DE60103802T2

DE60103802T2 - Dämpferelement für Druckschwingungen im Kraftstoffsystem

Info

Publication number: DE60103802T2
Application number: DE60103802T
Authority: DE
Inventors: Jason T. Kilgore; Barry S. Robinson
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2001-04-13
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2021-04-14
Also published as: EP1150003A1; EP1150003B1; DE60103802D1; JP2001355539A; US6314942B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf Druckstoßdämpfer zum Einsatz in Kraftstofffördersystemen von Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei Kraftstoff-Verteilerleitungen für mit Einspritzdüsen arbeitende Kraftstoffsysteme verursachen die verschiedenen, zum Kraftstoffsystem gehörenden Komponenten Druckwellen im Kraftstoff, die sich entlang den Kraftstoff-Verteilerleitungen fortbewegen. Wenn solche Druckwellen zum falschen Zeitpunkt auftreten, können sie bewirken, dass eine geringe Kraftstoffmenge aus der Kraftstoff-Verteilerleitung austritt und beim kurzen Öffnen der Einspritzdüse in den Motor eingespritzt wird. Außerdem können solche Druckwellen im System Geräusche erzeugen, die möglicherweise als unangenehm empfunden werden. Druckstöße bewirken Fehlmessungen der Kraftstoffdruckregler, indem diese Regler mit verfälschten Kraftstoffdrücken beaufschlagt werden, was dazu führen kann, dass Kraftstoff über den Bypass und zurück zum Kraftstofftank befördert wird.
Ein bekanntes Druckstoßdämpfungssystem benutzt elastische Wandungen, die die Kraftstoffvorlaufleitung bilden. Wenn Druckstöße entstehen, wirken die elastischen Wandungen als Dämpfer für die Druckstöße. Andere Druckstoßdämpfungssysteme arbeiten mit einem Druckstoßdämpfer, der in das eine Ende einer Kraftstoff-Verteilerleitung eingesteckt ist, wobei am anderen Ende ein Druckregler sitzt. Wieder andere Druckstoßdämpfungssysteme besitzen ein nachgiebiges Teil, das so bewegt werden kann, dass Druckspitzen während der Einspritzzeiten der Einspritzdüsen abgeschwächt werden. Dieses Teil sitzt so in der Kraftstoff-Verteilerleitung, dass es den Kraftstoffstrom zu einer Einspritzdüsen-Öffnung in der Verteilerleitung nicht nachteilig beeinflusst. Das Teil besteht aus einem Paar von miteinander verschweißten Schalenhälften, die einen Luftraum einschließen; es kann sich nicht ungehindert in der Verteilerleitung drehen und dämpft die Druckstöße. Andere Druckstoßdämpfungssysteme arbeiten mit einem in der Leitung zwischen dem Ausgang des Kraftstofffilters und der Kraftstoff-Verteilerleitung liegenden Kraftstoff-Druckstoßdämpfer. Der Dämpfer ist ein Druckspeicher, der die kurzzeitigen Druckschwankungen vermindert, welche durch die Kraftstoffpumpe und durch das Öffnen und Schließen der Kraftstoffeinspritzdüsen verursacht werden.
Ein anderes Dämpfungssystem nutzt einen integrierten, an der Kraftstoff-Verteilerleitung angebrachten Druckstoßdämpfer. Die Rücklaufleitung wird an die Verteilerleitung gelötet, und dann wird der Dämpfer, der eine Membrane ist, zu einem geeigneten Zeitpunkt während des Montageprozesses an die Rücklaufleitung gesetzt und dort durch Crimpen befestigt. Im Betrieb schwächt die Membrane die von den Einspritzdüsen-Druckstößen erzeugten hörbaren Arbeitsgeräusche.
Ein anderes Dämpfungssystem arbeitet mit einem Druckstoßdämpfer in der Kraftstoffpumpe, der aus einem Hohlkörper besteht, der aus einem dünnwandigen Rohr aus flexiblem und elastischem Kunststoffmaterial mit heißversiegelten Enden geformt ist, wobei dieses Rohr mindestens eine (1) Kammer bildet. Die Kammer enthält ein komprimierbares Gas zum Dämpfen von Druckstößen. Ein anderes Dämpfungssystem benutzt einen Balgmodulator in einer Kraftstoff-Zahnradpumpe zum Verringern der Pumpengeräusche durch Verringern der Amplitude der Kraftstoff-Druckstöße. Wieder ein anderes System besitzt eine balgartige Vorrichtung, die an der Verbindungsstelle der Leitungen des von einer Kraftstoffförderpumpe kommenden Fluid-Strömungsweges sitzt und so eine Ungleichmäßigkeitsstelle im Strömungsweg bildet, um Druckschwingungen des geförderten Kraftstoffs zu verringern.
