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Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Ein Kraftstoffeinspritzsystem der vorstehend genannten Art dient der Versorgung einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors eines Kraftfahrzeugs, mit Kraftstoff. Der Kraftstoff wird dabei über eine Hochdruckpumpe des Systems komprimiert und unter hohem Druck unter Zuhilfenahme mindestens eines Einspritzventils in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Hochdruckpumpe definiert somit einen Niederdruckbereich und einen Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems. Sowohl im Niederdruckbereich, als auch im Hochdruckbereich kann es zu unerwünscht starken Druckschwingungen bzw. Druckpulsationen kommen, die vorrangig auf den Betrieb der Hochdruckpumpe, insbesondere auf die Hubbewegungen eines Pumpenkolbens der Hochdruckpumpe, zurückzuführen sind. Werden derartige Druckschwingungen bzw. Druckpulsationen in den Hochdruckbereich eingetragen, kann es zu sogenannten Ghost-Einspritzungen kommen, welche sich negativ auf die Mengenbilanz auswirken.
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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, der einen rohrförmigen Leitungsabschnitt mit wenigstens einer radial verlaufenden Drosselbohrung aufweist, über welche Kraftstoff in einen Druckdämpfungsraum ableitbar ist. Auf dieses Weise sollen in der Kraftstoffdruckleitung auftretende Druckschwingungen ohne Druckverluste und ohne Systemleitungsverluste hinreichend gedämpft werden.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Dämpfung unerwünschter Druckschwingungen im Hochdruckbereich eines Kraftstoffeinspritzsystems zu optimieren. Ferner soll eine Glättung turbulenter Strömungen im Hochdruckbereich erreicht werden. Auf diese Weise soll ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer verbesserten Mengenbilanz geschaffen werden.
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Zur Lösung der Aufgabe wird das Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das vorgeschlagene Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere Common-Rail-Einspritzsystem, weist einen Hochdruckbereich mit einem Hochdruckspeicher auf, über den mindestens ein Einspritzventil mit Kraftstoff versorgbar ist. Erfindungsgemäß ist im Hochdruckbereich ein Dämpfungskörper aus Metallschaum angeordnet, der im Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems von Kraftstoff durchströmt wird.
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Der Metallschaum weist Poren und Hohlräume auf, über welche die gewünschte Dämpfungswirkung erzielt wird. Denn in den Poren und Hohlräumen verlaufen sich die mit den Druckschwingungen einhergehenden Druckwellen, werden zum Teil reflektiert und heben sich auf. Aufgrund der Dämpfungswirkung des Metallschaums geht eine stromaufwärts des Dämpfungskörpers herrschende turbulente Strömung in eine laminare Strömung über. Stromabwärts des Dämpfungskörpers treten demnach keine Druckschwingungen mehr auf, die zu Ghost-Einspritzungen führen, so dass zugleich die Mengenbilanz des Systems verbessert wird.
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In Abhängigkeit von der Herstellung des Metallschaums, kann dieser aus unterschiedlichen Metallen oder Metalllegierungen gefertigt sein. Herstellungsverfahren sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt, so dass hierauf nicht näher eingegangen werden muss. Bevorzugt werden Metallschäume, die wenig korrosionsanfällig sind, so dass sich beispielsweise Schäume aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen für diesen Einsatzbereich eignen. Darüber hinaus steht eine Vielzahl anderer Metalle bzw. Metalllegierungen zur Verfügung.
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Bevorzugt bildet der Dämpfungskörper aus Metallschaum zusammenhängende Hohlräume aus, so dass die Durchströmbarkeit des Dämpfungskörpers sichergestellt ist. Die Größe der Hohlräume bzw. Poren ist in Abhängigkeit von den im Hochdruckbereich zu erwartenden Turbulenzen zu wählen, so dass eine optimale Dämpfung erreicht wird.
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Ferner bevorzugt erstreckt sich der Dämpfungskörper über den gesamten freien Strömungsquerschnitt eines Strömungspfads des Kraftstoffs. Das heißt, dass es keinen Bypass-Pfad gibt, der ein Umströmen des Dämpfungskörpers ermöglicht. Der Kraftstoff wird demnach zwingend durch den Dämpfungskörper geführt.
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Der Dämpfungskörper aus Metallschaum kann stromaufwärts oder stromabwärts des Hochdruckspeichers oder im Hochdruckspeicher selbst angeordnet sein. Beispielsweise kann der Hochdruckspeicher als Hochdruckspeicherleitung („Rail“) ausgebildet sein, in welcher der Dämpfungskörper eingesetzt ist. Darüber hinaus kann die Anordnung in einer Kraftstoffleitung oder in einem Kraftstoffkanal erfolgen, welche bzw. welcher den Hochdruckspeicher mit einer Hochdruckpumpe oder einem Einspritzventil verbindet. Der jeweilige Strömungsquerschnitt der Kraftstoffleitung bzw. des Kraftstoffkanals bestimmt dann die Mindestabmessung des Dämpfungskörpers in Querrichtung zur Kraftstoffströmung. Die Abmessung des Dämpfungskörpers in Strömungsrichtung kann in Abhängigkeit von der zu erzielenden Dämpfungswirkung gewählt werden.
