DE102008002654A1

DE102008002654A1 - Entkoppelungselement für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE102008002654A1
Application number: DE102008002654A
Authority: DE
Inventors: Michael Fischer; Friedrich Moser; Markus Friedrich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2009-12-31
Also published as: US8757128B2; RU2011102672A; US20110155824A1; WO2009156219A1; KR20110023866A; CN102076955B; JP5312581B2; CN102076955A; JP2011525585A; KR101597511B1

Abstract

Das erfindungsgemäße Entkopplungselement für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung zeichnet sich besonders dadurch aus, dass eine geräuscharme Konstruktion realisiert ist. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung umfasst wenigstens ein Brennstoffeinspritzventil (1) und eine Aufnahmebohrung (20) in einem Zylinderkopf (9) für das Brennstoffeinspritzventil (1) sowie das Entkopplungselement (240) zwischen einem Ventilgehäuse (22) des Brennstoffeinspritzventils (1) und einer Wandung der Aufnahmebohrung (20). Das Entkopplungselement (240) weist als linsenförmiges Federelement eine nicht-lineare, prograssive Federkennlinie auf, wodurch eine niedrige Steifigkeit des Entkopplungselements (240) im Leerlaufbetrieb und eine hohe Steifigkeit des Entkopplungselements (240) bei nominalem Systemdruck vorliegt. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung eignet sich besonders zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Entkopplungselement für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
In der 1 ist beispielhaft eine aus dem Stand der Technik bekannte Brennstoffeinspritzvorrichtung gezeigt, bei der an einem in einer Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine eingebauten Brennstoffeinspritzventil ein flaches Zwischenelement vorgesehen ist. In bekannter Weise werden solche Zwischenelemente als Abstützelemente in Form einer Unterlegscheibe auf einer Schulter der Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes abgelegt. Mit Hilfe solcher Zwischenelemente werden Fertigungs- und Montagetoleranzen ausgeglichen und eine querkraftfreie Lagerung auch bei leichter Schiefstellung des Brennstoffeinspritzventils sichergestellt. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung eignet sich besonders für den Einsatz in Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen.
Eine andere Art eines einfachen Zwischenelements für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung ist bereits aus der DE 101 08 466 A1 bekannt. Bei dem Zwischenelement handelt es ich um einen Unterlegring mit einem kreisförmigen Querschnitt, der in einem Bereich, in dem sowohl das Brennstoffeinspritzventil als auch die Wandung der Aufnahmebohrung im Zylinderkopf kegelstumpfförmig verlaufen, angeordnet ist und als Ausgleichselement zur Lagerung und Stützung des Brennstoffeinspritzventils dient.
Kompliziertere und in der Herstellung deutlich aufwändigere Zwischenelemente für Brennstoffeinspritzvorrichtungen sind u. a. auch aus den DE 100 27 662 A1 , DE 100 38 763 A1 und EP 1 223 337 A1 bekannt. Diese Zwischenelemente zeichnen sich dadurch aus, dass sie allesamt mehrteilig bzw. mehrlagig aufgebaut sind und z. T. Dicht- und Dämpfungsfunktionen übernehmen sollen. Das aus der DE 100 27 662 A1 bekannte Zwischenelement umfasst einen Grund- und Trägerkörper, in dem ein Dichtmittel eingesetzt ist, das von einem Düsenkörper des Brennstoffeinspritzventils durchgriffen wird. Aus der DE 100 38 763 A1 ist ein mehrlagiges Ausgleichselement bekannt, das sich aus zwei starren Ringen und einem sandwichartig dazwischen angeordneten elastischen Zwischenring zusammensetzt. Dieses Ausgleichselement ermöglicht sowohl ein Verkippen des Brennstoffeinspritzventils zur Achse der Aufnahmebohrung über einen relativ großen Winkelbereich als auch ein radiales Verschieben des Brennstoffeinspritzventils aus der Mittelachse der Aufnahmebohrung.
