DE102004056414A1

DE102004056414A1 - Einrichtung zur Dämpfung von Flüssigkeitsdruckwellen in einem Flüssigkeit führenden und/oder speichernden Mittel

Info

Publication number: DE102004056414A1
Application number: DE102004056414A
Authority: DE
Inventors: Uwe Iben; Klaus Habr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-11-23
Filing date: 2004-11-23
Publication date: 2006-05-24
Also published as: JP2008520892A; WO2006056552A2; EP1819924A2; US20080127941A1; WO2006056552A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung (1) zur Dämpfung von Flüssigkeitsdruckwellen in Flüssigkeiten führenden und/oder speichernden Leitungen (2) und Behältern, insbesondere in Leitungen und Behältern von Einspritzanlagen in Kraftfahrzeugen. DOLLAR A Die Erfindung sieht vor, dass zur Wandelung von Schwingungsenergie in Wärmeenergie in dem Behälter oder in der Leitung (2) mindestens eine Reflektionsfläche (10) zur Reflektion wenigstens eines Teils der Flüssigkeitsdruckwellen in einen vom Rest des Behälters oder der Leitung (2) separierten Bereich (12; 28) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Dämpfung von Flüssigkeitsdruckwellen in einem Flüssigkeit führenden und/oder speichernden Mittel, insbesondere in einer Leitung oder in einem Behälter einer Einspritzanlage eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus dem Stand der Technik sind Pulsations- oder Schwingungsdämpfer in Flüssigkeiten führenden und/oder speichernden Leitungen und Behältern bekannt, bei welchen sich Druckwellen in zusätzlichen elastischen Volumina, beispielsweise in Membranspeichern, Blasenspeichern, Dehnschläuchen etc. auslaufen können, wobei die Druckenergie in Verformungsenergie der elastischen Volumina gewandelt wird. Im weiteren ist eine Dämpfung von Druckwellen durch eine phasenverschobene Überlagerung (Interferenz) der Druckwellen bekannt, was beispielsweise in Pfeifenresonatoren verwirklicht ist. Nicht zuletzt können Flüssigkeitsdruckwellen durch aktive Pulsationsreduktion mittels des Interferenz-Wirkprinzips gemindert werden, indem beispielsweise die phasenverschobene Welle mit Hilfe eines Servoventils erzeugt wird.

Solche Druckwellen in Behältern und Leitungen, welche in der Regel sowohl Longitudinalwellen als auch Transversalwellen beinhalten, erzeugen Strömungen, deren Fließrichtung von der Lage des Ursprungs der Druckwellen abhängen. Insbesondere bei Common-Rail-Einspritzeinrichtungen von selbstzündenden Brennkraftmaschinen ergibt sich das Problem, dass am Ende des Einspritzvorgangs erzeugte Druckwellen bzw. deren Reflexionen, – die beim Schließen der Düsen der Injektoren auftreten können, zu einem erneuten Öffnen der Düsennadel des betreffenden Injektors führen bzw. eine unerwünschte Koppelung unterschiedlicher Injektoren hervorrufen.

Eine gattungsgemäße Einrichtung ist aus der DE 102 12 876 A1 bekannt. Sie dient zur Dämpfung von Druckschwingungen in einem Hochdrucksammelraum einer Common-Rail-Einspritzeinrichtung einer selbstzündenden Brennkraftmaschine und umfasst in vom Hochdrucksammenraum zu Injektoren führenden Verbindungskanälen angeordnete, durch Federn beaufschlagte Schwingungsdämpfungsventile, welche ähnlich Rückschlagventilen ein Zurücklaufen der beim Schließen der Düsennadel auftretenden Druckwelle in den Hochdrucksammelraum verhindern.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, die in den Druckwellen vorhandene Schwingungsenergie durch ein- oder mehrfache Reflektion an einer Reflektionsfläche in Wärmeenergie umzuwandeln und die Druckwellen zugleich in einen vom Rest des Flüssigkeit führenden und/oder speichernden Mittels separierten Bereich zu leiten, in welchem eine Dissipation stattfindet oder die Druckwellen in Wärme umgewandelt werden. Die Erfindung kann in beliebigen Flüssigkeiten führenden und/oder speichernden Mitteln, wie beispielsweise in Leitungen oder in Behältern verwirklicht werden, wobei entsprechende Reflektionsflächen kostengünstig hergestellt werden können.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Erfindung möglich.

