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Die Erfindung betrifft einen Druckpulsationsdämpfer für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem solchen Druckpulsationsdämpfer.
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Stand der Technik
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Innerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystems kann es zu starken Druckpulsationen kommen, die mit hohen Druckspitzen einhergehen können. Diese sind vorrangig auf die Hubbewegung eines Pumpenkolbens einer Hochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems zurückzuführen, insbesondere, wenn während des Förderhubs des Pumpenkolbens ein der Befüllung der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff dienendes Saugventil zumindest zeitweise geöffnet bleibt, um eine überschüssige Menge Kraftstoff zurück in den Zulaufbereich zu schieben.
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Druckpulsationen können ein Kraftstoffeinspritzsystem bzw. hierin angeordnete Komponenten oder Leitungen so stark mechanisch belasten, dass sie Schaden nehmen. Ferner können sie die Funktionsfähigkeit einzelner Komponenten beeinträchtigen. Beispielsweise kann eine Druck- und/oder Mengenwelle dazu führen, dass ein im Kraftstoffsystem angeordneter Kraftstofffilter rückgespült wird. Hierdurch kann die Filterwirkung des Kraftstofffilters beeinträchtigt werden.
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Aus dem Stand der Technik sind Kraftstoffeinspritzsysteme bekannt, die zur Dämpfung von Druckpulsationen ein Überströmventil einsetzen. Die Absteuermenge wird dabei einem Rücklauf zugeführt. In der Folge reduziert sich der Druck stromaufwärts des Überströmventils, was Auswirkungen auf die Befüllung der Hochdruckpumpe haben kann. Bei unzureichender Befüllung sinkt jedoch der Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 037 179 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem bekannt, das eine Hochdruckquelle und wenigstens einen mit der Hochdruckquelle über eine Kraftstoffdruckleitung verbundenen Kraftstoffinjektor umfasst. In der Kraftstoffdruckleitung ist ein Druckschwingungsdämpfer angeordnet. Dieser weist einen rohrförmigen Leitungsabschnitt mit wenigstens einer radial verlaufenden Drosselbohrung auf, über welche Kraftstoff in einen Druckdämpfungsraum ableitbar ist.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Druckpulsationsdämpfer für ein Kraftstoffeinspritzsystem anzugeben, der einfach und kostengünstig herstellbar und zudem leicht in ein Kraftstoffeinspritzsystem zu integrieren ist. Die Integration soll insbesondere im Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems, vorzugsweise im Zulaufbereich einer Hochdruckpumpe, erfolgen, um dort auftretende Druckpulsationen zu dämpfen, so dass die Befüllung der Hochdruckpumpe verbessert wird. Auf diese Weise soll ferner ein Kraftstoffeinspritzsystem geschaffen werden, das eine erhöhte Robustheit aufgrund einer verringerten mechanischen Belastung besitzt.
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Zur Lösung der Aufgabe wird der Druckpulsationsdämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Darüber hinaus wird ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem solchen Druckpulsationsdämpfer angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Der für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, vorgeschlagene Druckpulsationsdämpfer umfasst einen rohrförmigen Leitungsabschnitt, in dem ein Kraftstoffkanal ausgebildet ist, der über mindestens eine mantelseitige Öffnung im rohrförmigen Leitungsabschnitt mit einem Druckdämpfungsraum verbunden ist. Erfindungsgemäß ist der Druckdämpfungsraum zumindest teilweise mit Gas gefüllt und/oder enthält mindestens ein gasgefülltes Element.
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Der einen Kraftstoffkanal ausbildende rohrförmige Leitungsabschnitt erleichtert die Integration des Druckpulsationsdämpfers in ein Kraftstoffeinspritzsystem. Beispielsweise können beide Enden des rohrförmigen Leitungsabschnitts mit einer Kraftstoffleitung verbunden werden, so dass der rohrförmige Leitungsabschnitt einen Teil der Kraftstoffleitung ausbildet oder ersetzt. Treten in der Kraftstoffleitung Druckpulsationen auf, breiten sich diese bis in den Kraftstoffkanal und von dort bis in den Druckdämpfungsraum des Druckpulsationsdämpfers aus. Dort bewirken die mit den Druckpulsationen einhergehenden Druckspitzen eine Komprimierung des im Druckdämpfungsraum vorhandenen Gasvolumens, so dass die Druckspitzen gedämpft bzw. kompensiert werden. Eine weitere Ausbreitung der Druckpulsationen wird demnach unterbunden. Insbesondere stromaufwärts des Druckpulsationsdämpfers angeordnete Komponenten und/oder Leitungen des Kraftstoffeinspritzsystems werden auf diese Weise deutlich weniger mechanisch belastet, so dass die Robustheit des Systems steigt. Ferner wird ein unerwünschtes Rückspülen eines stromaufwärts des Druckpulsationsdämpfers angeordneten Kraftstofffilters verhindert, so dass eine optimale Filterwirkung gesichert ist.
