EP2466112A2 - Pulsationsdämpfer - Google Patents

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EP2466112A2
EP2466112A2 EP11009811A EP11009811A EP2466112A2 EP 2466112 A2 EP2466112 A2 EP 2466112A2 EP 11009811 A EP11009811 A EP 11009811A EP 11009811 A EP11009811 A EP 11009811A EP 2466112 A2 EP2466112 A2 EP 2466112A2
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EP
European Patent Office
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damping
damping element
cross
fuel
elements
Prior art date
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EP11009811A
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English (en)
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EP2466112A3 (de
EP2466112B1 (de
Inventor
Stephan Wanner
Arthur Handtmann
Sebastian Franz
Stefan Schneider
Franz Prof. Dr. Dr. h.c. Durst
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KW Technologie GmbH and Co KG
Original Assignee
KW Technologie GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by KW Technologie GmbH and Co KG filed Critical KW Technologie GmbH and Co KG
Publication of EP2466112A2 publication Critical patent/EP2466112A2/de
Publication of EP2466112A3 publication Critical patent/EP2466112A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2466112B1 publication Critical patent/EP2466112B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/165—Filtering elements specially adapted in fuel inlets to injector
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/02—Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M55/02—Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • F02M55/025—Common rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/04—Means for damping vibrations or pressure fluctuations in injection pump inlets or outlets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/27—Fuel-injection apparatus with filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/31—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements
    • F02M2200/315—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements for damping fuel pressure fluctuations

Definitions

  • the invention relates to a device for injecting a pressurized fuel fluid into a combustion chamber with a pressure generator, at least one injector with injection opening and a fuel line between the pressure generator and the injector according to the preamble of claim 1.
  • Such devices are used, for example, in internal combustion engines in which clocked under high pressure fuel and metered into the combustion chamber of individual cylinders is injected. Particularly in this application, very short switching times of the injectors and an accurate volume metering of the fuel are advantageous.
  • Damping elements or filters which are formed, inter alia, as a sintered material, metal strips, fibers, tube bundles or fabric.
  • Object of the present invention is therefore to provide a device according to the preamble of claim 1 with an improved damping.
  • a device is characterized in that a length of the damping element oriented in the flow direction of the fuel fluid is substantially between 1 and 100 millimeters.
  • the aligned in the flow direction of the fuel fluid length of the damping element is substantially between 2 and 50 millimeters in size.
  • the latter requirement is primarily for vehicle applications, especially for automotive applications of high relevance.
  • the construction volume of the device or damping unit or injector according to the invention is to be realized as small as possible.
  • comparatively small dampers can be realized with fairly good damping, so that they can be accommodated in modern vehicles with little space available.
  • a cross-sectional diameter of the cross-sectional area and / or a pore diameter of the pores is substantially between 5 and 200 microns in size, preferably substantially between 10 and 100 microns in size.
  • a significantly improved compared to the prior art damping is achieved in that a ratio of a cross-sectional diameter of the cross-sectional area and / or a pore diameter of the pores to aligned in the direction of flow of the fuel fluid length of the damping element is substantially between 2 and 5 microns per millimeter.
  • a cross-sectional diameter of the cross-sectional area and / or the pore diameter of the pores is substantially 10 micrometers and the length of the damping element aligned in the flow direction of the fuel fluid is substantially 2 millimeters.
  • a cross-sectional diameter of the cross-sectional area and / or a pore diameter of the pores is substantially 100 micrometers and the length of the damping element aligned in the flow direction of the fuel fluid is substantially 50 millimeters.
  • the fuel flow through the Damping element can be subdivided into a plurality of partial flows, wherein the partial flows are at least partially reunited in the flow direction behind the damping element.
  • an increased energy dissipation is realized in the damping element, which can be based on different effects.
  • friction and throttle effects play a role.
  • the contact area and the contact time of the fuel fluid with the wall regions of the damping element and thus also the friction are significantly increased by the inventive division of the total flow of the fuel fluid.
  • Due to the increased energy dissipation can be a pulsation, which is caused for example by the switching of an injector, effectively dampen.
  • improved metering of the fuel is possible both in terms of timing and in terms of the amount to be metered.
  • At least two such damping elements are provided, with a flow zone in between, in which the partial flows are at least partially united.
  • the damping effect can be positively influenced.
  • the partial flows are completely reunited behind one and / or between two damping elements.
  • the partial flows are formed completely separated from each other within the damping element.
  • damping element In principle, however, the use of a damping element would be possible in which the partial flows within the damping element are at least partially in communication with each other. By the interaction of the partial flows with each other, the damping element can then be designed in its entirety with regard to the damping effect to be achieved, since the interaction of the partial flows is difficult to detect with respect to their damping effect.
  • the partial flows according to the invention are formed by tubular flow channels.
  • Such tubular flow channels offer by defined boundary conditions such as cross-section, flow length, wall friction, etc. the ability to design the desired damping of a partial flow defined.
  • a plurality of tubular flow channels can also be formed structurally easier.
  • a damping element may include a bundle of elongated elements formed as a hollow body.
  • Such hollow bodies can, for example, by capillaries of different materials, For example, glass capillaries or hollow fibers, but also be formed by small metal tubes or the like.
  • a damping effect can be achieved in particular by wall friction.
  • a bunch of solid bodies such as rods, in particular round rods made of different materials.
