DE10247775B4 - Accumulator injection system for damping pressure waves, in particular in a common rail injection system - Google Patents
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Abstract
Speichereinspritzsystem mit einer Dämpfungseinrichtung (7), insbesondere für ein Common Rail Einspritzsystem, bei dem Kraftstoff mit hohem Druck während eines Einspritzzyklus mit mehreren Einspritzimpulsen in kurzen Zeitabständen einspritzbar ist, wobei die Dämpfungseinrichtung (7) zur mehrfachen Reflexion und Absorption von Druckwellen ausgebildet ist und einen so großen Strömungsquerschnitt aufweist, dass kein spürbarer Druckverlust auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (7) einen Sintermetalleinsatz (6) aufweist, dass der Sintermetalleinsatz (6) in Form von zwei zylindrischen Scheiben ausgebildet ist, die beabstandet angeordnet sind.accumulator injection with a damping device (7), especially for a common rail injection system, where the fuel is at high pressure during a Injection cycle with multiple injection pulses can be injected at short intervals is, wherein the damping device (7) designed for multiple reflection and absorption of pressure waves is and such a big one Flow area that has no noticeable Pressure loss occurs, characterized in that the damping device (7) has a sintered metal insert (6) that the sintered metal insert (6) is in the form of two cylindrical discs, the spaced apart.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Speichereinspritzsystem zur Dämpfung von Druckwellen, insbesondere bei einem Common Rail Einspritzsystem, bei dem Kraftstoff mit hohem Druck während eines Einspritzzyklus mit mehreren Einspritzimpulsen in kurzen Zeitabständen eingespritzt wird, nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon bekannt, dass bei einem Common Rail Einspritzsystem der gewünschte Betriebsdruck für den einzuspritzenden Kraftstoff in einem Speichersystem bereitgestellt wird. Dabei werden die Druckwellen, die bei jedem kurzen Einspritzimpuls entstehen, durch die Leitungen (Common Rail) mehr oder weniger schnell gedämpft. Dennoch können Druckwellen entstehen, deren Amplituden mehrere Hundert bar betragen können. Diese Druckwellen breiten sich mit der dem Kraftstoff entsprechenden Schallgeschwindigkeit aus und werden an den Wandungen der Kraftstoffleitung, den Übergängen zum Rail, an den Ventilen, Kanten usw. reflektiert. Durch die Überlagerung von Druckwellen entsteht ein komplexes Schwingungssystem, das die einzuspritzende Kraftstoffmenge in ungünstiger Weise beeinflussen kann. Insbesondere bei mehreren aufeinander folgenden Einspritzungen mit sehr kurzen zeitlichen Abständen (bis zu 100 μs) können die Druckwellen des vorausgegangenen Einspritzimpulses den nachfolgenden Einspritzimpuls in unerwünschter Weise beeinflussen, da die Druckwellen erst nach mehreren Schwingungen und in Abhängigkeit von der Wellenlänge abklingen.The The invention is based on a storage injection system for damping of Pressure waves, especially in a common rail injection system, at the fuel at high pressure during an injection cycle with multiple injection pulses injected at short intervals is, after the type of the main claim. It is already known that in a common rail injection system, the desired operating pressure for the fuel to be injected is provided in a storage system. The pressure waves, which arise at each brief injection pulse, through the lines (Common Rail) more or less damped. Nevertheless, pressure waves can arise whose amplitudes can be several hundred bar. These Pressure waves propagate at the speed of sound corresponding to the fuel off and on the walls of the fuel line, the transitions to Rail, reflected at the valves, edges, etc. By the overlay from pressure waves creates a complex vibration system that the Influence the fuel quantity to be injected unfavorably can. Especially with several consecutive injections with very short time intervals (up to 100 μs) can they Pressure waves of the previous injection pulse the following Injection pulse in unwanted Way influence, since the pressure waves only after several oscillations and depending from the wavelength subside.