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Bei der Komprimierung nimmt das im Druckdämpfungsraum vorhandene Gas Energie auf. Fällt anschließend der Druck im System wieder ab, beispielsweise in der Saugphase einer Hochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems, wird die vom Gas aufgenommene Energie wieder an den Kraftstoff abgegeben. Dieser Vorgang wirkt unterstützend bei der Befüllung der Hochdruckpumpe, so dass der Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe gesteigert wird.
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Das im Druckdämpferraum des vorgeschlagenen Druckpulsationsdämpfers vorhandene Gasvolumen kann zusammenhängend ausgebildet oder auf viele in sich geschlossene Gasvolumina verteilt sein. Die vielen in sich geschlossenen Gasvolumina können zudem alle gleichartig oder unterschiedlich ausgebildet sein.
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Soweit ein zusammenhängendes Gasvolumen im Druckdämpfungsraum vorgesehen ist, kann dieses mit dem Kraftstoff führenden Bereich verbunden oder gegenüber dem Kraftstoff abgedichtet sein.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Teil des Druckdämpfungsraums des Druckpulsationsdämpfers mit Gas gefüllt, wobei der mit Gas gefüllte Teil des Druckdämpfungsraums von dem Kraftstoffkanal des rohrförmigen Leitungsabschnitts durch eine Membran getrennt ist. Vorzugsweise ist das Material der Membran kraftstoffresistent, um eine dauerhaft dichte Trennung zu bewirken. Des Weiteren sollte das Material der Membran elastisch verformbar sein, um eine Komprimierung des Gasvolumens zu ermöglichen.
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Gemäß einer Abwandlung der ersten Ausführungsform ist der mit Gas gefüllte Teil des Druckdämpfungsraums durch einen Schwimmer vom Kraftstoffkanal des rohrförmigen Leitungsabschnitts getrennt. Der Schwimmer steigt und sinkt mit dem Flüssigkeitsspiegel in einem mit Kraftstoff gefüllten Teil des Druckdämpfungsraums, wobei das sich vorzugsweise „darüber“ befindliche Gasvolumen eine Verkleinerung oder Vergrößerung erfährt. Auf diese Weise werden ebenfalls Druck- und/oder Mengenwellen gedämpft bzw. kompensiert. Eine hermetische Abdichtung zwischen dem mit Kraftastoff und dem mit Gas gefüllten Bereich ist dabei nicht erforderlich. Der Druckpulsationsdämpfer muss lediglich in der Weise in ein Kraftstoffeinspritzsystem integriert werden, dass der mit Gas gefüllte Teil des Druckdämpfungsraums oberhalb des mit Kraftstoff gefüllten Teils zu liegen kommt.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Druckdämpfungsraum bevorzugt zylinderförmig ausgebildet ist. Ein zylinderförmiger Druckdämpfungsraum kann in einfacher Weise mit Gas oder mit mindestens einem gasgefüllten Element befüllt werden. Ferner eignet sich ein zylinderförmiger Druckdämpfungsraum besonders gut zur Aufnahme eines Schwimmers, dessen Aufgabe es ist, das Gasvolumen von einem Kraftstoffvolumen zu trennen. Der Schwimmer ist in diesem Fall bevorzugt kolbenförmig ausgebildet. Ein zwischen dem kolbenförmigen Schwimmer und dem zylinderförmigen Druckdämpfungsraum verbleibender umlaufender Radialspalt gewährleistet die Beweglichkeit des Schwimmers.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Druckdämpfungsraum mindestens ein gasgefülltes Element. Zur Aufnahme des Gases ist das Element bevorzugt als Hohlkörper ausgebildet, wobei die Größe und/oder die Form des Elements frei wählbar ist. Auf diese Weise können die Größe und die Form an die Größe und die Form des Druckdämpfungsraums angepasst werden. Beispielsweise kann das gasgefüllte Element kugelförmig sein. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Druckdämpfungsraum mehrere gasgefüllte Elemente enthält, die vorzugsweise alle gleichartig ausgebildet sind. Beispielsweise können mehrere kugelförmige gasgefüllte Elemente im Druckdämpfungsraum aufgenommen sein.