  • the outer contour of such rods need not necessarily be round, they can also be otherwise, for example, polygonal design.
  • a defined channel for a partial flow can also be generated by such a measure.
  • phases or beads in individual bodies with a surface-covering cross-section for example, triangular, quadrangular, hexagonal, etc., or even rounded edges of such bodies when forming a bundle can yield defined flow channels in the longitudinal direction.
  • a wound, in particular not flat or corrugated and / or beads and troughs or phases or the like having band element can be provided.
  • This can be arranged as a cylindrical damping element in corresponding lines or pipes.
  • this may be formed in the unwound form in the manner of corrugated cardboard.
  • a damping element is realized by a body with longitudinal bores, which form flow channels for partial flows.
  • an attenuation effect results from the partial flows according to the invention if the cross-sectional diameter of the cross-sectional area and / or a pore diameter of the pores or the average cross-section of the partial flows is less than 200 ⁇ m, for example 80 ⁇ m, preferably less than 40 ⁇ m. It has been found that particularly with such small flow cross-sections, which are in the region of capillaries, a particularly good pulsation damping is possible.
  • the damping in particular in the frequency range of the natural frequencies caused thereby, can be further improved.
  • an arrangement of a damping element according to the invention in the vicinity of an injector or even in the injector makes sense, in order to introduce the damping effect in the immediate vicinity of the place of origin of the pulsation.
  • it is advantageous to construct the damping element at an upstream position with respect to the flow direction of the fuel fluid since in the area of the injectors there is often an extreme lack of space, difficult accessibility and / or other unfavorable conditions.
  • one or more damping elements can be arranged in an unbranched region of the fuel line behind the pressure generator to be ordered.
  • This arrangement has the advantage that, with the same damping elements, the pressure pulsations caused by all the injectors can be damped according to the invention.
  • the fuel line in this area is generally more accessible and usually has a larger cross section in this area. Accordingly, one or more damping elements can be accommodated more easily in this area of the fuel line.
  • a damping unit can be formed from one or more damping elements. This can be used in an advantageous manner as a whole, for example via end connection elements, such as connecting flanges or the like in the fuel line. But such a damping unit can also be designed as an insert or as a separately manageable unit, which is / can be mounted in an advantageous manner in the fuel line or can be inserted.
  • damping units is also advantageous in the region of branch lines of the fuel supply, wherein in the region of the branch lines due to the external conditions and the dimensions of the installation is more difficult to implement and also the damping acts directly on all injectors.
  • a damping unit can also be integrated into this main line, wherein in turn a damping unit is conceivable that via end-side connection elements in the fuel line introduced or inserted as a slot in the main line.
  • the damping unit can also be formed so that between two or more branch lines in the main line one or more damping elements and / or assemblies or bays are arranged so that it is ensured that between two or a plurality of injectors in each case a damping element is arranged and a direct pulse transmission between injectors is suppressed without damping element.
  • a damping unit with a plurality of damping elements is preferably formed so that a flow zone results between the individual damping elements, in which the partial flows are at least partially reunited.
  • At least three damping elements are provided, wherein the third damping element has at least a third, to the first and / or second different material and / or a third, the first and / or the second different structure. It has been shown that with three damping elements according to the invention, almost the entire pressure fluctuation can be damped, without appreciable or without relevant pressure loss behind the dampers according to the invention or the damping unit.
  • superposition effects or interferences can advantageously be combined with friction effects, turbulences or with dissipation or the like, or complementarily or even be mutually reinforcing used.
  • This advantageous effect or effects are enhanced or optimized in that according to the invention between the two damping elements in an advantageous manner, a boundary zone or a transition region, in particular with an effective or effective interface and / or reflection surface is generated, the / a generated to the damping effects of the two damping elements, further or third damping effect.
  • This can be realized, for example, in that two adjacent damping elements each have a contact or contact surface. This means that in this variant of the invention, these two damping elements directly abutting or touching each other or are formed standing in contact with each other.
  • a gap and / or the flow zone between two spaced damping elements is arranged in a particular embodiment of the invention, wherein the gap or the volume of the flow zone substantially between 1 and 10 cubic centimeters is. It has been found that such a volume between two damping elements, which is in particular substantially 1 cubic centimeter in size, generates a special damping effect.
  • standing waves and / or reflections and / or calmer flow conditions may advantageously form in this intermediate space.
  • the combination of the aforementioned variants is e.g. by curved perforated sheets, metal mesh or the like, for example, which touch on the circumference or centrally, but on each other surfaces (slightly) spaced and herein include a gap or cavity.
  • At least one spacer element is provided for defining the distance and / or the volume of the intermediate space between the two damping elements.
  • the size of the gap or the distance can be set exactly or fixed in particular force-locking. This is advantageous for e.g. to promote or generate the formation of standing waves and / or reflections in the gap.
  • a structural unit or damping unit can be provided with at least two damping elements, wherein between the damping elements, the spacer element is arranged and / or wherein a common sleeve or the like determines the distance between the damping elements or defined.
  • the partial flows, within the damping element at least partially communicate with each other. This has an advantageous effect on the damping.
  • At least one of the damping elements comprises a pore-forming material, in particular a sintered material, foam material, fiber material such as fleece or fabric, a bed of loose and / or at least partially fixed or glued to each other, welded individual bodies, or the like.
