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Die Erfindung betrifft ein Dämpfungselement und eine Anordnung aus einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine und einem Einspritzventil mit einem Dämpfungselement.
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Zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine kommen Einspritzventile zum Einsatz. Der Kraftstoff wird im Fall einer Benzinbrennkraftmaschine unter einem Druck von bis zu 200 bar, im Fall einer Dieselbrennkraftmaschine unter einem sehr hohen Druck von bis über 2000 bar in die Brennräume eingespritzt. Die dabei zum Einsatz kommenden Einspritzventile für Brennkraftmaschinen stellen hohe Anforderungen an die Genauigkeit der die Einspritzung des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine bestimmenden Parameter. Dies ist besonders wichtig, da immer strengere Gesetzesvorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemission von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, erlassen werden. Diese machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden.
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Während des Betriebs der Brennkraftmaschine werden die Einspritzventile hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. So kann es insbesondere zu Erschütterungen der Einspritzventile in den Zylinderköpfen der Brennkraftmaschine kommen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung aus einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine und einem Einspritzventil zu schaffen, durch die ein Betrieb der Brennkraftmaschine mit geringen Schadstoffemissionen und ein einfacher Aufbau der Anordnung aus dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine und dem Einspritzventil ermöglicht wird.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Dämpfungselement, welches ausgebildet ist zum Dämpfen einer zwischen einem Einspritzventil mit einer zentralen Längsachse und einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine übertragenen Schwingung. Das Dämpfungselement weist einen ringscheibenförmigen Grundkörper auf. Das Dämpfungselement weist mindestens einen fest mit dem Grundkörper gekoppelten, in einer ersten axialen Richtung über den Grundkörper hinaus vorspringenden ersten Kontaktabschnitt und einen fest mit dem Grundkörper gekoppelten, in einer der ersten axialen Richtung entgegengesetzten zweiten axialen Richtung über den Grundkörper hinaus vorspringenden zweiten Kontaktabschnitt auf. Der mindestens eine erste Kontaktabschnitt hat einen radialen Abstand von der Längsachse, der ungleich einem radialen Abstand des zweiten Kontaktabschnitts von der Längsachse ist. Die Begriffe „axiale Richtung” und „Längsachse” beziehen sich hierbei vorzugsweise auf die zentrale Längsachse des Einspritzventils.
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Das erfindungsgemäße Dämpfungselement (44) kommt vorzugsweise zum Einsatz in einer Anordnung, mit einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, der aufweist eine Ausnehmung und eine in der Ausnehmung ausgebildete Stufe, einem Einspritzventil mit einer zentralen Längsachse, das mindestens teilweise in der Ausnehmung angeordnet ist, und dem Dämpfungselement. Das Dämpfungselement ist dabei vorzugsweise in der Ausnehmung axial zwischen dem Einspritzventil und der Stufe angeordnet.
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Das Dämpfungselement ist insbesondere zum Dämpfen einer zwischen dem Einspritzventil und dem Zylinderkopf in Richtung der Längsachse übertragenen Schwingung ausgebildet.