Besonders bevorzugt wird der vom Rest des Flüssigkeit führenden und/oder speichernden Mittels separierte Bereich durch einen Rückführkanal gebildet, in dessen Einlaufbereich die Flüssigkeitsdruckwellen mittels einer gekrümmten Reflektionsfläche fokussierbar sind. Der Rückführkanal kann in einer in das Flüssigkeit führende und/oder speichernde Mittel mündenden Drosselstelle enden, welche mit einem bezogen auf die Reflektionsfläche und die Druckwellenausbreitungsrichtung stromaufwärtigen oder stromabwärtigen Bereich des Flüssigkeit führenden und/oder speichernden Mittels in Verbindung steht und quer zur Ausbreitungsrichtung der Druckwellen im Behälter oder in der Leitung angeordnet ist. Hierbei ist der Rückführkanal vorzugsweise in einer Wandung des Flüssigkeit führenden und/oder speichernden Mittels und die gekrümmte Reflexionsfläche an einem in das Innere des Flüssigkeit führenden und/oder speichernden Mittels hineinragenden Reflektionskörper ausgebildet. Durch diese Maßnahmen wird eine Strömung zwischen dem Fokus und der Drosselstelle induziert und der nach der Reflektion der Druckwellen an der Reflektionsfläche übriggebliebene Teil der Schwingungsenergie zum Rückführkanal hin fokussiert und an der Drosselstelle in Wärme umgewandelt. Der Gleichanteil, d.h. der konstante Anteil der Strömung erfährt naturgemäß keine Reflektion an der Reflektionsfläche und kann unter lediglich geringen Verlusten weiterströmen. Um den Druckwellen eine ausreichende Reflektionsfläche gegenüberzustellen und gleichzeitig aber auch einen ausreichenden Strömungsquerschnitt für den Gleichanteil des Volumenstroms zur Verfügung zu haben, ist zwischen dem Reflektionskörper und der gegenüberliegenden Wandung des Flüssigkeit führenden und/oder speichernden Mittels ein Strömungsquerschnitt freigelassen, welcher dadurch erweitert sein kann, dass das Flüssigkeit führende und/oder speichernde Mittel in einem dem Reflektionskörper gegenüberliegenden Bereich eine Ausnehmung aufweist.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Reflektionsfläche durch mehrere, hintereinander labyrinthartig angeordnete offenporige Körper sowie durch Innenwände deren offener Poren zur wiederholten Reflektion der Flüssigkeitsdruckwellen gebildet werden. Hierbei fungieren die Innenräume der Poren als der vom Rest des Flüssigkeit führenden und/oder speichernden Mittels separierte Bereich. Weiterhin werden die Druckwellen zwischen den labyrinthartig angeordneten porösen Körpern selbst hin und her reflektiert, wobei jeweils ein Teil der Druckwellen in die Poren der Körper eindringt, um dort die Schwingungsenergie in Wärme umzuwandeln. Dadurch findet sowohl innerhalb der offenen, von der Flüssigkeit durchspülten Poren als auch an den porösen Körpern selbst eine mehrfache Reflektion der Druckwellen statt, wodurch sich diese „totlaufen". Ein solcher offenporiger Körper kann beispielsweise zumindest teilweise aus einem Sintermaterial bestehen.