  • Pore-forming material By using a pore-forming material, there is an energy dissipation in the flow of the fuel fluid which is due to different effects, e.g. based on friction, throttling, etc. Pore-forming material, for example, increases the contact area of the fuel fluid with the surrounding material, resulting in significantly increased friction. In addition, a throttling effect and turbulences are achieved by a cross-sectional reduction. These and other processes provide e.g. for the desired energy dissipation, which dampens in a vibrating system.
  • Such a damping element according to the invention can be realized in different ways.
  • a chamber may be provided which is filled with pore-forming material, which is held together by suitable retaining elements, for example by sieves or the like in the chamber.
  • Another possibility is to make a body from the pore-forming material by bonding the material so that no outer wall is required to hold the pore-forming material in shape.
  • a chamber can be filled with bulk material, whereby a damping element can be realized in a simple manner.
  • bulk material is for example a fiber material or the like in question.
  • a single type of material or a mixture of different materials can be used.
  • Different particle sizes can also be used depending on the application in a mixture of bulk material.
  • a fiber material for filling a chamber for example, structures of metal fibers, such as steel wool or the like are conceivable, which can bring about the desired energy dissipation and also in an environment with very harsh operating conditions with regard to temperature, pressure or the like are usable.
  • a porous sintered body can be used in which a granular material or granules are bonded to a body under high pressure and high temperature.
  • Another variant is to glue corresponding particles or grains together by introducing a corresponding adhesive as a binder in the formation of the body.
  • a felt body with fiber material which can likewise provide the dissipation according to the invention.
  • An open-pore foam can also be used, for example, as a damping body according to the invention.
  • metal foams which have similar properties to sintered bodies are also suitable here.
  • At least one of the damping elements comprises at least one perforated plate and / or at least one braid and / or a plurality of juxtaposed or interlaced strands unit such as a fabric, mesh, mesh, grid, sieve or the like.
  • the individual elements of a damping element such as tubes, rods, wires, braids, sheets or layers may be loosely and / or at least partially bonded or fixed, e.g. Spot welded, glued, soldered, etc., so that no outer wall is required to hold the Dämfungselement or a stack of these individual elements or damping layers in the form and / or installation.
  • At least one of the damping elements comprises at least one stack with a plurality of perforated plates designed as damping layers and / or a plurality of braids and / or a plurality of units having the strands.
  • a single type of material or even a mixture different materials are used for a damping element according to the invention.
  • different structures or individual elements such as sintered material, tube bundles, tissue and / or fiber / wire sizes can be used depending on the application in a conglomerate, mixture or a single damping element according to the invention.
  • metal fibers such as (high-grade) steel, brass, copper wire or corresponding wire ropes or the like are conceivable.
  • Corresponding materials can also be used or combined for the wires or perforated plates.
  • the desired energy dissipation can be effected hereby or, on the other hand, in an environment with very harsh operating conditions with regard to temperature, pressure or the like, these materials or embodiments can be used in an advantageous manner.
  • a porous sintered body can be used in which a granular material or granules are bonded to a body under high pressure and high temperature.
  • glue corresponding particles or grains together by introducing a corresponding adhesive as a binder in the formation of the body.
  • a felt body with fiber material which likewise can provide the damping or dissipation according to the invention.
  • An open-pore foam can also be used, for example, as a damping body according to the invention.
  • metal foams which have similar properties to sintered bodies are also suitable here.
  • a fuel filter is also provided in the flow direction before at least one damping element, a fuel filter.
  • the fuel filter is mounted in front of the first flow-through damping element in order to retain or remove disturbing particles or contaminants before they pass into a damping element.
  • the risk of clogging a damping element is reduced or completely avoided.
  • such a fuel filter can also already be arranged upstream of the pressure generator in the flow direction.
  • a pulsation damping according to the invention can advantageously be combined with one or more surge tanks.
  • One or more surge tanks communicating with the fuel line can provide as constant a pressure as possible in the fuel line.
  • Such surge tank which usually have a membrane or a piston, the liquid and thus largely incompressible pressurized fuel fluid separates from a chamber in which a compressible medium, usually a gaseous fluid, such as air or the like under pressure is arranged, for example, can compensate for fluctuations in a fuel pump.
  • a compressible medium usually a gaseous fluid, such as air or the like under pressure
  • such a surge tank can further improve the pulsation damping.
  • a fuel line 1 according to FIG. 1 comprises a main line 2, branch off from the various branch lines 3.
  • Each branch line 3, 4, 5, 6 serves to supply fuel to an injector of an internal combustion engine.
  • the main line 2 can be extended at its end no longer shown in the drawing, so that any further number of branch lines can follow.
  • each branch line 3 4, 5, 6, a damping element 7, 8 is used, which is flowed through by the fuel stream. Due to the advantageous, in particular (different) stacked construction of the damping elements, the o. A. Energy dissipation and thus also the particularly advantageous pulsation damping allows.
  • a damping unit 11 which is inserted into the main line 2.
  • a damping unit 11 that it can be handled separately in an advantageous manner and, for example, independently of other components can be tested or tested and finally installed or mounted in the Brennstpoffsystem and possibly dismantled or again at Need can be exchanged.
  • a total length L D of the damping unit 11, 21, but above all a distance A between two adjacent damping elements or stack 17, 18, 19, 20 and thus at a given pipe inner diameter of the assembly 11, 21 corresponding to a distance volume V exactly adjustable. This is for the attenuation or the setting of the frequencies to be attenuated or of the frequency spectrum to be attenuated special meaning.