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Derartige Dämpfungselemente haben den Vorteil, dass eine Transformation einer axialen Bewegung des Einspritzventils in eine innere Bewegung des Dämpfungselements möglich ist, die nur in geringem Maße oder gar nicht auf den Zylinderkopf übertragen wird. Durch seine Bauform kann das Dämpfungselement somit vorteilhaft eine Umlenkung des Kraftflusses bewirken. Damit kann eine geringe Geräuschentwicklung der Brennkraftmaschine erreicht werden. Ein weiterer vorteilhafter Effekt des Dämpfungselements liegt in einer Änderung des Schwingungssystems, das unter anderem aus dem Zylinderkopf und dem Einspritzventil besteht. Damit ist eine Frequenzverschiebung in einen für den Menschen verträglichen Frequenzbereich möglich. Des Weiteren können die von dem Einspritzventil erzeugten Erschütterungen in diesem Frequenzbereich von dem durch die Verbrennung und die Aggregate erzeugten Geräusche überlagert werden. Des Weiteren kann entweder eine Erhöhung der Flächenpressung oder eine Reduzierung der Vorspannkraft des Einspritzventils erzielt werden. Durch eine entsprechende Auslegung des Dämpfungselements wird zusätzlich eine Kompensierung der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Zylinderkopfs und des Einspritzventils erreicht. Dies kann zu einer über den gesamten Temperaturbereich konstanten Vorspannkraft führen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Dämpfungselement zwei fest mit dem Grundkörper gekoppelte, in der ersten axialen Richtung über den Grundkörper hinaus vorspringende erste Kontaktabschnitte auf. Der radiale Abstand des zweiten Kontaktabschnitts von der Längsachse hat einen Wert, der zwischen den Werten der radialen Abstände der ersten Kontaktabschnitte von der Längsachse ist. Dies hat den Vorteil, dass neben dem Dämpfungsverhalten auch ein sehr gutes Dichtungsverhalten des Dämpfungselements erreicht werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens eine der Kontaktabschnitte wenigstens abschnittsweise kreisringförmig um die zentrale Längsachse ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass eine gute Dämpfung der Schwingungen über den gesamten Umfang des Dämpfungselements sowie ein gutes Dichtungsverhalten des Dämpfungselements erreichbar ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Dämpfungselement als Tellerfeder ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass das Dämpfungselement einen einfachen Aufbau mit zwei Kontaktabschnitten mit unterschiedlichen radialen Abständen von der Längsachse sowie einer kleinen Kontaktfläche zwischen dem Dämpfungselement einerseits und dem Einspritzventil und der in der Ausnehmung ausgebildeten Stufe andererseits hat, wodurch die Übertragung der Schwingungen des Einspritzventils auf den Zylinderkopf gut gedämpft werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Einspritzventil ein Spannelement zum Einspannen des Einspritzventils in der Ausnehmung auf. Das Dämpfungselement ist einstückig mit dem Spannelement gekoppelt. Damit kann eine gute Dämpfung der Schwingungen sowie ein besonders gutes Dichtungsverhalten des Dämpfungselements erreicht werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine,
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2 einen Teil eines Einspritzventils und eines Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine,
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3A und 3B ein Dämpfungselement in einer Aufsicht und in einem Längsschnitt,
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4A und 4B ein Dämpfungselement in einer Aufsicht und in einem Längsschnitt,
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5 eine Ausführungsform eines als Tellerfeder ausgebildeten Dämpfungselements,
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6 eine weitere Ausführungsform eines als Tellerfeder ausgebildeten Dämpfungselements,
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7 eine weitere Ausführungsform eines als Tellerfeder ausgebildeten Dämpfungselements,
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8 eine Ausführungsform eines mit einem Spannelement gekoppelten Dämpfungselements,
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9 eine weitere Ausführungsform eines mit dem Spannelement gekoppelten Dämpfungselements,
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10 eine weitere Ausführungsform eines mit dem Spannelement gekoppelten Dämpfungselements.
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In 1 ist eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine 10 gezeigt, mit einem Ansaugtrakt 12, einem Motorblock 14, einem Zylinderkopf 16 und einem Abgastrakt 18. Der Ansaugtrakt 12 ist hin zu einem Zylinder Z über einen Einlasskanal in einen Brennraum 20 des Motorblocks 14 geführt. Der Motorblock 14 umfasst ferner eine Kurbelwelle 22, welche über eine Pleuelstange 24 mit einem Kolben 26 des Zylinders Z gekoppelt ist. Neben dem Zylinder Z sind bevorzugt noch weitere Zylinder vorgesehen.