Das Patent FR 1509914 beschreibt ein langgestrecktes Fluid-Dämpfungselement zum Einsetzen in einen Kraftstoffkanal. Dieses Element besitzt verengte Bereiche, an mehreren Stellen über seine Länge verteilt.
Es wäre vorteilhaft, ein Dämpfungselement zu entwickeln, welches relativ kompakt ist und sich auch relativ kostengünstig herstellen und einbauen lässt.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein Kraftstoffdämpfungselement dar, wie es in Anspruch 1 beschrieben ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
Die hier beigefügten und einen Teil dieser Beschreibung bildenden Abbildungen illustrieren die derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und dienen außerdem – zusammen mit der obigen allgemeinen Beschreibung und der nachfolgenden detaillierten Beschreibung – dazu, die Merkmale der Erfindung zu erläutern. Es handelt sich um folgende Abbildungen:
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Dämpfungselements gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eingesetzt in eine Kraftstoffleitung.
2 zeigt eine Seitenansicht des Dämpfungselements der 1, und zwar als Schnitt entlang der Linie 2-2 von 1.
3 zeigt eine Seitenansicht, im Schnitt, eines Dämpfungselements gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Seitenansicht, im Schnitt, eines Dämpfungselements gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In sämtlichen Abbildungen bezeichnen gleiche Nummern gleiche Elemente. In den 1 und 2 wird ein Kraftstoffdämpfungs-Element 110 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Kraftstoffdämpfungs-Teil oder -Element 110 (im Folgenden als „Element 110" bezeichnet) ist so gestaltet, dass es in einen normalerweise hohlen Fluid-Kanal wie etwa die Kraftstoff-Verteilerleitung 20 eingesetzt werden kann, wie 1 zeigt. Das in die Kraftstoff-Verteilerleitung 20 eingesetzte Element 110 bildet eine Kraftstoff-Verteilerleitungs-Baugruppe 100. Die Kraftstoff-Verteilerleitung 20 kann sich im Kraftstoffmanagementsystem eines Motorfahrzeugs befinden. In einem integrierten Kraftstoff/Luft-Modul besteht die Kraftstoff-Verteilerleitungs-Baugruppe aus einem oder mehreren Durchflusskanälen für ein flüssiges (z. B. Benzin) oder für ein nichtflüssiges (z. B. Luft oder Gas) Fluid oder für Fluids beider Arten. Diese spezielle Kraftstoff-Verteilerleitung 20 besitzt eine Anzahl von Einspritzdüsen-Vertiefungen (nicht abgebildet), von denen jede eine Kraftstoffeinspritzdüse (nicht abgebildet) aufnimmt. Die Kraftstoff-Verteilerleitung 20 hat eine innere Wand 201 mit einer inneren Begrenzung und eine durch sie hindurchgehende Längsachse 203.
Vorzugsweise wird das Element 110 aus einem langgestreckten einzelnen Stück eines hohlen, dünnwandigen Rohres aus Edelstahl, Inconel, oder galvanischem Nickel gefertigt; allerdings erkennt der Fachmann leicht, dass das Element 110 auch aus jedem anderen geeigneten Material gefertigt werden kann, sofern das Material beständig gegen die von der Kraftstoff-Verteilerleitung 20 transportierten Fluids oder Kraftstoffe ist. Außerdem kann das Element 110 andere Formen als die Röhrenform haben. In der bevorzugten Ausführungsform beginnt das Element 110 als rohrförmiges Stück mit einer Außenwand 101, die in 2 durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Die Außenwand 101 des Elements 110 wird an vier Stellen 102 entlang seiner Längsachse 103 zu dieser hin eingedrückt, wie es durch die gestrichelten Pfeile „A" gezeigt wird. Vorzugsweise wird die Wand 101 dadurch eingedrückt, dass sie mithilfe von Stiften und Rollen in Richtung zur Längsachse 103 hin gequetscht wird; allerdings erkennt der Fachmann leicht, dass dafür auch andere Werkzeuge und Verfahren – beispielsweise innere und äußere Prägeformen – verwendet werden können. Alternativ kann das Element 110 durch Extrudieren gefertigt werden, wie es Fachleuten bekannt ist.