Gemäß einer bevorzugten Anwendung ist ein Hochdrucksammelraum einer Common-Rail-Einspritzvorrichtung einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung versehen.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung wird am besten anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen klar.
Zeichnung
In der Zeichnung zeigt
1 eine Querschnittsdarstellung einer Leitung, welche mit einer Einrichtung zur Dämpfung von Flüssigkeitsdruckwellen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform versehen ist;
2 eine Querschnittsdarstellung einer Leitung, welche mit einer Einrichtung zur Dämpfung von Flüssigkeitsdruckwellen gemäß einer weiteren Ausführungsform versehen ist.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Einrichtung 1 zur Dämpfung von Flüssigkeitsdruckwellen in einer Flüssigkeiten, beispielsweise Hydrauliköl oder Kraftstoff führenden Leitung 2 gezeigt. Die Leitung 2 ist beispielsweise entlang eines Strömungswegs 4 von einem Zulauf 6 bis zu einem Ablauf 8 flüssigkeitsdurchströmt. Alternativ kann die Einrichtung 1 auch einem Behälter zugeordnet sein, welcher zwar Flüssigkeit speichert, der aber nur zum temporären Entnehmen und Nachführen von Flüssigkeit vorgesehen ist. Ein solches Behältnis kann beispielsweise durch einen Hochdrucksammelraum einer Common-Rail-Einspritzvorrichtung einer selbstzündenden Brennkraftmaschine gebildet werden, welcher mit Injektoren in Strömungsverbindung steht, die zu definierten Einspritzzeitpunkten Kraftstoff in Brennräume oder in einen Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine einspitzen, wobei mittels einer Hochdruckpumpe Kraftstoff nachgefördert wird. Solchen Behältern oder Leitungen 2 ist gemein, dass es durch Strömungsvorgänge bzw. durch temporäres Entnehmen oder Nachführen von Flüssigkeit zu Druckschwankungen kommt, welche Flüssigkeitsdruckwellen erzeugen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Leitung 2 wird angenommen, dass sich die Flüssigkeitsdruckwellen entlang des Strömungswegs 4 ausgehend vom Zulauf 6 zum Ablauf 8 hin ausbreiten.
Erfindungsgemäß ist zur Wandelung der Schwingungsenergie der Flüssigkeitsdruckwellen in Wärmeenergie in der Leitung 2 mindestens eine Reflektionsfläche 10 zur Reflektion wenigstens eines Teils der Flüssigkeitsdruckwellen in einen vom Rest der Leitung 2 separierten Bereich 12 vorgesehen.
Die Reflexionsfläche 10 ist beispielsweise an einem von der Wandung 14 ins Innere der Leitung 2 hineinragenden, zapfenartigen Reflektionskörper 16 ausgebildet und hat eine derart gekrümmte Form, dass sich entlang des Strömungswegs 4 ausbreitende Flüssigkeitsdruckwellen, welche an der Reflektionsfläche 10 reflektiert worden sind, in einem Fokusbereich oder Fokus 18 gebündelt werden. Bei Bedarf können mehrere solcher Reflektionsflächen 10 oder Reflektionskörper 16 in Reihe hintereinander geschaltet werden.
Der Fokus 18 befindet sich in dem vom Rest der Leitung separierten Bereich 12, der beispielsweise durch einen Rückführkanal 12 gebildet wird, in dessen Einlaufbereich 20 die Druckwellen reflektiert werden. Zwischen dem Reflektionskörper 16 und der Wandung 14 der Leitung 2 ist ein Strömungsquerschnitt 22 freigelassen. Dies kann vorzugsweise dadurch realisiert sein, dass die Leitung 2 in einem dem Reflektionskörper 16 gegenüberliegenden Bereich eine stufenartige Ausnehmung 24 aufweist.
Der Rückführkanal 12 ist beispielsweise in der Wandung 14 der Leitung ausgebildet und verläuft parallel zum Strömungsweg 4. Weiterhin endet er in einer quer in den Strömungsweg 4 mündenden Drosselstelle 26, welche mit einem bezogen auf die Reflektionsfläche 10 und die Druckwellenausbreitungsrichtung vorzugsweise stromaufwärtigen Bereich der Leitung 2 in Verbindung steht. Alternativ kann die Drosselstelle 26 auch mit einem stromabwärtigen Bereich der Leitung 2 in Verbindung stehen. Nicht zuletzt kann die Druckwellenenergie hinter der Drosselstelle auch in eine separate Stichleitung, in einen Systemleitung oder auch in einen Behälter geleitet werden, welche oder welcher nicht mit der Leitung 2 in Verbindung steht.
Vor diesem Hintergrund ist die Funktionsweise der Einrichtung 1 wie folgt: Der nach der Reflektion der Druckwellen an der Reflektionsfläche 10 übriggebliebene Teil der Schwingungsenergie wird zum Einlaufbereich 20 des Rückführkanals 12 hin in den Fokus 18 fokussiert, so dass hierdurch eine Strömung in der Leitung 2 zwischen dem Fokus 18 und der Drosselstelle 26 induziert wird, die entgegen der Strömung in der Leitung 2 gerichtet ist. An der verengten Drosselstelle 26 wird die Schwingungsenergie der in der Strömung im Rückführkanal 12 verbliebenen Druckwellen in Wärme umgewandelt. Der Gleichanteil, d.h. der konstante Anteil der Strömung in der Leitung 2 erfährt hingegen keine Reflektion an der Reflektionsfläche 10 und kann unter lediglich geringen Verlusten durch den verbleibenden Strömungsquerschnitt 22 in der Ausnehmung 24 weiterströmen.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach 2 sind die gegenüber dem vorhergehenden Beispiel gleichbleibenden und gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Als Reflektionsfläche 10 dienen hier zum einen die Innenwände offener Poren 28 eines offenporigen Bereichs 30 der Leitung 2 zur wiederholten Reflektion der Flüssigkeitsdruckwellen innerhalb der Poren 28, deren Innenräume den von der Leitung 2 sepa rierten Bereich darstellen. Die offenen Poren 28 sind in wenigstens einem offenporigen Körper 30 ausgebildet, welcher von der Wandung 14 der Leitung 2 quer wegragt. Beispielsweise sind in der Leitung 2 mehrere, hintereinander labyrinthartig angeordnete offenporige Körper 30 angeordnet, wobei die offenporigen Körper 30 zumindest teilweise aus einem Sintermaterial bestehen. Unter labyrinthartig angeordnet ist hier eine bezogen auf die Leitung 2 in axialer Richtung versetzt angeordnete Lage der Körper 30 zu verstehen, welche sich zusätzlich in radialer Richtung teilweise überdecken.
Dann wird die Druckwelle von den porösen Körpern 30 zum Teil in Wärme umgewandelt und zum Teil reflektiert, wobei aufgrund der radialen Überdeckung der Körper 30 der nicht in Wärme umgewandelte Teil der Druckwelle zu dem jeweils gegenüberliegen porösen Körper 30 reflektiert und dort wiederum teilweise in Wärme umgewandelt wird. Dadurch findet sowohl innerhalb der offenen, von der Flüssigkeit durchspülten Poren 28 als auch an den porösen Körpern 30 selbst eine mehrfache Reflektion der Druckwellen statt, wodurch sich diese „totlaufen". Ein solcher offenporiger Körper 30 kann beispielsweise zumindest teilweise aus einem Sintermaterial bestehen.