  • a diameter D (see. FIG. 3 ) of openings 28 and pores 28 and capillaries 28 for the damping effect of importance.
  • damping unit 11, 21 In a further variant of the invention, e.g. certainly also three or four damping elements 17, 18, 19, 20 are integrated or mounted in a damping unit 11, 21.
  • the total length L D of the damping unit 11, 21 is twice as long as the length of the interior space from an injector nozzle to the injector outlet.
  • the volume V is (at least) about 1 cubic centimeter in size.
  • a length L of the damping element or stack 17, 18, 19, 20 is preferably about 2 to 50 millimeters in size.
  • the damping unit 11 comprises an axially flow-through pipe, which is separated at different points, so that at these points, a radial flow is possible. Shown in the tube 12 of the damping unit 11 by way of example three radial openings, which serve the inflow or outflow of fuel fluid.
  • the radial openings 13, 14 are in communication with the branch pipes 5, 6, so that fuel fluid from the inside of the pipe 12 of the damping unit 11 can flow in these branch pipes in the radial direction.
  • the radial opening 15 is in communication with a supply line 16 which is connected to a pressure generator, not shown.
  • damping elements 17, 18, which are preferably constructed as a stack 20 of a plurality of perforated plates 48 and / or (ordered) braid layers or fabric layers 47.
  • FIG. 8 is schematically illustrated such a layering in two different variants.
  • FIG. 8a an ordered layering of eg perforated plates 48 or fabrics 47 is shown.
  • the openings 28 or pores 28 are arranged substantially one above the other or in such a way that (almost rectilinear) Channels are generated.
  • FIG. 8a an ordered layering of eg perforated plates 48 or fabrics 47 is shown.
  • the openings 28 or pores 28 are arranged substantially one above the other or in such a way that (almost rectilinear) Channels are generated.
  • the layers or layers or damping layers are arranged offset (transversely) in such a way that the fuel fluid does not have to flow through in a straight line, but rather through a very branched pore system through the damping element or the stack 20. Accordingly, the effective channel path increases in comparison to the straight-line flow according to FIG. 8a ,
  • damping elements can be used for example in a so-called common rail system.
  • the fuel is fed via the pressure generator through the supply line 16 into the main line 2 and can propagate there in both axial directions of the main line 2.
  • the fuel flows through a respective damping element 17, 18, wherein the energy dissipation occurs and pulsations are damped.
  • branch off branch lines 3, 4, 5, 6, which serve to supply fuel fluid to the individual injectors or cylinders of an internal combustion engine.
  • the damping elements 7, 8, 9, 10 in these branch lines 3, 4, 5, 6 are in turn stacked according to the invention and in particular stacked to cause the energy dissipation, which acts to damp pulsations.
  • Damping elements are housed both in the main line and in the branch lines. Since the fuel supply is to be regarded as an overall system, depending on the application, a sufficient damping can already be achieved with arrangements in which damping elements are arranged only in the main line or only in the branch lines.
  • FIG. 2 shows a variant in which a damping unit 21 is inserted as a slot in a fuel line 22, comprising two damping elements 23, 24, between which a gap 25 is formed as a flow zone without a perforated plate and / or a braid / fabric.
  • the stack 19, 20 indicated by a plurality of perforated plates and / or braid / fabric layers.
  • the damping elements 23, 24 are mounted in a support tube 26, so that the damping unit 21 can be handled as a complete unit.
  • a damping unit according to FIG. 2 For example, instead of the damping elements in FIG. 1 be used.
  • the combination of two damping elements 23, 24 with the intermediate space 25 has already shown an improved damping effect compared to the pure accumulation of the damping effect of the individual damping elements 23, 24.
  • the execution according to FIG. 2 can be further expanded to the effect that further damping elements and other spaces are combined in one unit.
  • FIG. 3 shows a section of a Lohblech 27 with a circular cross section, wherein numerous holes 28 are provided. These holes 28 can be drilled, stamped, lasered or made comparable. As a stack 20 (see, eg Fig. 4 ) is advantageous if the holes 28 are at least partially offset in the transverse direction to the perforated plate 27 and to the flow direction of the fluid or overlap only partially.
  • FIG. 4 shows a principle according to the embodiment according to FIG. 2 corresponding variant of a damping element 29 with a multilayer stack 20.
  • the damping element 29 is directly usable in an injector.
  • a large central bore 30, which can be penetrated by a needle of a needle valve of an injector.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of such an injector 31.
  • the injector 31 shows a nozzle housing 32 with a nozzle opening 33.
  • a fuel line 34 into which a damping element 29 according to FIG. 4 is used.
  • the damping element 29 is penetrated by a nozzle needle 35 which can seal with its tip 36 against a valve seat 37 and the Nozzle opening 33 closes or opens.
  • the injector can control the injection process by axial movement of the nozzle needle 35 both in terms of the time course and thereby also with regard to the injected fuel volume.
  • the fuel flow through the damping element 29 experiences an energy dissipation.
  • the central bore 30 of the annular damping element 29 is thereby closed by the nozzle needle 35 so that only the path through stack 20 remains for the fuel fluid.
  • the damping effect according to the invention is generated directly at the point of origin of the pulsation in the vicinity of the nozzle opening 33.