Durch das Eindrücken der Wand 101 an vier Stellen entstehen vier normalerweise gerundete oder halbelliptische, von der Längsachse 103 weggerichtete Bereiche oder Ausbuchtungen 104 über die Länge des Elements 110; dabei sieht ein Querschnitt des Elements 110 ähnlich einem Kreuz aus, wie 2 zeigt. Eine auf der Wand 101 jeder Ausbuchtung 104 ausgebildete Spitze 105 hat vorzugsweise etwa denselben ersten Abstand von der Längsachse 103 wie die Spitze 105 auf der Wand 101 jedes der anderen Ausbuchtungen 104; alle zwischen benachbarten Ausbuchtungsspitzen 105 befindlichen Stellen der Wand 101 haben einen kleineren als den ersten Abstand zu der Längsachse 103. Die freien Enden 106 des Elements 110 werden zusammengedrückt und abgedichtet, vorzugsweise per Laserschweißung; allerdings erkennt der Fachmann leicht, dass die freien Enden 106 auch mittels anderer Verfahren abgedichtet werden können, beispielsweise durch Kleben.
Vorzugsweise hat das Element 110 einen äußeren Nenndurchmesser von circa 9,5 mm, eine Wandstärke (Wand 101) von circa 0,15 mm und eine Länge von circa 127 mm. Allerdings erkennt der Fachmann leicht, dass Dicke und Länge der Wand 101 auch andere Maße haben können. Die Wand 101 ist sehr dünn und deshalb sehr empfindlich für Druckstöße. Die Funktion des Elements 110 besteht darin, auf Kraftstoff-Druckstöße so zu reagieren, dass es bei höherem Druck zusammengedrückt wird und sich bei niedrigerem Druck ausdehnt, wodurch die Druckstöße in der Kraftstoff-Verteilerleitung 20 abgeschwächt werden und eine relativ laminare Strömung des Kraftstoffs oder Fluids in der Kraftstoff-Verteilerleitung 20 und bis hinein in jede Einspritzdüse (wenn diese geöffnet wird) entsteht. Das Element 110 mit seinen aus der Wand 101 geformten Ausbuchtungen 104 stellt die nötige Federung zum Absorbieren der Druckstöße bereit.
Die auf die Anzahl von Ausbuchtungen 104 wirkenden Druckstöße drücken die Ausbuchtungen 104 auseinander oder zusammen, wobei die Ausbuchtungen 104 die Druckstöße absorbieren. Die Ausbuchtungen 104 können sich entweder in einem Druck- oder in einem Zugspannungszustand befinden. Die relativ große Oberfläche der Wand 101 in einem kleinen Raumteil im Innern der Kraftstoff-Verteilerleitung 20 bietet eine große Fläche zum Absorbieren der Druckstöße.
Das Element 110 wird in einem offenen Ende der Kraftstoff-Verteilerleitung 20 so eingesetzt, dass die Längsachse 103 des Elements 110 normalerweise parallel zur Längsachse 203 der Kraftstoff-Verteilerleitung 20 liegt. Das Element 110 kann mithilfe einer Klammer (nicht abgebildet) sicher an der Kraftstoff-Verteilerleitung 20 befestigt werden, oder es kann unbefestigt in diese Leitung eingesteckt werden und sich dann in dieser frei bewegen. Vorzugsweise hat die Kraftstoff-Verteilerleitung 20 einen Nenndurchmesser von 19 mm. Wenn man ein Element 110 mit einem Außendurchmesser von circa 9,5 mm benutzt, beträgt das Verhältnis des Durchmessers der Kraftstoff-Verteilerleitung 20 zum Durchmesser des Elements 110 etwa 2 : 1. Der unter Druck stehende Kraftstoff durchströmt die Kraftstoff-Verteilerleitung 20 in den Bereichen 202 innerhalb dieser Leitung, die nicht durch das Element 110 eingenommen werden.
Ein zusätzlicher Vorteil der bevorzugten Ausführungsform des Elements 110 ist, dass das Element 110 die Kraftstoff-Verteilerleitung 20 von innen her statisch stützt. Falls von außen eine fremde Druckkraft auf die Kraftstoff-Verteilerleitung 20 einwirkt, wirkt das Element 110 wie eine Aussteifung und verhindert damit möglicherweise ein völliges Zusammenquetschen der Kraftstoff-Verteilerleitung 20.
Vorzugsweise wird das Element 110 in Kraftstoffsystemen ohne Rücklaufleitung eingesetzt; allerdings erkennt der Fachmann leicht, dass das Element 110 in Kraftstoffsystemen jeder Art eingesetzt werden kann, in welchen Druckstöße auftreten können.