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2 zeigt eine Anordnung aus dem Zylinderkopf 16 und einem Einspritzventil 30. Der Zylinderkopf 16 hat eine Ausnehmung 28. In der Ausnehmung 28 ist eine Stufe 29 des Zylinderkopfs 16 ausgebildet. In der Ausnehmung 28 ist ein Abschnitt des Einspritzventils 30 angeordnet. Das Einspritzventil 30 weist einen Injektorkörper 32 auf. Der Injektorkörper 32 ist in der hier gezeigten Ausführungsform mehrstückig ausgebildet. Der Injektorkörper 32 kann auch einstückig ausgeführt sein. Der Injektorkörper 32 hat eine zentrale Längsachse L und eine Ausnehmung 34. In der Ausnehmung 34 des Injektorkörpers 32 ist eine Düsennadel 36 angeordnet, die einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein kann. Der Injektorkörper 32 umfasst eine Hochdruckleitung 38, über die das Einspritzventil 30 mit einem nicht dargestellten Hochdruckkreis eines Fluids verbunden ist. An einem axialen Ende ist oder sind in dem Injektorkörper 32 eine oder mehrere Einspritzöffnungen 40 angeordnet. In einer Schließposition der Düsennadel 36 ist ein Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzöffnung 40 verhindert und ansonsten ein Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzöffnung 40 freigegeben.
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Das Einspritzventil 30 hat ein Spannelement 42, das in der Ausnehmung 28 des Zylinderkopfs 16 angeordnet ist. Das Spannelement 42 ist vorzugsweise als Düsenspannmutter ausgebildet und dient der Festlegung des Einspritzventils 30 gegenüber dem Zylinderkopf 16.
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In der Ausnehmung 28 des Zylinderkopfs 16 ist ein Dämpfungselement 44 angeordnet. Das Dämpfungselement 44 ist axial zwischen dem Einspritzventil 30 und der in der Ausnehmung 28 ausgebildeten Stufe 29 des Zylinderkopfs 16 angeordnet. Vorzugsweise ist das Dämpfungselement 44 axial zwischen dem Injektorkörper 32 und der Stufe 29 des Zylinderkopfs 16 angeordnet. Mittels des Dämpfungselements 44 können zwischen dem Einspritzventil 30 und dem Zylinderkopf 16 übertragenene Schwingungen, wie sie während des Betriebs der Brennkraftmaschine aufgrund der auftretenden Erschütterungen entstehen können, gedämpft werden. Insbesondere kann eine zwischen dem Einspritzventil 30 und dem Zylinderkopf 16 in Richtung der Längsachse L des Einspritzventils 30 übertragene Schwingung gedämpft werden. Durch das Dämpfungselement 44 kann eine Änderung des Schwingungssystems, das aus dem Zylinderkopf 16, dem Einspritzventil 30 und Befestigungselementen 60 besteht, zu einer Frequenzverschiebung in einen für den Menschen gut verträglichen Frequenzbereich erfolgen. Des Weiteren kann entweder eine Erhöhung der Flächenpressung oder eine Reduzierung der Vorspannkraft des Einspritzventils 30 erzielt werden. Durch eine entsprechende Auslegung des Dämpfungselements 44 wird zusätzlich eine Kompensierung der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Zylinderkopfs 16 mit den Befestigungselementen 60 und des Einspritzventils 30 erreicht. Dies kann zu einer über den gesamten Temperaturbereich konstanten Vorspannkraft führen. Das Dämpfungselement 44 ist insbesondere als einstückiger Ring ausgebildet.
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Vorzugsweie besteht das Dämpfungselement zumindest teilweise aus einem Material mit hohem Schwingungsdäpfungsvermögen (Eigendämpfung) im gewünschten Frequenz- und Temperaturbereich. Insbesondere werden vorzugsweise in einem Temeraturbereich von über –40°C und von unter 250°C sowie bis zu einem Druck von bis zu 250 bar eine hohe axiale Steifingkeit und Positionierung der Düsenspitze erreicht. Das verwendete Material ist darüber hinaus vorzugsweise resistent gegenüber Kraftstoffen und deren Verbrennungsprodukten.
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Das Dämpfungselement 44 besteht insbesondere ganz oder teilweise aus einer Metalllegierung, mit der eine gute Beständigkeit des Dämpfungselements 44 auch bei Temperaturen von bis zu 250°C und Drücken von bis zu 250 bar erreicht werden kann. Des Weiteren können derartige Legierungen besonders resistent gegenüber Kraftstoffen und deren Verbrennungsprodukten sein.