Ein ebenfalls mehrlagiges Zwischenelement ist auch aus der EP 1 223 337 A1 bekannt, wobei dieses Zwischenelement aus mehreren Unterlegscheiben zusammengesetzt ist, die aus einem Dämpfungsmaterial bestehen. Das Dämpfungsmaterial aus Metall, Gummi oder PTFE ist dabei so gewählt und ausgelegt, dass eine Geräuschdämpfung der durch den Betrieb des Brennstoffeinspritzventils erzeugten Vibrationen und Geräusche ermöglicht wird. Das Zwischenelement muss dazu jedoch vier bis sechs Lagen umfassen, um einen gewünschten Dämpfungseffekt zu erzielen.
Zur Reduzierung von Geräuschemissionen schlägt die US 6,009,856 A zudem vor, das Brennstoffeinspritzventil mit einer Hülse zu umgeben und den entstehenden Zwischenraum mit einer elastischen, geräuschdämpfenden Masse auszufüllen. Diese Art der Geräuschdämpfung ist allerdings sehr aufwändig, montageunfreundlich und kostspielig.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Entkopplungselement für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass in sehr einfacher Bauweise eine verbesserte Geräuschminderung durch Isolation erreicht wird. Erfindungsgemäß besitzt das Entkopplungselement eine nicht-lineare, progressive Federkennlinie, durch die sich beim Einbau des Entkopplungselements in einer Brennstoffeinspritzvorrichtung mit Injektoren für eine Kraftstoffdirekteinspritzung mehrere positive und vorteilhafte Aspekte ergeben. Die niedrige Steifigkeit des Entkopplungselements im Leerlaufpunkt ermöglicht eine effektive Entkopplung des Brennstoffeinspritzventils vom Zylinderkopf und verringert dadurch im geräuschkritischen Leerlaufbetrieb deutlich die in den Zylinderkopf eingeleitete Körperschallleistung und damit das vom Zylinderkopf abgestrahlte Geräusch. Die hohe Steifigkeit bei nominalem Systemdruck sorgt für eine während des Fahrzeugbetriebs insgesamt niedrige Bewegung des Brennstoffeinspritzventils und sichert dadurch zum einem die Haltbarkeit der Dichtringe, die als Brennraumdichtung und als Abdichtung gegenüber dem Fuel Rail dienen, und zum anderen einen stabilen Abspritzpunkt des Kraftstoffsprays im Brennraum, was für die Stabilität einiger Brennverfahren entscheidend ist.
In vorteilhafter Weise kann die Federkennlinie des erfindungsgemäßen Entkopplungselements durch Anpassung der geometrischen Parameter (Abrollradien R₁ und R₂, Aufstandsdurchmesser im unverformten Zustand D₁ und D₂, Bauteilhöhe H₁) gezielt progressiv ausgelegt werden. Das Entkopplungselement zeichnet sich durch eine geringe Bauhöhe aus, wodurch es auch bei kleinem Bauraum ähnlich einer Tellerfeder einsetzbar ist. Das Entkopplungselement besitzt zudem eine große Dauerfestigkeit auch bei hohen Temperaturen. Als rotationssymmetrisches Bauteil sind für das Entkopplungselement sowohl die Auslegungsberechnung als auch die Fertigung einfach möglich.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzvorrichtung möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, das Entkopplungselement in zwei Einbaulagen verwenden zu können. Einerseits ist der Einbau des Entkopplungselements derart möglich, dass die obere Begrenzungsfläche des Entkopplungselements im unverformten Zustand in einem durchmesserkleinen Bereich mit einem Aufstandsdurchmesser D₁ an dem Ventilgehäuse des Brennstoffeinspritzventils anliegt, während die untere Begrenzungsfläche des Entkopplungselements die Aufnahmebohrung in einem durchmessergroßen Bereich mit einem Aufstandsdurchmesser D₂ berührt. Andererseits kann dasselbe Entkopplungselement auch so verbaut werden, dass die obere Begrenzungsfläche des Entkopplungselements im unverformten Zustand in einem durchmessergroßen Bereich mit einem Aufstandsdurchmesser D₁ an dem Ventilgehäuse des Brennstoffeinspritzventils anliegt, während die untere Begrenzungsfläche des Entkopplungselements die Aufnahmebohrung in einem durchmesserkleinen Bereich mit einem Aufstandsdurchmesser D₂ berührt.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 eine teilweise dargestellte Brennstoffeinspritzvorrichtung in einer bekannten Ausführung mit einem scheibenförmigen Zwischenelement,