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Bevorzugt ist das mindestens eine gasgefüllte Element zumindest teilweise aus einem elastisch verformbaren Material gebildet. Die elastische Verformbarkeit ermöglicht eine Verkleinerung des umschlossenen Gasvolumens.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Druckdämpfungsraum mehrere gasgefüllte Elemente enthält, die relativ zueinander beweglich im Druckdämpfungsraum aufgenommen sind. In Abhängigkeit von der Größe und/oder der Form der gasgefüllten Elemente kann eine Pulsationsdämpfung bereits über die Bewegung der Elemente relativ zueinander bzw. durch die Ausbildung unterschiedlich großer Zwischenräume zwischen den gasgefüllten Elementen bewirkt werden, in denen sich die Druckwellen verlaufen oder gegenseitig aufheben.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform Erfindung ist der Druckdämpfungsraum ringförmig ausgebildet und umgibt den rohrförmigen Leitungsabschnitt. Die ringförmige Ausbildung besitzt den Vorteil, dass die Verbindung des Druckdämpfungsraums mit dem Kraftstoffkanal im Inneren des rohrförmigen Leitungsabschnitts über mehrere, vorzugsweise im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnete mantelseitige Öffnungen hergestellt werden kann. Zudem erfordert die ringförmige Ausführung des Druckdämpfungsraums einen geringen Bauraumbedarf, dies gilt insbesondere, wenn mehrere ringförmige Druckpulsationsdämpfer hinter einander geschaltet werden, um ein ausreichend großes Gasvolumen zur Druckpulsationsdämpfung zu schaffen.
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Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der rohrförmige Leitungsabschnitt an mindestens einem Ende einen Anschlussstutzen ausbildet oder umfasst, über den der Druckpulsationsdämpfer mit einer Kraftstoffleitung und/oder mit einem Gehäuseteil einer Komponente des Kraftstoffeinspritzsystems verbindbar ist. Bei der Komponente kann es sich insbesondere um eine Kraftstoffpumpe, vorzugsweise eine Radialkolbenpumpe, handeln, die zur Aufnahme des Anschlussstutzens bevorzugt eine entsprechende Ausnehmung in einem Gehäuseteil besitzt. Der an mindestens einem Ende des rohrförmigen Leitungsabschnitts vorgesehene Anschlussstutzen vereinfacht die Integration des Druckpulsationsdämpfers in ein Kraftstoffeinspritzsystem.
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Das ferner vorgeschlagene Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere Common-Rail-Einspritzsystem, zeichnet sich dadurch aus, dass es einen erfindungsgemäßen Druckpulsationsdämpfer umfasst. Der Druckpulsationsdämpfer ist dabei in einem Niederdruckbereich des Systems, insbesondere im Zulaufbereich einer Kraftstoffpumpe, angeordnet. Hier kommen die Vorteile eines erfindungsgemäßen Druckpulsationsdämpfers besonders gut zum Tragen, da im Niederdruckbereich, insbesondere im Zulaufbereich einer Kraftstoffpumpe besonders häufig Druckpulsationen auftreten, die das System belasten und die Funktion einzelner Systemkomponenten beeinträchtigen können. Wird der erfindungsgemäße Druckpulsationsdämpfer im Zulaufbereich einer als Kraftstoffpumpe angeordnet, kann über den Druckpulsationsdämpfer zugleich eine ausreichende Befüllung der Pumpe mit Kraftstoff sichergestellt werden. Dies gilt insbesondere, wenn es sich bei der Kraftstoffpumpe um eine Radialkolbenpumpe handelt.