Claims

Einrichtung (1) zur Dämpfung von Flüssigkeitsdruckwellen in einem Flüssigkeit führenden und/oder speichernden Mittel (2), insbesondere in einer Leitung oder in einem Behälter einer Einspritzanlage eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass zur Wandelung von Schwingungsenergie in Wärmeenergie in dem Flüssigkeit führenden und/oder speichernden Mittel (2) mindestens eine Reflektionsfläche (10) zur Reflektion wenigstens eines Teils der Flüssigkeitsdruckwellen in einen vom Rest des Flüssigkeit führenden und/oder speichernden Mittels (2) separierten Bereich (12; 28) vorgesehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Rest des Flüssigkeit führenden und/oder speichernden Mittels (2) separierte Bereich durch eine Leitung, einen Behälter oder einen Rückführkanal (12) gebildet wird, in dessen Einlaufbereich (20) die Flüssigkeitsdruckwellen mittels einer gekrümmten Reflektionsfläche (10) fokussierbar sind.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführkanal (12) in einer in das Flüssigkeit führende und/oder speichernde Mittel (2) mündenden Drosselstelle (26) endet.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle (26) mit einem bezogen auf die Reflektionsfläche (10) und die Druckwellenausbreitungsrichtung stromaufwärtigen oder stromabwärtigen Bereich des Flüssigkeit führenden und/oder speichernden Mittels (2) in Verbindung steht.
Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführkanal (12) in einer Wandung (14) des Flüssigkeit führenden und/oder speichernden Mittels (2) ausgebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Reflexionsfläche (10) an einem in das Innere des Flüssigkeit führenden und/oder speichernden Mittels (2) hineinragenden Reflektionskörper (16) ausgebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Reflektionskörper (16) und der Wandung (14) des Flüssigkeit führenden und/oder speichernden Mittels (2) ein Strömungsquerschnitt (22) freigelassen ist.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkeit führende und/oder speichernde Mittel (2) in einem dem Reflektionskörper (16) gegenüberliegenden Bereich eine Ausnehmung (24) aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektionsfläche durch mehrere, hintereinander labyrinthartig angeordnete offenporige Körper (30) sowie durch Innenwände deren offener Poren (28) zur wiederholten Reflektion der Flüssigkeitsdruckwellen gebildet wird.
Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die offenporigen Körper (30) von einer Wandung (14) des Flüssigkeit führenden und/oder speichernden Mittels (2) quer wegragen.
Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die offenporigen Körper (30) zumindest teilweise aus einem Sintermaterial bestehen.
Hochdrucksammelraum einer Common-Rail-Einspritzvorrichtung einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche versehen ist.