2 ein mechanisches Ersatzschaltbild der Abstützung des Brennstoffeinspritzventils im Zylinderkopf bei der Kraftstoffdirekteinspritzung, das ein gewöhnliches Feder-Masse-Dämpfer-System wiedergibt,
3 das Übertragungsverhalten eines in 2 gezeigten Feder-Masse-Dämpfer-Systems mit einer Verstärkung bei niedrigen Frequenzen im Bereich der Resonanzfrequenz f_R und einem Isolationsbereich oberhalb der Entkoppelfrequenz f_E,
4 eine nicht-lineare, progressive Federkennlinie zur Realisierung unterschiedlicher Steifigkeiten in Abhängigkeit des Arbeitspunktes, mit einer geringen Steifigkeit S_NVH im Leerlaufbetrieb und einer hohen Steifigkeit bei nominalem Systemdruck F_Sys,
5 einen teilweisen Querschnitt durch eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Entkopplungselements,
6 einen teilweisen Querschnitt durch eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen Entkopplungselements bzw. dessen gegenüber 5 umgekehrter Einbaulage und
7 eine dritte Ausführung eines erfindungsgemäßen Entkopplungselements in einer zweiteiligen Lösung zusammen mit einem Abstützelement.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Zum Verständnis der Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 eine bekannte Ausführungsform einer Brennstoffeinspritzvorrichtung näher beschrieben. In der 1 ist als ein Ausführungsbeispiel ein Ventil in der Form eines Einspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen in einer Seitenansicht dargestellt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist Teil der Brennstoffeinspritzvorrichtung. Mit einem stromabwärtigen Ende ist das Brennstoffeinspritzventil 1, das in Form eines direkt einspritzenden Einspritzventils zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum 25 der Brennkraftmaschine ausgeführt ist, in eine Aufnahmebohrung 20 eines Zylinderkopfes 9 eingebaut. Ein Dichtring 2, insbesondere aus Teflon^®, sorgt für eine optimale Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils 1 gegenüber der Wandung der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9.
Zwischen einem Absatz 21 eines Ventilgehäuses 22 (nicht gezeigt) oder einer unteren Stirnseite 21 eines Abstützelements 19 (1) und einer z. B. rechtwinklig zur Längserstreckung der Aufnahmebohrung 20 verlaufenden Schulter 23 der Aufnahmebohrung 20 ist ein flaches Zwischenelement 24 eingelegt, das in Form einer Unterlegscheibe ausgeführt ist. Mit Hilfe eines solchen Zwischenelements 24 bzw. zusammen mit einem steifen Abstützelement 19, das z. B. zum Brennstoffeinspritzventil 1 hin nach innen eine gewölbte Berührungsfläche besitzt, werden Fertigungs- und Montagetoleranzen ausgeglichen und eine querkraftfreie Lagerung auch bei leichter Schiefstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 sichergestellt.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist an seinem zulaufseitigen Ende 3 eine Steckverbindung zu einer Brennstoffverteilerleitung (Fuel Rail) 4 auf, die durch einen Dichtring 5 zwischen einem Anschlussstutzen 6 der Brennstoffverteilerleitung 4, der im Schnitt dargestellt ist, und einem Zulaufstutzen 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 abgedichtet ist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in eine Aufnahmeöffnung 12 des Anschlussstutzens 6 der Brennstoffverteilerleitung 4 eingeschoben. Der Anschlussstutzen 6 geht dabei z. B. einteilig aus der eigentlichen Brennstoffverteilerleitung 4 hervor und besitzt stromaufwärts der Aufnahmeöffnung 12 eine durchmesserkleinere Strömungsöffnung 15, über die die Anströmung des Brennstoffeinspritzventils 1 erfolgt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 verfügt über einen elektrischen Anschlussstecker 8 für die elektrische Kontaktierung zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1.