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Bevorzugt ist demnach die Kraftstoffpumpe des vorgeschlagenen Kraftstoffeinspritzsystems eine Radialkolbenpumpe. Um Druck- und/oder Mengenwellen, die durch die Hubbewegung eines Pumpenkolbens verursacht werden, optimal aufnehmen bzw. kompensieren zu können, ist das im Druckdämpfungsraum des Druckpulsationsdämpfers vorhandene Gesamtgasvolumen deutlich größer als das Verdrängungsvolumen des hubbeweglichen Pumpenkolbens der Radialkolbenpumpe gewählt. Bevorzugt ist das Gesamtgasvolumen um ein Vielfaches größer als das Verdrängungsvolumen des Pumpenkolbens.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckpulsationsdämpfers,
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2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckpulsationsdämpfers,
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3 einen schematischen Längsschnitt durch eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckpulsationsdämpfers und
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4 einen schematischen Querschnitt durch den Druckpulsationsdämpfer der 3.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der in der 1 dargestellte Druckpulsationsdämpfer 1 umfasst einen rohrförmigen Leitungsabschnitt 2 an den in einem Umfangsbereich ein zylinderförmiger Druckdämpfungsraum 5 angesetzt ist. Der Druckdämpfungsraum 5 ist über einen Rohransatz 14 und eine im rohrförmigen Leitungsabschnitt 2 ausgebildete mantelseitige Öffnung 4 mit einem Kraftstoffkanal 3 des rohrförmigen Leitungsabschnitts 2 verbunden, so dass Kraftstoff aus dem Kraftstoffkanal 3 in den Druckdämpfungsraum 5 gelangt. Der Druckdämpfungsraum 5 ist jedoch nur teilweise mit Kraftstoff 12 gefüllt, da ein anderer Teil des Druckdämpfungsraums 5 mit einem Gas 6 gefüllt ist. Bei dem Gas 6 handelt es sich um Luft, die ein komprimierbares Gasvolumen im Druckdämpfungsraum 5 ausbildet. Eine gewisse Trennung zwischen dem Kraftstoff 12 und dem Gas 6 wird über einen kolbenförmigen Schwimmer 8 bewirkt, der auf dem Kraftstoff schwimmt und bei einer den Kraftstoffkanal 3 durchströmenden Druck- und/oder Mengenwelle mit dem Kraftstoffspiegel im Druckdämpfungsraum 5 steigt und dabei das darüber liegende Gasvolumen verkleinert. Auf diese Weise wird eine Dämpfung der Druck- und/oder Mengenwellen bewirkt. Die schwimmende Aufnahme des Schwimmers 8 im Druckdämpfungsraum 5 ist durch einen Radialspalt 13 sichergestellt.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckpulsationsdämpfers ist in der 2 dargestellt. Dieser unterscheidet sich von dem der 1 insbesondere dadurch, dass das Gasvolumen auf viele als Hohlkugeln ausgebildete Elemente 7 verteilt ist, die mit dem Gas 6 gefüllt sind. Außen sind die Elemente 7 von dem Kraftstoff 12 umgeben.
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Die gasgefüllten Elemente 7 sind aus einem Material gebildet, das elastisch verformbar ist. Unter Druckeinwirkung verformen sich die Elemente 7, wobei das Gas 6 komprimiert wird. Zugleich bewegen sich die Elemente 7 relativ zueinander, wobei neue Zwickelräume entstehen, in denen sich Druck- und/oder Mengenwellen verlaufen können. Der Druckpulsationsdämpfer 1 besitzt somit unterschiedliche Wirkungsweisen, die gleichzeitig zum Einsatz gelangen und somit die Pulsationsdämpfung noch effektiver gestalten.
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Der Druckpulsationsdämpfer 1 der 2 besitzt zudem einen rohrförmigen Leitungsabschnitt 2, der an seinen beiden Enden jeweils einen Anschlussstutzen 9, 10 ausbildet, über den der Druckpulsationsdämpfer 1 an eine Kraftstoffleitung (nicht dargestellt) bzw. an ein Gehäuseteil 11 einer Kraftstoffpumpe (nicht dargestellt) anschließbar ist. Im Gehäuseteil 11 ist hierzu eine entsprechende Ausnehmung 15 vorgesehen, in welche der Anschlussstutzen 10 eingesetzt bzw. eingepresst werden kann. Der Presssitz gewährleistet zugleich einen fluiddichten Anschluss.
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Gelichwohl in der 1 nicht dargestellt, kann auch der dort abgebildete Druckpulsationsdämpfer 1 an mindestens einem Ende einen Anschlussstutzen 9, 10 aufweisen.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung geht aus den 3 und 4 hervor. Hier ist der Druckdämpfungsraum 5 ringförmig ausgebildet und um den rohrförmigen Leitungsabschnitt 2 angeordnet. Mehrere mantelseitige Öffnungen 4 verbinden den im Inneren des rohrförmigen Leitungsabschnitts 2 ausgebildeten Kraftstoffkanal 3 mit dem ringförmigen Druckdämpfungsraum 5, in dem in ringförmiger Anordnung mehrere kugelförmige gasgefüllte Elemente 7 aufgenommen sind (siehe 4). Die Elemente 7 sind außen von Kraftstoff 12 umgeben, so dass im Kraftstoff 12 auftretende Druck- und/oder Mengenwellen durch eine elastische Verformung der Elemente 7 gedämpft werden.
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Allen dargestellten Ausführungsformen ist gemein, dass das Gas 6 bei seiner Komprimierung Energie aufnimmt, die es später, wenn der Druck wieder fällt, an den Kraftstoff abgibt. Dieser Vorgang wird unterstützend bei der Befüllung einer dem Druckpulsationsdämpfer 1 nachgeschalteten Kraftstoffstoffpumpe, so dass der Wirkungsgrad der Kraftstoffpumpe steigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006037179 A1 [0005]