  • annular damping elements 29 may in multiple versions with gaps corresponding to the gap 25 according to the embodiment according to FIG. 3 can be used to further increase the damping effect.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a damping element 17, 18. It comprises a base body in which many small longitudinal bores 28 are mounted. The longitudinal bores 28 are formed continuously. In each longitudinal bore 28 may therefore form a partial flow, which contributes to the invention damping.
  • damping elements for example, with a damping element 17 according to FIG. 2 partly replaced or combined used.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a common rail system 38 with a commonly referred to as "common rail" main line 39, from the two branch lines 40, 41 depart in the illustrated case.
  • the branch lines 40, 41 lead to injectors 42, 43.
  • the injector 42 is in operation, as indicated by dashed lines, which are intended to represent sprays of injected fuel.
  • Damping units 45, 46 according to the invention are arranged upstream of the injectors 42, 43.
  • the damping units can be used as simple, preferably stacked or multi-layer damping elements, such as the damping element according to FIG. 4 or 6 or 8 or as a multi-stage, in particular two-stage damping unit according to the damping unit 21 according to the embodiment according to FIG. 2 be educated.
  • the arrangement of the damping units 45, 46 leads as well as an integration of a damping element in the injector, as in the embodiment according to FIG. 7 is provided with the damping element 29, to the fact that pulsations that are triggered by an injector, can be largely decoupled from the overall system.
  • the injector 42 is active, ie it triggers corresponding pulsations, which are, however, largely attenuated in the damping unit 45, so that the total system located upstream of the damping unit 45 in the flow direction is largely uncoupled from the pulsations of the injector 42.
  • This means that in the temporal sequence of the injector 43 can be operated without being affected by previously caused by the injector 42 pulsations.
  • a more accurate metering of fuel in particular with regard to the injection pressure and the metered amount is possible.
  • damping elements and damping arrangements possible.
  • a construction according to FIG. 3 can also be flexible. Fibers are achieved, both variants with fibers of solid material and hollow fibers are conceivable. These are in FIG. 9 further variants shown.
  • FIG. 9 Variants shown for example, have individual openings 28 or capillary 28 or channels 28, which can also be joined together to capillary bundles.
  • the capillary is produced by mechanical processing (for example drilling, erosion, lasers), by forming (for example, large tubes are rolled and drawn until they reach the desired diameter), are formed in the original way (for example by casting, injection molding) or built ( eg by layers of several perforated plates / sheets).
  • the individual capillaries 28 can be connected to one another to form a bundle by being welded or glued to the contact surfaces ( FIG. 9 a) or with a fuel-resistant material 99 (Ex: PPE, Lauramid) are cast ( FIG. 9 b) ,
  • a carrier sleeve 12 or tube 12 (FIG. FIG. 9c) in which the individual capillary 28 or tubes 28 are introduced, can also be used.
  • the volume can be adjusted in special cases by a spacer sleeve.
  • a bundle of solid tubes or wire 98 or the like (US Pat. FIG. 9 d) be used.
  • holes 28 can be etched in plates 27 to produce perforated plates, which then stacked on each other in an advantageous manner, possibly again give a capillary bundle.
  • long channels / lines can be etched along the surface of a plate. If you place two of these plates with the etched side together, you will also get capillaries. Thus, various combinations of the production methods with one another are also conceivable for the production of capillaries.
  • capillaries can be generated by nanotubes and microstructures.
  • the advantageous diameter of a pore or capillary is 10 .mu.m-40 .mu.m in order to advantageously avoid contamination or clogging and to achieve good damping.
  • both similar, preferably (different) stacked as well as various damping elements, such as fabric combined with grid and / or tube bundles or perforated plates, are combined in one device.
  • FIG. 10 something illustrated.
  • FIG. 10a shows a Durckverlauf without damping elements and FIG. 10b with damping.
  • FIG. 10a The fast closing of the injector after the injection process generates pressure pulsations ( FIG. 10a ) These are transmitted through the fluid in the rail or pipe. If several injectors are connected to the same line or rail, they also experience the pressure pulsations from the closing injector. The generated pressure pulsations behave similarly to a sinusoidal oscillation. Depending on the time interval, a wide variety of pressures are thus present in front of the injector injector, which makes precise, reproducible minimum quantity injection impossible in order to reduce pollutant emissions ( FIG. 11 ).
  • An advantageous damping element preferably between the pressure generator and the injection opening of an injector is provided according to a variant of the invention in an advantageous manner, wherein the fuel flow is divided by the damping element, esp.
  • the damping element esp.
  • the tissue pores and / or holes of the perforated plates in a plurality of partial streams and wherein in the flow direction behind the damping element, the partial flows at least partially are reunited.
  • an increased energy dissipation is realized in the damping element, which can be based on different effects.
  • friction and throttle effects play a role.
  • the contact area and the contact time of the fuel fluid with the wall regions of the damping element and thus also the friction are significantly increased by the inventive division of the total flow of the fuel fluid.
  • a damping element or a damping unit which / divides the fuel into a plurality of partial flows and reunited after the damping element and / or at least two mutually spaced damping elements are provided, wherein there is a flow zone in which the partial flows reunite.