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Das Dämpfungselement 44 hat einen Grundkörper 46. Der Grundkörper 46 ist als Ringscheibe ausgebildet. Das Dämpfungselement 44 hat einen fest mit dem Grundkörper 46 gekoppelten ersten Kontaktabschnitt 48a, der sich in einer ersten axialen Richtung R_1 über den Grundkörper 46 hinaus zu dem Einspritzventil 30 erstreckt. Der erste Kontaktabschnitt 48a hat einen radialen Abstand A_11 von der Längsachse L. Das Dämpfungselement 44 hat einen zweiten fest mit dem Grundkörper 46 gekoppelten Kontaktabschnitt 50, der sich in einer zweiten axialen Richtung R_2 über den Grundkörper 46 hinaus zu der Stufe 29 erstreckt. Der zweite Kontaktabschnitt 50 hat einen radialen Abstand A_2 von der Längsachse L. Der radiale Abstand A_11 des ersten Kontaktabschnitts 48a ist ungleich dem radialen Abstand A_2 des zweiten Kontaktabschnitts 50 (3A und 3B). Mittels der unterschiedlichen radialen Abstände A_11, A_2 der Kontaktabschnitte 48a, 50 kann eine Übertragung einer axialen Bewegung des Einspritzventils 30 in eine Schwingungsbewegung des Dämpfungselements 44 und damit eine Dissipation von Energie in dem Dämpfungselement 44 erfolgen, so dass Bewegungsenergie nur in geringem Maße oder gar nicht auf den Zylinderkopf übertragen wird, wozu insbesondere auch die kleine Kontaktfläche zwischen dem Dämpfungselement 44 und der Stufe 29 beitragen kann. Damit kann eine gute Schwingungsdämpfung durch das Dämpfungselement 44 erreicht werden.
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In der Ausführungsform der 4A und 4B hat das Dämpfungselement 44 einen fest mit dem Grundkörper 46 gekoppelten weiteren ersten Kontaktabschnitt 48b, der sich in der ersten axialen Richtung R_1 über den Grundkörper 46 hinaus zu dem Einspritzventil 30 erstreckt und einen radialen Abstand A_12 von der Längsachse L hat. Der radiale Abstand A_2 des zweiten Kontaktabschnitts 50 ist kleiner als der radiale Abstand A_11 des ersten Kontaktabschnitte 48a und größer als der radiale Abstand A_12 des Weiteren ersten Kontaktabschnitts 48b. Durch die Ausbildung der beiden ersten Kontaktabschnitte 48a, 48b ist ein gutes Dichtungsverhalten des Dämpfungselements 44 erreichbar.
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Die Kontaktabschnitte 48a, 48b, 50 sind vorzugsweise kreisringförmig um die zentrale Längsachse L angeordnet (siehe insbesondere 3A, 4A). Derartige kreisringförmige Kontaktabschnitte 48a, 50 ermöglichen sowohl eine gute Schwingungsdämpfung über den Umfang des Dämpfungselements 44 als auch eine gute Abdichtung durch das Dämpfungselement 44.
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In den in den 5 bis 7 gezeigten Ausführungsformen ist das Dämpfungselement 44 aus einer oder mehreren Tellerfedern (5) gebildet. 6 zeigt eine im Längsschnitt V-förmige Tellerfeder und 7 eine im Längsschnitt S-förmige Tellerfeder. Derartig ausgebildete oder angeordnete Tellerfedern ermöglichen ein sehr gutes Dämpfungsverhalten des Dämpfungselements 44.
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In den in den 8 bis 10 gezeigten Ausführungsformen ist das Dämpfungselement 44 als Tellerfeder (8) oder als Zylinderscheibe (9, 10) ausgebildet und jeweils einstückig mit dem Spannelement 42 gekoppelt. Dies ermöglicht ein gutes Dichtungsverhalten des Dämpfungselements 44. Die Kontaktabschnitte 48a, 48b, 50 können vorzugsweise im Längsschnitt halbkreisförmig (Kontaktabschnitt 50, 9) oder dreieckig (Kontaktabschnitt 50, 10) geformt sein. In weiteren Ausbildungen kann das Dämpfungselement 44 jeweils auch separat von dem Spannelement 42 ausgebildet sein.