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Vorteilhafterweise ist der Dämpfungskörper in Strömungsrichtung des Kraftstoffs oder in der der Strömung des Kraftstoffs entgegengesetzten Richtung an einem Absatz abgestützt. Die Abstützung wirkt einer Lageverschiebung des Dämpfungskörpers entgegen, wenn dieser von Kraftstoff durchströmt wird. Der Absatz kann beispielsweise durch eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Strömungsquerschnitts der betreffenden Kraftstoffleitung bzw. des betreffenden Kraftstoffkanals gebildet werden. Ferner kann im Hochdruckspeicher ein entsprechender Absatz ausgebildet sein, indem beispielsweise eine den Strömungspfad des Kraftstoffs begrenzende Wand unterschiedlich stark ausgeführt ist. Der Absatz zur Abstützung des Dämpfungskörpers ist somit einfach und kostengünstig herzustellen.
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Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Dämpfungskörper durch mindestens ein Sicherungselement, insbesondere durch einen Sicherungsring, wie beispielsweise einen Sprengring, lagefixiert ist. Der Sicherungsring wird nach dem Dämpfungskörper in die Kraftstoffleitung, in den Kraftstoffkanal oder in den Hochdruckspeicher eingesetzt. Um die Lage des Sicherungsrings zu sichern, ist vorzugsweise in der die Kraftstoffleitung, den Kraftstoffkanal oder den Hochdruckspeicher begrenzenden Wand eine umlaufende Nut ausgebildet, in die der Sicherungsring nach dem Einsetzen eingreift.
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Die Umsetzung der Erfindung lässt sich einfach und kostengünstig realisieren. Die vorstehend beschriebenen konstruktiven Maßnahmen zur Lagesicherung des Dämpfungskörpers sind optional und können ebenfalls einfach und kostengünstig umgesetzt werden. Zugleich wird eine wirksame Dämpfung erreicht und Ghost-Einspritzungen werden eliminiert. Im Ergebnis weist das Kraftstoffeinspritzsystem eine verbesserte Mengenbilanz auf. Zugleich werden Hub/Hub Streuungen reduziert und das Temperatur-Differenz-Verhalten wird verbessert.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Hochdruckspeicher eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems und
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2 eine schematische Darstellung der über die Zeit auftretenden Druckschwingungen und deren Kompensation in einem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem in Form eines Diagramms.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die Darstellung des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems der 1 beschränkt sich auf den Hochdruckbereich 1, und zwar auf den im Hochdruckbereich 1 angeordneten Hochdruckspeicher 2. Dieser bildet einen Kraftstoff-Strömungspfad 4 aus, der einerseits an einen Hochdruckabgang einer Hochdruckpumpe (nicht dargestellt), andererseits an mindestens einem Einspritzventil (nicht dargestellt) angeschlossen ist. Über den Strömungspfad 4 wird somit dem mindestens einen Einspritzventil unter hohem Druck stehender Kraftstoff zugeführt (die Strömungsrichtung 9 des Kraftstoffs ist in der 1 durch einen Pfeil angegeben).
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Die Beaufschlagung des Kraftstoffs mit Hochdruck ist Aufgabe der Hochdruckpumpe. Bekanntermaßen werden hierzu Hochdruckpumpen eingesetzt, die als Kolbenpumpen ausgebildet sind und mindestens einen in einer Hubbewegung antreibbaren Pumpenkolben aufweisen. Bedingt durch die Hubbewegungen des Pumpenkolbens treten im Hochdruckbereich 1 des Kraftstoffeinspritzsystems Druckschwingungen auf, die es zu minimieren gilt, da sie unter anderem die Mengenbilanz negativ beeinflussen. Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem weist hierzu einen Dämpfungskörper 3 aus Metallschaum auf, der in den Hochdruckspeicher 2 in der Weise eingesetzt ist, dass der über den Strömungspfad 4 zuströmende Kraftstoff den Dämpfungskörper 3 durchströmen muss. Die im Metallschaum vorhandenen Poren und Hohlräume erzielen dabei die gewünschte Dämpfungswirkung, so dass eine turbulente Strömung 7 stromaufwärts des Dämpfungskörpers 3 in eine laminare Strömung 8 übergeht.
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In der Ausführungsform der 1 ist der Dämpfungskörper 3 an einem Absatz 5 abgestützt und durch ein Sicherungselement 6 in Form eines Sicherungsrings in seiner Lage gesichert. Der Sicherungsring greift hierzu in eine umlaufende Nut 10 einer Wand 11 des Hochdruckspeichers 2 ein. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der durchströmende Kraftstoff den Dämpfungskörper 3 nicht verschieben kann und die Funktion des Dämpfungskörpers 3 erhalten bleibt.
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Die Wirkung des Dämpfungskörpers 3 aus Metallschaum ist messbar und in der 2 grafisch dargestellt. Kurve A gibt die gemessenen Druckschwingungen im Hochdruckbereich 1, und zwar stromaufwärts des Dämpfungskörpers 3 wieder. Stromabwärts des Dämpfungskörpers 3 wurden Werte gemessen, die zu der Kurve B führen. Diese weist im Vergleich zur Kurve A deutlich geringere Ausschläge auf, was ferner ein Indiz für die Glättung einer vor dem Dämpfungskörper 3 herrschenden turbulenten Strömung ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006037179 A1 [0003]