  • damping units with combinations of ordered wire mesh and / or bulk material and / or wire mesh, in this case, the number of any layer / layer can be varied as desired.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Einspritzen eines unter Druck stehenden Brennstofffluids in einen Brennraum mit einem Druckerzeuger, wenigstens einem Injektor mit Einspritzöffnung und einer Brennstoffleitung zwischen dem Druckerzeuger und dem Injektor, wobei wenigstens ein Dämpfungselement zwischen dem Druckerzeuger und der Einspritzöffnung des Injektors vorgesehen ist, wobei das Dämpfungselement wenigstens einen Strömungsweg mit frei durchströmbarer, einen Querschnittsdurchmesser aufweisende Querschnittsfläche und/oder mit frei durchströmbaren, einen Porendurchmesser aufweisende Poren umfasst, vorgeschlagen. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass eine in Strömungsrichtung des Brennstofffluids ausgerichtete Länge des Dämpfungselementes im Wesentlichen zwischen 1 und 100 Millimetern groß ist und/oder dass der Querschnittsdurchmesser der Querschnittsfläche und/oder der Porendurchmesser der Poren im Wesentlichen zwischen 5 und 200 Mikrometern groß ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspritzen eines unter Druck stehenden Brennstofffluids in einen Brennraum mit einem Druckerzeuger, wenigstens einem Injektor mit Einspritzöffnung und einer Brennstoffleitung zwischen dem Druckerzeuger und dem Injektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise bei Verbrennungsmotoren verwendet, in denen unter hohem Druck stehender Brennstoff getaktet und dosiert in den Brennraum einzelner Zylinder eingespritzt wird. Insbesondere bei dieser Anwendung sind sehr kurze Schaltzeiten der Injektoren und eine genaue Volumendosierung des Brennstoffs von Vorteil.
  • Durch das Schalten der Injektoren werden Druckpulse erzeugt, die zu unerwünschten Schwingungen im Brennstoff in der Brennstoffleitung führen und die die Dosierung des Brennstoffs sowohl im Zeitablauf als auch im Hinblick auf die zu dosierenden Mengen stören können.
  • Zu diesem Zweck sind bereits Pulsationsdämpfer für Kraftstoff in Kraftstoffversorgungssystemen einer Brennkraftmaschine bekannt geworden, wie sie beispielsweise in der DE 195 16 358 Cl beschrieben sind.
  • Zudem sind z.B. aus der DE 102 47 775 B4 oder US 4,356,091 Dämpfungselemente bzw. Filter bekannt, die u.a. als Sintermaterial, Blechstreifen, Fasern, Rohrbündel oder Gewebe ausgebildet sind.
  • Es hat sich jedoch gezeigt, dass hiermit die Dämpfung einerseits nur in einem bestimmten, engen Frequenzbereich gedämpft werden kann. Andererseits können die auftretenden Druckpulsationen bzw. Druckwellen im Allgemeinen nur unbefriedigend gedämpft werden. So ist eine sehr exakte Dosierung der Einspritzung, insbesondere bei mehreren, kurzzeitigen und kurz hintereinander stattfindenden Einspritzphasen mit sehr kleinen Mengen nur bedingt möglich. Dies führt zu einer nicht optimalen Verbrennung mit entsprechend erhöhtem Brennstoffverbrauch und nachteiligen Schadstoffemissionen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einer verbesserten Dämpfung zu schaffen.
  • Dieser Aufgabe wird jeweils durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Durch die in den abhängigen Unteransprüchen genannten Merkmale sind vorteilhafte Ausführen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
  • Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, dass eine in Strömungsrichtung des Brennstofffluids ausgerichtete Länge des Dämpfungselementes im Wesentlichen zwischen 1 und 100 Millimeter groß ist. Vorzugsweise ist die in Strömungsrichtung des Brennstofffluids ausgerichtete Länge des Dämpfungselementes im Wesentlichen zwischen 2 und 50 Millimetern groß. In zahllosen Versuchen und umfangreichen Simulationen hat es sich überraschender Weise gezeigt, dass eine derartige Länge des Dämpfungselementes ein Optimum in Bezug auf die gegensätzlichen Anforderungen wie (möglichst große) Dämpfungswirkung, (möglichst geringe) Druckminderung und (möglichst wenig) Platzbedarf darstellt. Die beiden erstgenannten Anforderungen sind vor allem bzgl. des exakten und effektiven Brennstoffmanagements von wesentlicher Bedeutung.
  • Die letztgenannte Anforderung ist vor allem für Fahrzeuganwendungen, insbesondere für Automobilanwendungen von hoher Relevanz. Um den beengten Platzverhältnissen z.B. bei Fahrzeug-, insbesondere Automobil-Anwendungen genüge zu tun, ist das Bauvolumen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Dämpfungseinheit bzw. Injektors möglichst klein zu realisieren. Gemäß der Erfindung können vergleichsweise kleine Dämpfer mit recht guter Dämpfung verwirklicht werden, um auch in modernen Fahrzeugen mit wenig Platzangebot untergebracht werden zu können.
  • Gemäß der Erfindung ist ein Querschnittsdurchmesser der Querschnittsfläche und/oder ein Porendurchmesser der Poren im Wesentlichen zwischen 5 und 200 Mikrometern groß, vorzugsweise im Wesentlichen zwischen 10 und 100 Mikrometern groß. Auch hier hat es sich in zahlreichen Versuchen gezeigt, dass diese Größenbereiche von besonderem Vorteil sind, um den vielfältigen und zum Teil konträren Anforderungen (siehe oben) genüge zu tun.
