-
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.
-
Dämpfungselemente
in Scheibenform für einen Kraftstoffinjektor, insbesondere
einen Injektor zur Einspritzung von Dieselkraftstoff in einem Common-Rail-System
sind auch bereits aus der
DE 10 2005 057 313 A1 bekannt. Die Dämpfungsscheiben sollen
zwischen dem Einspritzventil und der Wandung der Aufnahmebohrung
im Zylinderkopf derart eingebracht sein, dass auch bei hohen Anpresskräften
eine Dämpfung von Körperschall ermöglicht
ist, so dass die Geräuschemissionen reduziert werden. Das
ringförmige Dämpfungselement liegt mit einer Ringfläche
an der Stützfläche des Zylinderkopfes an und mit
einer umlaufenden Wulst an der konischen Stützfläche
des Injektors an. Diese Gesamtanordnung hat jedoch den Nachteil,
dass die Auflagepunkte des Dämpfungselements am Zylinderkopf
und am Injektor in radialer Richtung gesehen recht nahe beieinander
liegen und das Dämpfungselement aufgrund seiner Einbausituation
recht steif ausgeführt ist. Dies hat zur Folge, dass bei
dieser Anordnung immer noch deutlich hörbare Geräuschemissionen
vorliegen.
-
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 Entkopplung bzw.
Isolation erreicht wird. Erfindungsgemäß ist die Federsteifigkeit
des Entkopplungselements derart niedrig gewählt und ist
das Entkopplungselement so zwischen dem Ventilgehäuse des
Brennstoffeinspritzventils und der Wandung der Aufnahmebohrung platziert,
dass die Entkoppelresonanz fR im Frequenzbereich
unter 2,5 kHz liegt. Auf diese Weise ergeben sich beim Einbau des
Entkopplungselements in einer Brennstoffeinspritzvorrichtung mit
Injektoren für eine Kraftstoffdirekteinspritzung, insbesondere mit
piezoaktorbetriebenen Injektoren mehrere positive und vorteilhafte
Aspekte. Die niedrige Steifigkeit des Entkopplungselements ermöglicht
eine effektive Entkopplung des Brennstoffeinspritzventils vom Zylinderkopf
und verringert dadurch im geräuschkritischen Betrieb deutlich
die in den Zylinderkopf eingeleitete Körperschallleistung
und damit das vom Zylinderkopf abgestrahlte Geräusch.
-
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 so auszubilden, dass
die beiden Auflagebereiche des Entkopplungselements im radial äußeren
und radial inneren Randbereich derart weitestmöglich voneinander
beabstandet gewählt sind, dass ein maximal möglicher
Hebelarm entsteht.
-
Dazu
ist es von Vorteil, dass die Aufnahmebohrung für das Brennstoffeinspritzventil
in einem Zylinderkopf ausgebildet ist und die Aufnahmebohrung eine
Schulter besitzt, die senkrecht zur Erstreckung der Aufnahmebohrung
verläuft und auf der das Entkopplungselement mit seinem
radial äußeren Auflagebereich teilweise aufliegt
und das Brennstoffeinspritzventil wiederum mit einer senkrecht zur
Ventillängsachse verlaufenden Außenkontur des
Ventilgehäuses an dem radial inneren Auflagebereich des Entkopplungselements
anliegt.
-
In
vorteilhafter Weise ist das Entkopplungselement ringscheibenförmig
und insgesamt napf- bzw. tellerförmig ausgebildet. Der
Querschnitt des Entkopplungselements hat dabei eine S-förmige
Kontur mit zwei Radien zu den Auflagebereichen hin. Der Einbau kann
beiden Ausrichtungen des Entkopplungselements erfolgen, also napfförmig
mit dem Boden nach unten oder invers napfförmig mit dem
Boden nach oben.
-
Je
nach Einsatz in einem Wechseldrucksystem oder in einem Konstantdrucksystem
ist das Entkopplungselement in besonders vorteilhafter Weise mit
einer nicht-linearen progressiven Federkennlinie oder mit einer
nicht-linearen degressiven Federkennlinie ausgelegt.