Um das Brennstoffeinspritzventil 1 und die Brennstoffverteilerleitung 4 weitgehend radialkraftfrei voneinander zu beabstanden und das Brennstoffeinspritzventil 1 sicher in der Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes niederzuhalten, ist ein Niederhalter 10 zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und dem Anschlussstutzen 6 vorgesehen. Der Niederhalter 10 ist als bügelförmiges Bauteil ausgeführt, z. B. als Stanz-Biege-Teil. Der Niederhalter 10 weist ein teilringförmiges Grundelement 11 auf, von dem aus abgebogen ein Niederhaltebügel 13 verläuft, der an einer stromabwärtigen Endfläche 14 des Anschlussstutzens 6 an der Brennstoffverteilerleitung 4 im eingebauten Zustand anliegt.
Aufgabe der Erfindung ist es, gegenüber den bekannten Zwischenelementelösungen auf einfache Art und Weise eine verbesserte Geräuschminderung, vor allen Dingen im geräuschkritischen Leerlaufbetrieb, durch eine gezielte Auslegung und Geometrie des Zwischenelements 24 zu erreichen. Die maßgebliche Geräuschquelle des Brennstoffeinspritzventils 1 bei der direkten Hochdruckeinspritzung sind die während des Ventilbetriebs in den Zylinderkopf 9 eingeleiteten Kräfte (Körperschall), die zu einer strukturellen Anregung des Zylinderkopfs 9 führen und von diesem als Luftschall abgestrahlt werden. Um eine Geräuschverbesserung zu erreichen, ist daher eine Minimierung der in den Zylinderkopf 9 eingeleiteten Kräfte anzustreben. Neben der Verringerung der durch die Einspritzung verursachten Kräfte kann dies durch eine Beeinflussung des Übertragungsverhaltens zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und dem Zylinderkopf 9 erreicht werden.
Im mechanischen Sinne kann die Lagerung des Brennstoffeinspritzventils 1 auf dem passiven Zwischenelement 24 in der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 als ein gewöhnliches Feder-Masse-Dämpfer-System abgebildet werden, wie dies in 2 dargestellt ist. Die Masse M des Zylinderkopfs 9 kann dabei gegenüber der Masse m des Brennstoffeinspritzventils 1 in erster Näherung als unendlich groß angenommen werden. Das Übertragungsverhalten eines solchen Systems zeichnet sich durch eine Verstärkung bei niedrigen Frequenzen im Bereich der Resonanzfrequenz f_R und einen Isolationsbereich oberhalb der Entkoppelfrequenz f_E aus (siehe 3).
Ausgehend von diesem sich aus dem Feder-Masse-Dämpfer-System ergebenden Übertragungsverhalten ergeben sich zur Geräuschminderung mehrere Möglichkeiten:

1. Verschiebung der Eigenfrequenz zu kleineren Frequenzen, so dass der Isolationsbereich einen möglichst großen Teil des hörbaren Frequenzspektrums umfasst. Dies kann über eine niedrigere Steifigkeit c des Zwischenelementes 24 erreicht werden.
2. Erhöhung der Dämpfungseigenschaften (z. B. Reibung) des Zwischenelementes 24, um eine Abschwächung der Verstärkung bei niedrigen Frequenzen zu erreichen. Mit höheren Dämpfungseigenschaften verringert sich jedoch ebenso die Isolationswirkung in den höheren Frequenzbereichen.