  • Eine im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich verbesserte Dämpfung wird dadurch erreicht, dass ein Verhältnis von einem Querschnittsdurchmesser der Querschnittsfläche und/oder ein Porendurchmesser der Poren zur in Strömungsrichtung des Brennstofffluids ausgerichtete Länge des Dämpfungselementes im Wesentlichen zwischen 2 und 5 Mikrometer pro Millimeter ist.
  • Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist zum Beispiel ein Querschnittsdurchmesser der Querschnittsfläche und/oder der Porendurchmesser der Poren im Wesentlichen 10 Mikrometer und die in Strömungsrichtung des Brennstofffluids ausgerichtete Länge des Dämpfungselementes im Wesentlichen 2 Millimeter groß. Zum andern ist zum Beispiel ein Querschnittsdurchmesser der Querschnittsfläche und/oder ein Porendurchmesser der Poren im Wesentlichen 100 Mikrometer und die in Strömungsrichtung des Brennstofffluids ausgerichtete Länge des Dämpfungselementes im Wesentlichen 50 Millimeter groß. Diese Dimensionierungen haben sich in den Versuchen besonders hervorgehoben.
  • Vorzugsweise ist der Brennstoffstrom durch das Dämpfungselement in eine Vielzahl von Teilströmen unterteilbar, wobei in Strömungsrichtung hinter dem Dämpfungselement die Teilströme wenigstens teilweise wiedervereint sind. Durch die Aufteilung des Gesamtsstroms der Brennstoffmenge in Teilströme wird eine erhöhte Energiedissipation in dem Dämpfungselement realisiert, die auf unterschiedlichen Effekten beruhen kann. Dabei spielen insbesondere Reibungs- und Drosseleffekte eine Rolle. So werden beispielsweise durch die erfindungsgemäße Aufteilung des Gesamtstroms des Brennstofffluids die Kontaktfläche und die Kontaktzeit des Brennstoffluids mit den wandungsbereichen des Dämpfungselements und somit auch die Reibung erheblich vergrößert. Durch die erhöhte Energiedissipation lässt sich eine Pulsation, die beispielsweise durch das Schalten eines Injektors verursacht wird, wirkungsvoll dämpfen. Infolgedessen ist eine verbesserte Dosierung des Brennstoffs sowohl hinsichtlich des zeitlichen Ablaufs als auch im Hinblick auf die zu dosierende Menge möglich.
  • Vorzugsweise werden wenigstens zwei derartiger Dämpfungselemente vorgesehen, wobei sich dazwischen eine Strömungszone befindet, in der die Teilströme wenigstens teilweise vereint sind.
  • Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass eine solche Anordnung zweier oder mehrerer Dämpfungselemente mit einem oder mehreren dazwischen liegenden Zwischenbereichen vereinter Teilströme einen Dämpfungseffekt bewirkt, der über die bloße Kumulation der Wirkung einzelner Dämpfungselemente hinausgeht. Ein Volumen des Zwischenbereichs zwischen zwei Dämpfungselementen > 0,5 cm3, z. B. von ca. 1 cm3 bis 2 cm3 hat sich bereits als vorteilhaft erwiesen.
  • Durch die Anpassung der Länge und des Querschnitts des Zwischenbereichs zwischen den Dämpfungselementen kann die Dämpfungswirkung positiv beeinflusst werden. Insbesondere kann dabei eine Abstimmung auf Eigen- bzw. Resonanzfrequenzen der Pulsationen erfolgen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Teilströme hinter einem und/oder zwischen zwei Dämpfungselementen wieder vollständig vereint. Zum einen ergibt sich hierdurch ein besonders einfacher konstruktiver Aufbau der Vorrichtung, indem alle Teilströme hinter dem Dämpfungselement offen ausmünden können, zum anderen hat sich gezeigt, dass mit einem derartigen Aufbau eine besonders gute Dämpfung von Druckpulsationen erzielbar ist.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung werden die Teilströme innerhalb des Dämpfungselementes vollständig voneinander getrennt ausgebildet. Durch diese Maßnahme ist eine definierte Dämpfung für jeden einzelnen Teilstrom zu erzielen, ohne das eine Wechselwirkung der Teilströme innerhalb des Dämpfungselementes stattfindet.
  • Grundsätzlich wäre jedoch auch die Verwendung eines Dämpfungselementes möglich, bei dem die Teilströme innerhalb des Dämpfungselementes wenigstens teilweise miteinander in Verbindung stehen. Durch die Wechselwirkung der Teilströme untereinander kann das Dämpfungselement dann in seiner Gesamtheit im Hinblick auf die zu erzielende Dämpfungswirkung ausgelegt werden, da die Wechselwirkung der Teilströme untereinander hinsichtlich ihrer Dämpfungswirkung nur schwer erfassbar ist.
  • Vorteilhafterweise werden die erfindungsgemäßen Teilströme durch rohrförmige Strömungskanäle gebildet. Derartige rohrförmige Strömungskanäle bieten durch definierte Randbedingungen wie Querschnitt, Strömungslänge, Wandreibung, usw. die Möglichkeit, die gewünschte Dämpfung eines Teilstroms definiert auszugestalten. Darüber hinaus kann eine Vielzahl rohrförmiger Strömungskanäle auch konstruktiv leichter gebildet werden.