-
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 fR und einem Isolationsbereich
oberhalb der Entkoppelfrequenz fE,
-
4 eine
teilweise dargestellte Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem
erfindungsgemäßen Entkopplungselement,
-
5 einen
Querschnitt durch eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen
Entkopplungselements gemäß 4,
-
6 einen
Querschnitt durch eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen
Entkopplungselements in einer zweiteiligen Lösung,
-
7 eine
dritte Ausführung eines erfindungsgemäßen
Entkopplungselements in einer Draufsicht,
-
8 einen
Querschnitt durch das erfindungsgemäße Entkopplungselement
entlang der Linie VIII-VIII in 7,
-
9 eine
vierte Ausführung eines erfindungsgemäßen
Entkopplungselements in einer Draufsicht,
-
10 einen
Querschnitt durch das erfindungsgemäße Entkopplungselement
entlang der Linie X-X in 9,
-
11 eine
teilweise dargestellte Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem
fünften erfindungsgemäßen Entkopplungselement,
-
12 eine
teilweise dargestellte Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem
sechsten erfindungsgemäßen Entkopplungselement,
-
13 eine
nicht-lineare, progressive Federkennlinie für ein erfindungsgemäßes
Entkopplungselement, das in einem Wechseldrucksystem zum Einsatz
kommen kann und
-
14 eine
nicht-lineare, degressive Federkennlinie für ein erfindungsgemäßes
Entkopplungselement, das in einem Konstantdrucksystem zum Einsatz
kommen kann.
-
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 Zwischenelemente-
und Dämpfungsscheibenlösungen auf einfache Art
und Weise eine verbesserte Geräuschminderung, vor allen
Dingen im geräuschkritischen Leerlaufbetrieb aber auch
in Konstantdrucksystemen bei Systemdruck, 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 fR (Entkoppelresonanz)
und einen Isolationsbereich oberhalb der Entkoppelfrequenz fE 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. Die Erfindung umfasst dabei zum
einen die Definition und Auslegung einer geeigneten Federkennlinie
unter Berücksichtigung der typischen Anforderungen und
Randbedingungen bei der Kraftstoffdirekteinspritzung 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. Zu den Federkennlinien wird anhand der 13 und 14 Bezug
genommen.
-
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.
-
Im
Betrieb von Brennstoffeinspritzventilen zur Kraftstoffeinspritzung
in Verbrennungsmotoren entstehen an der Schnittstelle zur Einbauumgebung dieser
Einspritzventile prinzipbedingt Wechselkräfte über
einen breiten Frequenzbereich. Diese Wechselkräfte regen
die Umgebung zu Schwingungen an, die wiederum als Geräusch
abgestrahlt und wahrgenommen werden können. Zur Vermeidung
dieser oftmals als störend wahrgenommenen Geräusche
werden heute Dämpfungselemente zur Schwingungsdämpfung
(Energiedissipation) beschrieben (siehe Abschnitt „Stand
der Technik”) und auch eingesetzt. Diese Dämpfungselemente
sind dabei darüber hinaus häufig aus verschiedenen
Materialen und Einzelteilen zusammengesetzt.
-
Dämpfungselemente
der bekannten Art zielen jedoch auf eine Reduktion des Krafteintrags durch
breitbandige Energiedissipation z. B. durch Mikroschlupf oder Materialdämpfung
im Inneren des Dämpfungselementes. Der Kraftschluss zwischen dem
Brennstoffeinspritzventil und der Umgebung kann dabei aber nur begrenzt
reduziert werden. Dämpfungsmechanismen sind proportional
der Verschiebung bzw. Geschwindigkeit über dem Dämpfungselement,
für deren Entstehung eine Kraft vorhanden sein muss, die
damit über das Dämpfungselement in die Struktur
eingeleitet wird.
-
Mithilfe
eines erfindungsgemäßen Entkopplungselementes 240 kann
dagegen über einen großen Frequenzbereich oberhalb
der Entkoppelresonanz fR der Kraftfluss
vom Brennstoffeinspritzventil 1 weitgehend unterbunden
werden. Die Entkoppelresonanz fR kann dabei
in einen Frequenzbereich verschoben werden, in der die resonante
Verstärkung durch andere Motorgeräuschanteile
weitgehend maskiert wird (3).
-
Erfindungsgemäß zeichnet
sich das Entkopplungselement 240 dadurch aus, dass es zur
Reduzierung des Kraftflusses zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und
seiner Einbauumgebung mit dem Ziel der Reduktion unerwünschter
Geräuschanregung in der umgebenden Struktur dient. Bei
den im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen der Entkopplungselemente 240 sind
die jeweils vorteilhafte Ausprägung der Federcharakteristik
bei der Geometriegestaltung und Materialwahl des Entkopplungselementes 240 einbezogen,
d. h. progressives Verhalten bei Konstantdrucksystemen und degressives
Verhalten bei Wechseldrucksystemen.