Um dieses Problem zu lösen, wurde bisher der zeitliche Abstand zwischen zwei Einspritzimpulsen fest vorgegeben. Er wurde so gewählt, dass der zeitliche Druckgradient minimal wurde, um eine möglichst geringe Streuung der Einspritzmenge der einzelnen Einspritzimpulse zu erhalten. In vielen Fällen war dieses Vorgehen ausreichend, da bei der Pilot- oder Vor einspritzung nur eine geringe Menge Kraftstoff und bei der zweiten Einspritzung die vorgesehene Haupteinspritzmenge eingespritzt wurde. Durch die geringe Voreinspritzmenge kommt es in der Regel zu nur geringen Druckeinbrüchen, die die nachfolgende Haupteinspritzung auch nur geringfügig negativ beeinflusst.Around to solve this problem, So far, the time interval between two injection pulses has been fixed. He was chosen that the temporal pressure gradient was minimal to one as possible low dispersion of the injection quantity of the individual injection pulses to obtain. In many cases it was This approach is sufficient, as in the pilot or pre injection only a small amount of fuel and at the second injection the intended main injection amount has been injected. By the small pilot injection occurs usually only small Pressure drops, the subsequent main injection even slightly negative affected.
Bei den neuen Anforderungen an das Einspritzsystem mit mehreren, beispielsweise n=5, n=8... Einspritzungen pro Zyklus und Zylinder verschärft sich die oben beschriebene Problematik massiv. Insbesondere können die zeitlichen Abstände zwischen zwei Einspritzimpulsen nicht mehr fest vorgegeben werden, da beispielsweise auch nach einer großen Einspritzmenge (Split Main-Injection) noch weitere Einspritzimpulse (Post-Injection) exakt dosiert werden müssen. Die bisherige Methode, das Rail mit seinem relativ großen Volumen als Dämpfer für die Druckwellen zu verwenden, ist nicht mehr ausreichend.at the new requirements for the injection system with several, for example n = 5, n = 8 ... injections per cycle and cylinder gets worse the problem described above massive. In particular, the time intervals between two injection pulses are no longer fixed, since for example even after a big one Injection quantity (split main injection), additional injection pulses (Post-Injection) must be precisely metered. The previous method, the rail with its relatively large volume as a damper for the pressure waves to use is no longer sufficient.
Prinzipiell ist aus physikalischen Überlegungen bekannt, Druckwellen durch Reflexion und Absorption zu dämpfen. Während die Reflexionen an Wandungen entstehen, erfolgt bei der Absorption der Druckwelle eine Dissipation in Wärme. Meistens werden bei per se bekannten Pulsationsdämpfern beide Methoden angewandt.in principle is for physical reasons known to dampen pressure waves by reflection and absorption. While the Reflections on walls arise, takes place during the absorption of the pressure wave a dissipation in heat. Mostly both methods are used in per se known Pulsationsdämpfern.
Eine alternative Möglichkeit besteht in der Vergrößerung des Speichervolumens unter Ausnutzung des Elastizitätsmoduls (E-Moduls) des Kraftstoffs. Diese Möglichkeit erscheint jedoch weniger gut geeignet, da das Einspritzsystem durch das große Volumen zu träge wird und auf gewünschte Druckänderungen nicht schnell genug reagieren kann.A alternative possibility consists in the enlargement of the Storage volume using the elastic modulus (modulus of elasticity) of the fuel. This possibility However, it seems less well suited because the injection system by the great Volume too slow will and to desired pressure changes can not react fast enough.