3. Eine Kombination der beiden vorgenannten Möglichkeiten.

Ziel der Erfindung ist die Auslegung eines Zwischenelementes 24 unter der vorrangigen Verwendung der elastischen Isolation (Entkopplung) zur Geräuschminderung, insbesondere im Leerlaufbetrieb des Fahrzeuges. Die Erfindung umfasst dabei zum einen die Definition und Auslegung einer geeigneten Federkennlinie unter Berücksichtigung der typischen Anforderungen und Randbedingungen bei der Kraftstoffdirekteinspritzung mit variablem Betriebsdruck und zum anderen die Auslegung eines Zwischenelementes 24, welches in der Lage ist, die Charakteristik der so definierten Federkennlinie abzubilden und über eine Wahl einfacher geometrischer Parameter an die spezifischen Randbedingungen des Einspritzsystems angepasst werden kann.
Die Entkopplung des Brennstoffeinspritzventils 1 vom Zylinderkopf 9 mit Hilfe einer geringen Federsteifigkeit c des Zwischenelements 24, das im Folgenden als Entkopplungselement 240 bezeichnet wird, wird neben dem geringen Bauraum durch eine Einschränkung der zulässigen Maximalbewegung des Brennstoffeinspritzventils 1 während des Motorbetriebs erschwert. Wie 4 zu entnehmen ist, treten im Fahrzeug typischerweise folgende quasi-statische Lastzustände auf:

1. die nach der Montage durch einen Niederhalter 10 aufgebrachte statische Niederhaltekraft F_NH,
2. die bei Leerlauf-Betriebsdruck vorliegende Kraft F_L und
3. die bei nominalen Systemdruck vorliegende Kraft F_Sys.

Die funktionellen Anforderungen an die Federkennlinie des Entkopplungselements 240 sind:

– eine möglichst geringe Steifigkeit (S_NVH) im Leerlaufbetrieb zur Geräuschminderung durch Isolation,
– die Einhaltung einer maximal zulässigen Bewegung des Brennstoffeinspritzventils 1 Δx_1,1 beim Motorstart,
– die Einhaltung einer maximal zulässigen Bewegung des Brennstoffeinspritzventils 1 Δx_1,2 im Fahrzeugbetrieb zwischen Leerlauf-Betriebsdruck und nominalen Systemdruck.

Die Einschränkung der Bewegung des Brennstoffeinspritzventils 1 in den beiden letzten Punkten ist notwendig, um die Funktion des Dichtrings 2 und der O-Ring-Dichtung mit dem Dichtring 5 über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs zu ermöglichen. Kritisch ist hierbei insbesondere die Einschränkung der Bewegung des Brennstoffeinspritzventils 1 zwischen Leerlauf- und Systemdruck, da hier aufgrund der relativ großen Kraftdifferenz eine hohe Steifigkeit des Entkopplungselementes 240 benötigt wird.
Gewöhnliche Abstützelemente als Zwischenelemente 24 besitzen in dem angesprochenen Kraftbereich eine lineare Federkennlinie. Dies hat zur Folge, dass sich die Steifigkeit des Zwischenelementes 24 im angestrebten Entkoppelpunkt bei Leerlaufbetrieb an der oben definierten, maximal zulässigen Bewegung des Brennstoffeinspritzventils 1 orientieren muss und für eine wirkungsvolle Entkopplung zu groß ist. Da die nominalen Betriebsdrücke in Zukunft vermutlich weiter ansteigen werden, wird sich dieses Problem weiter verstärken.
Um diesen Konflikt zu lösen, wird erfindungsgemäß eine nicht-lineare Federkennlinie mit einem progressiven Verlauf für das Entkopplungselement 240 vorgeschlagen, wie sie in 4 skizziert ist. Die Charakteristik dieser Federkennlinie ermöglicht eine Geräuschentkopplung mit Hilfe einer geringen Federsteifigkeit (S_NVH) im Leerlaufbetrieb und ermöglicht durch die schnell ansteigende Steifigkeit die Einhaltung der maximalen Bewegung des Brennstoffeinspritzventils 1 zwischen Leerlauf- und Systemdruck.