-
Das
Entkopplungselement 240 in seiner Ausbildung und Einbausituation
zielt dabei also primär auf den Effekt der Schwingungsentkopplung
und nicht den der Schwingungsdämpfung. Das Entkopplungselement 240 wird
hinsichtlich seiner Steifigkeitseigenschaften ausgelegt und nicht
wie bei bekannten Dämpfungsscheiben hinsichtlich des Dämpfungsverhaltens.
Dämpfung, z. B. in Form von Kunststoff- oder Elastomerschichten,
kann jedoch ergänzend zur Beherrschung der Entkoppelresonanz
fR eingesetzt werden.
-
In
der 4 ist eine teilweise dargestellte Brennstoffeinspritzvorrichtung
mit einem erfindungsgemäßen Entkopplungselement 240 gezeigt,
während in 5 ein Querschnitt durch eine
erste Ausführung des Entkopplungselements 240 gemäß 4 gezeigt
ist. Bei dieser Ausführung der Brennstoffeinspritzvorrichtung
handelt es sich um ein System für die Benzindirekteinspritzung
mit Brennstoffeinspritzventilen 1, die mit Piezoaktoren
betrieben und z. B. in einem Konstantdrucksystem eingesetzt werden.
Das Entkopplungselement 240 ist in vorteilhafter Weise
als metallische Lochscheibe ausgeführt, die insofern ringförmig
verläuft. Ein metallischer Werkstoff bietet sich auch insofern
an, dass dieser mit kostengünstigen Fertigungsverfahren
(z. B. Drehen, Tiefziehen) bearbeitbar ist, um die gewünschten Geometrien
des Entkopplungselementes 240 maßhaltig herstellen
zu können.
-
Die
Federsteifigkeit des Entkopplungselementes 240 ist im Verhältnis
zur Masse des Brennstoffeinspritzventils 1, die bei ca.
250 g liegt, niedrig gewählt (20–40 kN/mm). Damit
können bei der Benzindirekteinspritzung dieses Typs auftretende
störende Geräusche, die typischerweise in einem
Frequenzbereich von 2,5–14 kHz liegen, gezielt breitbandig
entkoppelt werden. Die Entkoppelresonanz fR liegt
dabei im Frequenzbereich unter 2,5 kHz, wo sie von Verbrennungs-
und Motorgeräuschen maskiert und nicht störend
wahrgenommen wird.
-
Die
geringe Federsteifigkeit des Entkopplungselementes 240 wird
durch mehrere gezielte Maßnahmen erreicht. Das Entkopplungselement 240 besitzt
im eingebauten Zustand zwei Auflagebereiche 30, 31,
einen radial äußeren Auflagebereich 30 und
einen radial inneren Auflagebereich 31. Mit dem äußeren
Auflagebereich 30 liegt das Entkopplungselement 240 ringförmig
auf der z. B. senkrecht zur Ventillängsachse verlaufenden
Schulter 23 der Aufnahmebohrung 20 im Zylinderkopf 9 auf.
Mit dem inneren Auflagebereich 31 untergreift das Entkopplungselement 240 das
Brennstoffeinspritzventil 1 ringförmig in einem
Bereich, in dem das Ventilgehäuse 22 z. B. auch
eine zur Ventillängsachse senkrecht verlaufende Außenkontur
besitzt, so dass das Brennstoffeinspritzventil 1 an dem
inneren Randbereich des Entkopplungselements 240 anliegt.
Die Anordnung der beiden Auflagebereiche 30, 31 des
Entkopplungselements 240 ist so gewählt, dass
der maximal mögliche Hebelarm entsteht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
sind diese Auflagebereiche 30, 31 insofern in
die jeweils weitestmöglichen Randbereiche am Außendurchmesser
und am Innendurchmesser des Entkopplungselements 240 gelegt.
-
Der
Querschnitt des Entkopplungselements 240 hat eine S-förmige
Kontur mit zwei großen Radien R1, R2 zum äußeren
und inneren Auflagebereich 30, 31 hin, deren gemeinsamer
Schenkel tangential ineinander übergeht. Insgesamt weist
das Entkopplungselement 240 damit eine napf- bzw. tellerförmige Gestalt
auf. Mit dieser Ausgestaltung wird der in der Aufnahmebohrung 20 des
Zylinderkopfes 9 typischerweise nur geringe Bauraum ebenfalls
zugunsten eines möglichst langen Hebelarmes optimal genutzt.