Aus
Das erfindungsgemäße Speichereinspritzsystem (Einspritzsystem) mit einer Dämpfungseinrichtung, insbesondere für ein Common Rail Einspritzsystem, bei dem Kraftstoff mit hohem Druck während eines Einspritzzyklus mit mehreren Einspritzimpulsen in kurzen Zeitabständen eingespritzt wird, mit den kennzeichnenden Merkmalen des Haupanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Dämpfungseinrichtung zur mehrfachen intensiven Reflexion und/oder Absorption ausgebildet ist und einen so großen Strömungsquerschnitt aufweist, dass kein spürbarer Druckverlust auftritt. Dadurch wird in vorteilhafter Weise einerseits der Energieverlust verringert und andererseits eine hohe Flexibilität des Einspritzsystem erzielt.The Inventive storage injection system (Injection system) with a damping device, especially for a common rail injection system, where the fuel is at high pressure during a Injected injection cycle with multiple injection pulses at short intervals, with the characterizing features of the main claim has the other hand Advantage that the damping device designed for multiple intense reflection and / or absorption is and such a big one Flow area that has no noticeable Pressure loss occurs. This is advantageously on the one hand the energy loss decreases and on the other hand a high flexibility of the injection system achieved.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Speichereinspritzsystems gegeben. Als eine besonders einfache und wirkungsvolle Lösung für die Dämpfung der Druckwellen wird ein Sintermetalleinsatz angesehen. Durch den per se bekannten Sinterprozess kann beispielsweise ein metallischer Zylinder oder eine zylindrische Scheibe hergestellt werden, die einen hohen Anteil von kraftstoffdurchlässigen Poren aufweist. Man erhält beispielsweise ein Hohlvolumen von 40%. Die relevante freie Querschnittfläche und somit auch das Verhältnis aus Strömungs- zu Gesamtquerschnittsfläche beträgt somit etwa 40%. Besonders vorteilhaft ist jedoch, dass bezüglich der Reflexion das Verhältnis Reflexions- zu Gesamtquerschnittsfläche praktisch 100 beträgt. Im Vergleich dazu würde eine Lochblende mit vergleichbaren Abmessungen wesentlich schlechtere Eigenschaften aufweisen. Hier würde das Verhältnis aus Strömungs- zu Gesamtquerschnittsfläche nur etwa 6% betragen und das Verhältnis Reflexions- zu Gesamtquerschnittsfläche nur etwa 94%. Im Vergleich hierzu weist der Sintermetalleinsatz also wesentlich bessere Reflexions- und Absorptionseigenschaften sowie einen niedrigeren Strömungswiderstand auf.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the main claim storage injection system are given. As a particularly simple and effective solution for damping the pressure waves, a sintered metal insert is considered. By per se be For example, a sintered process may be made of a metallic cylinder or a cylindrical disc having a high proportion of fuel-permeable pores. For example, a void volume of 40% is obtained. The relevant free cross-sectional area and thus also the ratio of flow to total cross-sectional area is thus about 40%. It is particularly advantageous, however, that with respect to the reflection, the ratio of reflection to total cross-sectional area is practically 100. In comparison, a pinhole with comparable dimensions would have much worse properties. Here, the ratio of flow to total cross-sectional area would be only about 6% and the ratio of reflection to total cross-sectional area only about 94%. Compared to this, the sintered metal insert thus has much better reflection and absorption properties and a lower flow resistance.
Eine weitere Verbesserung wird erreicht, wenn zwei Sintermetalleinsätze seitlich versetzt angeordnet werden. Mit dieser Anordnung werden insbesondere stehende Welle (Druckwellen) vorteilhaft vermieden.A Further improvement is achieved when two sintered metal inserts laterally be arranged offset. In particular, with this arrangement Standing wave (pressure waves) avoided advantageous.
Eine günstige alternative Lösung insbesondere zur Vermeidung stehender Wellen wird auch in einer Anordnung gesehen, bei der mehrere Sintermetalleinsätze oder -scheiben in verschiedenen Ebenen mit unregelmäßigen Abständen eingesetzt werden.A favorable alternative solution in particular to avoid standing waves is also in a Seen arrangement in which several sintered metal inserts or - Slices are used in different planes with irregular intervals.
Vorteilhaft erscheint auch eine Lösung mit einem (koaxialen) Doppelrohr mit unterschiedlichen Durchmessern, bei dem der innere Teil des kleineren Rohres mit einer entsprechenden Perforation ausgebildet ist. Eine derartige Anordnung lässt sich besonders einfach und kostengünstig herstellen.Advantageous also appears a solution with a (coaxial) double tube with different diameters, in which the inner part of the smaller tube with a corresponding Perforation is formed. Such an arrangement can be particularly easy and inexpensive produce.
Günstig erscheint auch, die Anordnung mit einem Drahtgeflecht zu versehen, bei dem die Fasern möglichst chaotisch verteilt sind.Cheap appears Also, to provide the arrangement with a wire mesh, in which the fibers as possible are distributed chaotically.