Zwar sind vorzugsweise vier Ausbuchtungen vorhanden, doch sind auch andere Ausführungsformen mit mehr oder weniger als vier Ausbuchtungen möglich. Beispielsweise zeigen die 3 und 4 die möglichen Elemente 210 und 310 mit drei Ausbuchtungen 204 bzw. mit zwei Ausbuchtungen 304. Vorzugsweise sind die Ausbuchtungen 104, 204 bzw. 304 alle symmetrisch um die Längsachse herum angeordnet; allerdings erkennt der Fachmann leicht, dass die Ausbuchtungen 104, 204, 304 nicht symmetrisch angeordnet werden müssen. Darüber hinaus erkennt der Fachmann leicht, dass – obwohl die Ausbuchtungen 104, 204 und 304 vorzugsweise von derselben Größe wie die betreffenden Ausbuchtungen 104, 204, 304 im selben Element 110 sind – die Ausbuchtungen 104, 204, 304 nicht von derselben Größe sein müssen. Außerdem erkennt der Fachmann leicht, dass – obwohl die Form der Ausbuchtungen 104, 204, 304 vorzugsweise gerundet oder halbelliptisch ist – die Ausbuchtungen 104, 204, 304 auch andere Formen haben können.
Vorstehend ist der Einsatz des Elements 110 in einer Kraftstoff-Verteilerleitung 20 beschrieben worden, doch kann ein solcher Dämpfer auch in anderen Teilen eines Kraftstoff- oder Fluidsystems platziert werden, so beispielsweise zusammen mit ausgeformten Durchflusskanälen. Solche anderen Bereiche befinden sich im Druckregler, in Kraftstoffpumpen-Motoren und an beliebigen Orten, wo Druckstöße auftreten.
Der Fachmann versteht leicht, dass an der oben beschriebenen Ausführungsform Änderungen vorgenommen werden können, ohne dadurch von dem darin steckenden Prinzip der Erfindung abzuweichen. Es ist deshalb klar, dass diese Erfindung nicht auf die vorgestellten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern auch Modifikationen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung abdecken soll, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Ein Kraftstoff-Druckstoßdämpfer, bestehend aus einem im Betrieb Kraftstoff führenden Kanal (20) und aus einem in diesen Kanal eingesetzten, langgestreckten Fluid-Dämpfungselement (110), welches eine Wand (101) besitzt, die längs einer Längsachse (103) verläuft, und dadurch gekennzeichnet ist, dass diese Wand mindestens eine (1) Ausbuchtung (104) hat, welche radial von der Achse weg gerichtet ist und sich längs dieser Achse erstreckt, wobei diese Ausbuchtung im Betrieb in einer Fluid-Strömung vorhandene Druckstöße absorbiert.
Ein Kraftstoff-Druckstoßdämpfer gemäß Anspruch 1, zwei oder mehr in axialer Richtung vorstehende Ausbuchtungen enthaltend.
Ein Kraftstoff-Druckstoßdämpfer gemäß Anspruch 2, wobei die Ausbuchtungen symmetrisch rund um die Achse angeordnet sind.
Ein Kraftstoff-Druckstoßdämpfer gemäß Anspruch 1, wobei das Element aus einem hohlen Teil besteht.
Ein Kraftstoff-Druckstoßdämpfer gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine (1) oder jede Ausbuchtung einen normalerweise gerundeten Teil besitzt, welcher längs der Längsrichtung des Elements liegt.
Ein Kraftstoff-Druckstoßdämpfer gemäß Anspruch 1, wobei mindestens ein (1) erster Abstand zwischen der Wand des Kraftstoff-Druckstoßdämpfers und der Achse des Kraftstoffdämpfungs-Elements sich von einem zweiten solchen Abstand zwischen diesen beiden unterscheidet.
Ein Kraftstoff-Druckstoßdämpfer gemäß Anspruch 6, wobei ein erster und ein zweiter von dem mindestens einen (1) ersten Abstand längs der Wand getrennt ist und wobei der zweite Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten von dem mindestens einen (1) ersten Abstand platziert ist.
Eine Kraftstoff-Verteilerleitungs-Baugruppe (20), bestehend aus einer normalerweise hohlen Kraftstoff-Verteilerleitung, wobei diese Leitung eine in ihrem Innern verlaufende Verteilerleitungs-Längsachse hat, und weiter bestehend aus einem wie in jedem der vorigen Ansprüche genannten, so in dieser Leitung sitzenden Kraftstoff-Druckstoßdämpfer, dass dessen Achse normalerweise parallel zu der Achse der Verteilerleitung liegt.