Die beiden Radien R1, R2 dieser Kontur sind in ihrer Größe
und ihrem Verhältnis zueinander so gewählt, dass
eine möglichst günstige Spannungsverteilung im
Material entsteht und die vorgegebene Steifigkeitscharakteristik
optimal erfüllt wird. Im vorliegenden Fall sind dies z.
B. ein oberer Radius R1 von 2 mm und ein unterer Radius R2 von 2,5
mm.
-
Mit
der napfförmigen Ausgestaltung des Entkopplungselements 240 ist
es ermöglicht, für die Festigkeit des Entkopplungselements 240 ausreichende Materialstärken
verwenden zu können, und dies bei einer zugleich geringen
Gesamt-Federsteifigkeit des Entkopplungselements 240. Bei
einem metallischen Werkstoff kann dabei eine Materialstärke
in der Größenordnung von 0,5 mm geeignet sein.
Die Dicke des Materials kann aber auch an einem Entkopplungselement 240 zugunsten
einer optimierten Steifigkeitscharakteristik über seine
radiale Erstreckung variiert werden.
-
In
der 6 ist ein Querschnitt durch eine zweite Ausführung
eines erfindungsgemäßen Entkopplungselements 240 in
einer zweiteiligen Lösung gezeigt. Auch dieses Entkopplungselement 240 weist
wiederum eine napfförmige Gestalt auf. Diese Ausführungsvariante
berücksichtigt Montageanforderungen, bei denen es zu einer
verstärkten Schiefstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 kommen kann.
Das Entkopplungselement 240 wird deshalb in zwei ineinander
liegende Teilelemente 34, 35 aufgeteilt. Während
das radial äußere und damit obere Teilelement 34 den
radial äußeren Auflagebereich 30 aufweist
und mit dem Radius R1 nach außen gebogen verläuft,
ist das radial innere und damit untere Teilelement 35 mit
dem radial inneren Auflagebereich 31 versehen und mit dem
Radius R2 nach innen eingebogen. Das innere Teilelement 35 ist
in das äußere Teilelement 34 eingelegt.
Gemeinsam lassen die Teilelemente 34, 35 des Entkopplungselements 240 eine
leichte Verschiebung zur Kompensation einer Schiefstellung zu, folgen
aber in ihrem Gesamtverhalten dem gewünschten Auslegungsziel.
-
Eine
dritte Ausführung eines erfindungsgemäßen
Entkopplungselements 240 ist in einer Draufsicht in 7 dargestellt. 8 zeigt
einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Entkopplungselement 240 entlang
der Linie VIII-VIII in 7. Diese Ausführungsvariante
des Entkopplungselements 240 zeichnet sich dadurch aus,
dass der radial innere Auflagebereich 31 gegenüber
den vorher beschriebenen Lösungen verändert ist.
Anstelle eines ringförmig umlaufenden Auflagebereichs 31 am
Entkopplungselement 240 sind mehrere voneinander beabstandete
Auflagestellen 31a, 31b, 31c vorgesehen, die
bei einer Anzahl von drei Auflagestellen 31a, 31b, 31c z.
B. in einem Abstand von 120° verteilt angeordnet sind.
Auch eine solche Ausführungsvariante berücksichtigt
die Möglichkeit einer Schiefstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 durch
die an dem Entkopplungselement 240 ausgeformten kugelförmigen Auflagestellen 31a, 31b, 31c,
innerhalb derer sich das Brennstoffeinspritzventil 1 ausrichten
kann.
-
Eine
vierte Ausführung eines erfindungsgemäßen
Entkopplungselements 240 ist in einer Draufsicht in 9 dargestellt. 10 zeigt
einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Entkopplungselement 240 entlang
der Linie X-X in 9. Diese weitere Ausführungsvariante
fängt eine mögliche Schiefstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 durch
eine lokale Schwächung des inneren Auflagebereichs 31 auf.
Diese lokale Schwächung des radial inneren Auflagebereichs 31 wird
z. B. durch radial verlaufende Schlitze 37 erzielt, die
vom Innendurchmesser des Entkopplungselements 240 ausgehen
und z. B. bis zum inneren Radius R2 verlaufen. Typischerweise können
diese Schlitze 37 oder auch andere die Steifigkeit reduzierende Öffnungen
in einer Anzahl von drei bis zwanzig vorgesehen sein.