Durch die Anordnung von wenigstens zwei Blechen im Strömungskanal mit unterschiedlichen Winkeln erhält man eine Dämpfungseinrichtung, die ähnlich wie bei einem Stabfilter gute Durchlass- und Reflexionseigenschaften aufweist.By the arrangement of at least two sheets in the flow channel with different angles receives one damping device, the similar as with a rod filter good transmission and reflection properties having.
Eine günstige alternative Lösung stellt auch die Anordnung mit seitlich oder zahnartig versetzten Lamellen dar. Auch in diesem Fall sind der Strömungswiderstand relativ gering und die Dämpfungseigenschaften recht günstig.A favorable alternative solution also provides the arrangement with laterally or tooth-like offset slats In this case too, the flow resistance is relatively low and the damping properties reasonably priced.
Die Ausbildung der Dämpfungseinrichtung mit verschiedenen Querschnittssprüngen bewirkt ebenfalls eine starke Dämpfungswirkung, da sowohl sehr viele Reflexionen an den Wandungen als auch Absorptionen auftreten.The Forming the damping device with different cross-sectional jumps also causes a strong damping effect, there are many reflections on the walls as well as absorptions occur.
Die Ausbildung der Dämpfungseinrichtung mit Bögen, einer Wendel oder einem Trichter bewirkt ein häufiges Umlenken der Druckwellen, so dass entsprechende Reflexionen entstehen, die ein rasches Abklingen der Amplituden der Druckwellen bewirken.The Forming the damping device with Sheets, a helix or a funnel causes a frequent deflection of the pressure waves, so that appropriate reflections arise, the rapid decay cause the amplitudes of the pressure waves.
Die Dämpfungseinrichtung wird möglichst am Ort der Entstehung der Druckwellen angeordnet, um die bestmögliche Wirkung zu erzielen. Dies ist vorzugsweise zwischen der Hochdruckleitung (Druckleitung) und dem Injektor beziehungsweise innerhalb des Injektors zwischen dem Aktor und der Einspritzdüse vorgesehen.The attenuator is possible on Place of formation of the pressure waves arranged to get the best possible effect to achieve. This is preferably between the high pressure line (pressure line) and between the injector and within the injector the actuator and the injector intended.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Speichereinspritzsystem mit einer Dämpfungseinrichtung so auszubilden, dass die entstehenden Druckwellen möglichst schnell gedämpft werden, wobei kein spürbarer Druckverlust auftreten soll. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.Of the Invention is based on the object, a storage injection system with a damping device form so that the resulting pressure waves as possible quickly steamed being, with no noticeable Pressure loss should occur. This task comes with the features of the main claim.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Several embodiments The invention are illustrated in the drawings and will be described in the following Description closer explained.
die
die
die
Bezüglich der
Figurenbeschreibung zeigt
Die
Entstehung von Druckwellen und insbesondere deren Einfluss bei der
Mehrfacheinspritzung mit sehr kurzen zeitlichen Abständen bis
ca. 100 μs wird
an Hand der Diagramme der
Die
eingespritzte Kraftstoffmenge ist von verschiedenen Faktoren wie
der Einspritzdauer, dem hydraulischen Durchfluss, Temperatur und
E-Modul des Krafftstoffs und insbesondere vom vorherrschenden Druck
im System zum Zeitpunkt der Einspritzung abhängig. Da der Druck im System
jedoch sehr stark schwanken kann, wie der
Ein
erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung für
eine Dämpfungseinrichtung
zeigt
In
In
Bei
dem Ausführungsbeispiel
der
Die
beiden Ausführungsbeispiele
der
Bei
der
Bei
den beiden Ausführungsbeispielen
der
Die
Ausführungsbeispiele
der
Eine
weitere alternative Lösung
wird gemäß
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist auch vorgesehen, die vorgeschlagenen Lösungen miteinander zu kombinieren.In Another embodiment of the invention is also provided, the proposed Solutions together to combine.
Die
Dämpfungseinrichtung
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