Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilfunktionsbereich (102) ein Metallkissen aus einem Drahtgeflecht umfasst.
Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallkissen beschichtete Drähte und/oder Kunststofffasern umfasst.
Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilfunktionsbereich (102) ringförmig, einen zumindest annähernd rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisend, ausgestaltet ist.
Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilfunktionsbereich (104, 106) einen ersten injektorseitigen Teil (104) und einen zweiten zylinderkopfseitigen Teil (106) umfasst und erster und zweiter Teil (104, 106) mittels des ersten Teilfunktionsbereichs (102) miteinander verbunden sind.
Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (104) des zweiten Teilfunktionsbereichs als Innenring (204) ausgestaltet ist und den ersten Teilfunktionsbereich (102) innen und injektorseitig umgreift.
Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (106) des zweiten Teilfunktionsbereichs als Außenring (206) ausgestaltet ist und den ersten Teilfunktionsbereich (102) außen und zylinderkopfseitig umgreift.
Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Teil des zweiten Teilfunktionsbereichs (104, 106) mittels Klemmsitz mit dem ersten Teilfunktionsbereich (102) verbunden sind.
Dämpfungselement (102, 400) zur Anordnung zwischen einem Zylinderkopf (426) und einem daran montierten Injektor (422), insbesondere im Bereich des Injektorfußes (420), dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (102, 400) ein Metallkissen ist.
Dämpfungselement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallkissen aus einem Drahtgeflecht besteht.
Dämpfungselement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallkissen aus einem Metallschaum besteht.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallkissen beschichtete Drähte und/oder Kunststofffasern und/oder Graphit umfasst.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallkissen ringförmig, einen zumindest annähernd rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisend, ausgestaltet ist.