-
In
den 11 und 12 sind
zwei weitere Brennstoffeinspritzvorrichtungen teilweise dargestellt,
die mit einem fünften bzw. sechsten erfindungsgemäßen
Entkopplungselement 240 versehen sind. Das in der 11 gezeigte
Entkopplungselement 240 unterscheidet sich insbesondere
von dem in den 4 und 5 gezeigten
Entkopplungselement 240 durch seine inverse Auswölbung
nach oben. Das Entkopplungselement 240 ist wiederum napf-
bzw. tellerförmig ausgestaltet, jedoch in einer umgekehrten
Lage eingebaut, d. h. der radial äußere Auflagebereich 30 an
der Schulter 23 des Zylinderkopfes 9 liegt tiefer
als der radial innere Auflagebereich 31 am Ventilgehäuse 22 des
Brennstoffeinspritzventils 1.
-
Das
Ausführungsbeispiel der 12 zeigt an,
dass das Entkopplungselement 240 auch in der Form einer
ebenen Scheibe ausgeführt sein kann. Für beide
in den 11 und 12 gezeigten
Ausführungsvarianten von Entkopplungselementen 240 gelten
jedoch die zuvor ausführlich beschriebenen Anforderungen
an die Federsteifigkeit und den erforderlichen Abstand der Auflagebereiche 30, 31 voneinander.
Entsprechend der gewünschten Steifigkeitscharakteristik
kann auch hier die Materialstärke über die radiale
Ausdehnung des Entkopplungselements 240 variieren.
-
Anhand
der Diagramme der 13 und 14 soll
nochmals verdeutlicht werden, wie durch eine gezielte Nichtlinearität
der Entkoppelsteifigkeit des Entkopplungselements 240 eine
vorteilhafte Entkopplung von Brennstoffeinspritzventilen 1 in
Kraftstoffsystemen erreicht werden kann. In einigen Systemen wird
der Kraftstoffdruck konstant hoch gehalten (Konstantdrucksystem),
in anderen Systemen wird der Systemdruck last- oder drehzahlabhängig variiert
(Wechseldrucksysteme) – typischerweise erfolgt bei letzteren
bei Leerlauf eine Absenkung des Kraftstoffdrucks.
-
Der
Kraftstoffdruck wirkt als statische hydraulische Kraft auf das Brennstoffeinspritzventil
und beansprucht das Entkopplungselement 240 mit einer konstanten
Vorlast und damit Verschiebung. Im linearen Fall ist diese der Kraft
proportional. Im Hinblick auf Dichtheit und Verschleiß der
Injektoranschlüsse an Kraftstoffsystem und Zylinderkopf
gibt es maximale Grenzen für den zulässigen Federweg.
Deshalb wird hier erfindungsgemäß ein nichtlinearer
Zusammenhang zwischen Kraft und Federweg für das Entkopplungselement 240 gewählt.
-
Im
Falle des Wechseldrucksystems (13) bewirkt
eine progressive Federsteifigkeit eine geringe Steifigkeit bei niederem
Systemdruck, d. h. Leerlauf oder niedriger Last, und damit nach
dem Entkopplungsprinzip einen weiten Bereich der Geräuschentkopplung.
Typischerweise sind Geräuschauffälligkeiten vor
allem in diesen Betriebsbereichen zu finden. Bei höherer
Last und damit höherem Druck versteift das Entkopplungselement 240 und
begrenzt damit den Weg. Andere Motorgeräuschanteile verdecken
in diesen Betriebsbereichen dann das schlechter entkoppelte injektorinduzierte
Geräusch.
-
Im
Falle eines Konstantdrucksystems (14) liegt
ein konstant hoher Druck am Entkopplungselement 240 an.
Hier ist es vorteilhaft, dass der Federweg beim Druckaufbau (z.
B. bei jedem Motorstart) begrenzt ist durch eine hohe Federsteifigkeit; im
Betrieb ist jedoch wieder eine geringe Steifigkeit für
einen breiten Entkopplungsbereich wirksam. Diese Charakteristik
wird durch eine degressive Federkennlinie erreicht.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10108466
A1 [0003]
- - DE 10027662 A1 [0004, 0004]
- - DE 10038763 A1 [0004, 0004]
- - EP 1223337 A1 [0004, 0005]
- - DE 102005057313 A1 [0006]
- - US 6009856 A [0007]