Um die nicht-lineare Federkennlinie bei typischen Randbedingungen der Kraftstoffdirekteinspritzung (geringer Bauraum, große Kräfte, geringe Gesamtbewegung des Brennstoffeinspritzventils 1) auf einfache und kostengünstige Weise umsetzen zu können, ist das Entkopplungselement 240 erfindungsgemäß ähnlich einer Tellerfeder ausgebildet, die auf Grund der besonderen geometrischen Auslegung ihrer Querschnittsgeometrie eine deutlich progressive Federkennlinie erzeugt. Damit unterscheidet es sich deutlich von herkömmlichen Tellerfedern, die grundsätzlich zunächst nur einen linearen oder degressiven Kennlinienverlauf aufweisen. Bei herkömmlichen Tellerfedern wird ein progressiver Verlauf erst erreicht, wenn sie nahezu komplett auf „Block” belastet werden.
In den 5 und 6 sind zwei Ausführungsbeispiele von Entkopplungselementen 240 gezeigt, die sich durch eine linsenförmige Querschnittsgeometrie auszeichnen und aufgrund ihrer spezifischen Geometrie die gewünschte progressive Federkennlinie hervorrufen. Die Progressivität des Entkopplungselements 240 kann über eine Anpassung weniger geometrischer Parameter, wie sie in 5 mit angegeben sind, auf einfache Weise ausgelegt werden. Die linsenförmige Querschnittsgeometrie des Entkopplungselements 240 ist dabei derart gewählt, dass eine obere Begrenzungsfläche 30 eine konvexe Wölbung mit einem ersten Radius R₁ und eine gegenüberliegende untere Begrenzungsfläche 31 eine konvexe Wölbung mit einem zweiten Radius R₂ aufweisen. Nach radial innen und außen ist das Entkopplungselement 240 jeweils z. B. von senkrechten Stirnflächen 32, 33 begrenzt, die damit den Innendurchmesser D₃ und den Außendurchmesser D₄ des Entkopplungselements 240 im unverformten Zustand festlegen. Die Stirnflächen 32, 33 sind nicht funktionsrelevant und können insofern auch von einem senkrechten Verlauf abweichen. Im unverformten Zustand weist das Entkopplungselement 240 eine Bauteilhöhe H₁ auf.
Die obere Begrenzungsfläche 30 des Entkopplungselements 240 mit dem ersten Radius R₁ liegt im eingebauten unverformten Zustand in der Brennstoffeinspritzvorrichtung in einem durchmesserkleinen Bereich D₁ an dem Absatz 21 des Ventilgehäuses 22 des Brennstoffeinspritzventils 1 an, während die untere Begrenzungsfläche 31 des Entkopplungselements 240 mit dem zweiten Radius R₂ im eingebauten Zustand die Schulter 23 der Aufnahmebohrung 20 im Zylinderkopf 9 in einem durchmessergroßen Bereich D₂ berührt. D₁ und D₂ werden auch als Aufstandsdurchmesser im unverformten Zustand bezeichnet.
Die nicht-lineare, progressive Federkennlinie des Entkopplungselements 240 wird über eine Verkürzung des Hebelarms, der durch den radialen Abstand des oberen und unteren Aufstandpunkts bei D₁ und D₂ definiert ist, bei zunehmender Belastung des Entkopplungselements 240 realisiert. Ein kleinerer Hebelarm bewirkt dabei eine höhere Steifigkeit des Entkopplungselements 240. Die Hebelarmverkürzung wird durch das Abrollen des Entkopplungselements 240 mit seinen beiden konvexen Begrenzungsflächen 30, 31 auf den jeweiligen Kontaktpartnern, also Zylinderkopf 9 und Ventilgehäuse 22 erreicht. Die beiden Begrenzungsflächen 30, 31 sind im in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils mit einem konstanten Radius R₁ bzw. R₂ versehen, wobei sowohl R₁ = R₂ als auch R₁/ = R₂ gelten kann. Die nicht-lineare, progressive Federkennlinie kann jedoch auch durch komplexere Abrollgeometrien sehr spezifisch an die jeweilige Applikation angepasst werden, indem unterschiedliche Radien an der oberen Begrenzungsfläche 30 und/oder an der unteren Begrenzungsfläche 31 vorgesehen sind, so dass Übergänge zwischen verschiedenen Abrollradien entstehen.
Eine Hebelarmverkürzung durch das Abrollen des Entkopplungselements 240 im belasteten Zustand mit vergleichbarem geräuschreduzierendem Effekt ist auch dann möglich, wenn das Entkopplungselement 240 in umgekehrter Lage in die Brennstoffeinspritzvorrichtung eingebaut wird. Wie in 6 angedeutet, liegt in diesem Falle die obere Begrenzungsfläche 30 des Entkopplungselements 240 mit dem ersten Radius R₁ im eingebauten unverformten Zustand in der Brennstoffeinspritzvorrichtung in einem durchmessergroßen Bereich D₁ an dem Absatz 21 des Ventilgehäuses 22 des Brennstoffeinspritzventils 1 an, während die untere Begrenzungsfläche 31 des Entkopplungselements 240 mit dem zweiten Radius R₂ im eingebauten Zustand die Schulter 23 der Aufnahmebohrung 20 im Zylinderkopf 9 in einem durchmesserkleinen Bereich D₂ berührt.
Für beide in 5 und 6 dargestellten Fälle gilt, dass im unverformten Zustand des Entkopplungselements 240 der innere Aufstandpunkt nahe dem Innendurchmesser D₃ und der äußere Aufstandpunkt nahe dem Außendurchmesser D₄ liegen und der innere radiale Abstand zwischen den Aufstandpunkten bei D₁ und D₂ (Hebelarmlänge) größer ist als die jeweiligen äußeren radialen Abstände von den Aufstandpunkten bei D₁ bzw. D₂ bis zum Innendurchmesser D₃ bzw. Außendurchmesser D₄.
Der Effekt der Hebelarmverkürzung kann auch bei nicht parallelen Auflageflächen (Absatz 21, Schulter 23) realisiert werden, wenn z. B. das Brennstoffeinspritzventil 1 und/oder die Aufnahmebohrung 20 im Zylinderkopf 9 in dem Bereich des einzubringenden Entkopplungselements 240 kegelstumpfförmige Wandungen aufweisen. Für eine solche Einbausituation ist z. B. eine zweiteilige Lösung sinnvoll, wie sie in 7 dargestellt ist. So kann z. B. ein Abstützelement 35 vorgesehen sein, das zum Entkopplungselement 240 hin einen Absatz 21' ähnlich dem Absatz 21 des Brennstoffeinspritzventils 1 aufweist, während zum Brennstoffeinspritzventil 1 hin nach innen das Abstützelement 35 eine gewölbte Berührungsfläche 36 besitzt, an der sich das Brennstoffeinspritzventil 1 z. B. mit einem kegelstumpfförmig verlaufenden Ventilgehäuse 22 abstützen kann. Bei der Auslegung der Geometrieparameter des linsenförmigen Entkopplungselements 240 muss dann jedoch die Steifigkeit des zusätzlichen Abstützelements 35 auch mit berücksichtigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10108466 A1 [0003]
- DE 10027662 A1 [0004, 0004]
- DE 10038763 A1 [0004, 0004]
- EP 1223337 A1 [0004, 0005]
- US 6009856 A [0006]

Claims

Entkopplungselement für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum, wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung wenigstens ein Brennstoffeinspritzventil (1) und eine Aufnahmebohrung (20) für das Brennstoffeinspritzventil (1) umfasst, und das Entkopplungselement (240) zwischen einem Ventilgehäuse (22) des Brennstoffeinspritzventils (1) und einer Wandung der Aufnahmebohrung (20) eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungselement (240) eine nichtlineare, progressive Federkennlinie aufweist, wodurch eine niedrige Steifigkeit des Entkopplungselements (240) im Leerlaufbetrieb und eine hohe Steifigkeit des Entkopplungselements (240) bei nominalem Systemdruck vorliegt.
Entkopplungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungselement (240) scheibenförmig und im Querschnitt linsenförmig ausgebildet ist.
Entkopplungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die das Brennstoffeinspritzventil (1) sowie die Wandung der Aufnahmebohrung (20) berührenden Begrenzungsflächen (30, 31) des Entkopplungselements (240) konvex gewölbt ausgebildet sind.
Entkopplungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Begrenzungsfläche (30) einen ersten Radius (R₁) und die gegenüberliegende untere Begrenzungsfläche (31) einen zweiten Radius (R₂) haben, wobei entweder R₁ gleich R₂ oder R₁ ungleich R₂ sind.
Entkopplungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Begrenzungsfläche (30) und/oder die untere Begrenzungsfläche (31) komplexe Abrollgeometrien aufweisen, die sich durch verschiedene Abrollradien an ein und derselben Begrenzungsfläche (30, 31) auszeichnen.
Entkopplungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungselement (240) nach radial innen und außen jeweils von Stirnflächen (32, 33) begrenzt ist, die damit den Innendurchmesser (D₃) und den Außendurchmesser (D₄) des Entkopplungselements (240) im unverformten Zustand festlegen.
Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Begrenzungsfläche (30) des Entkopplungselements (240) im unverformten Zustand in einem durchmesserkleinen Bereich mit einem Aufstandsdurchmesser (D₁) an dem Ventilgehäuse (22) des Brennstoffeinspritzventils (1) anliegt, während die untere Begrenzungsfläche (31) des Entkopplungselements (240) die Aufnahmebohrung (20) in einem durchmessergroßen Bereich mit einem Aufstandsdurchmesser (D₂) berührt.
Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Begrenzungsfläche (30) des Entkopplungselements (240) im unverformten Zustand in einem durchmessergroßen Bereich mit einem Aufstandsdurchmesser (D₁) an dem Ventilgehäuse (22) des Brennstoffeinspritzventils (1) anliegt, während die untere Begrenzungsfläche (31) des Entkopplungselements (240) die Aufnahmebohrung (20) in einem durchmesserkleinen Bereich mit einem Aufstandsdurchmesser (D₂) berührt.
Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der innere radiale Abstand zwischen den Aufstandpunkten bei D₁ und D₂ größer ist als die jeweiligen äußeren radialen Abstände von den Aufstandpunkten bei D₁ bzw. D₂ bis zum Innendurchmesser (D₃) bzw. Außendurchmesser (D₄) des Entkopplungselements (240).
Entkopplungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungselement (240) mit seiner nicht-linearen, progressiven Federkennlinie derart ausgelegt ist, dass bei zunehmender Belastung des Entkopplungselements (240) eine Verkürzung des Hebelarms, der durch den radialen Abstand eines oberen und unteren Aufstandpunkts definiert ist, eintritt.
Entkopplungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungselement (240) wenigstens mit einer seiner Begrenzungsflächen (30, 31) an einem Abstützelement (35) anliegt.
Entkopplungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmebohrung (20) für das Brennstoffeinspritzventil (1) in einem Zylinderkopf (9) ausgebildet ist und die Aufnahmebohrung (20) eine Schulter (23) besitzt, die senkrecht zur Erstreckung der Aufnahmebohrung (20) verläuft und auf der das Entkopplungselement (240) teilweise aufliegt.