  • So kann ein Dämpfungselement beispielsweise ein Bündel langgestreckter Elemente beinhalten, die als Hohlkörper ausgebildet sind. Derartige Hohlkörper können beispielsweise durch Kapillaren aus unterschiedlichsten Materialen, beispielsweise Glaskapillaren oder Hohlfasern, aber auch durch kleine Metallrohre oder der gleichen gebildet sein. Je nach Außenkontur derartiger langgestreckter Elemente bilden sich bei der Bildung eines Bündels auch rohrförmige Zwischenräume zwischen den Außenwänden dieser Elemente. Sowohl in den Hohlräumen der Hohlkörper als auch in den durch mehrere Körper gebildeten Zwischenräumen kann eine dämpfende Wirkung insbesondere durch Wandreibung erzielt werden.
  • Die Nutzung der Zwischenräume zwischen derartigen langgestreckten Elementen ist darüber hinaus auch durch ein Bündel von Vollkörpern, beispielsweise von Stäben, insbesondere Rundstäben aus unterschiedlichen Materialen möglich. Die Außenkontur derartiger Stäbe muss nicht zwingend rund sein, sie kann auch anderweitig, beispielsweise polygonförmig ausgebildet werden. Je nach Außenkontur kann auch durch eine solche Maßnahme ein definierter Kanal für einen Teilstrom erzeugt werden. So können beispielsweise Phasen oder Sicken in Einzelkörpern mit einem flächendeckenden Querschnitt, beispielsweise dreieckförmig, viereckförmig, sechseckförmig, usw. oder auch abgerundete Kanten derartiger Körper beim Bilden eines Bündels definierte Strömungskanäle in Längsrichtung ergeben.
  • Auch kann ein aufgewickeltes, insbesondere nicht ebenes bzw. gewelltes und/oder Sicken und Mulden bzw. Phasen oder dergleichen aufweisendes Bandelement vorgesehen werden. Dies kann als zylinderförmiges Dämpfungselement in entsprechende Leitungen bzw. Rohre angeordnet werden. Beispielsweise kann dies in der nicht aufgewickelten Form in der Art von Wellpappe ausgebildet sein. Mit diesen Maßnahmen können auch vorteilhafte Durchgangskanäle bzw. in Strömungsrichtung ausgerichtete Kanäle realisiert werden, durch die entsprechende Teilströme gemäß der Erfindung hindurchströmen.
  • In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Dämpfungselement durch einen Körper mit Längsbohrungen realisiert, die Strömungskanäle für Teilströme bilden. Besonders vorteilhaft ergibt sich eine Dämpfungswirkung durch die erfindungsgemäßen Teilströme dann, wenn der Querschnittsdurchmesser der Querschnittsfläche und/oder ein Porendurchmesser der Poren bzw. der durchschnittliche Querschnitt der Teilströme kleiner als 200 µm, z.B. 80 µm, vorzugsweise kleiner als 40 µm ist. Es hat sich gezeigt, dass gerade bei derart kleinen Strömungsquerschnitten, die im Bereich von Kapillaren liegen, eine besonders gute Pulsationsdämpfung möglich ist. Durch vorteilhafte, erfindungsgemäße Anpassung der Länge und/oder der Querschnitte der Teilströme kann die Dämpfung, insbesondere im Frequenzbereich der dadurch bedingten Eigenfrequenzen, weiter verbessert werden.
  • Grundsätzlich ist eine Anordnung eines erfindungsgemäßen Dämpfungselementes in der Nähe eines Injektors oder gar in dem Injektor durchaus sinnvoll, um in unmittelbarer Nähe des Entstehungsortes der Pulsation die dämpfende Wirkung einzubringen. Konstruktiv ist jedoch von Vorteil, das Dämpfungselement an vorgeordneter Position in Bezug auf die Strömungsrichtung des Brennstofffluids anzuordnen, da im Bereich der Injektoren häufig ein extremer Platzmangel, eine schwere Zugänglichkeit und/oder weitere ungünstige Bedingungen herrschen.
  • Darüber hinaus werden insbesondere bei Verbrennungsmotoren in der Regel mehrere Injektoren eingesetzt, um unterschiedliche Zylinder mit Brennstoff zu versorgen. Häufig wird dabei eine gemeinsame Brennstoffleitung verwendet, die Verzweigungen zur Versorgung mehrerer Injektoren aufweist. Weiterhin wird bei derartigen Vorrichtungen häufig eine Hauptleitung vorgesehen, von der aus in bestimmten Abständen Zweigleitungen zu verschiedenen Injektoren abzweigen. Diese Anordnung entspricht beispielsweise dem Aufbau von sogenannten Common-Rail-Einspritzanlagen.
  • In einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung können dabei ein oder mehrere Dämpfungselemente in einem unverzweigten Bereich der Brennstoffleitung hinter dem Druckerzeuger angeordnet werden. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass mit den gleichen Dämpfungselementen die Druckpulsationen, die durch alle Injektoren verursacht werden, erfindungsgemäß gedämpft werden können. Darüber hinaus ist die Brennstoffleitung in diesem Bereich in der Regel besser zugänglich und weist in diesem Bereich in der Regel auch einen größeren Querschnitt auf. Demnach können ein oder mehrere Dämpfungselemente in diesem Bereich der Brennstoffleitung einfacher untergebracht werden.
  • Vorteilhafterweise kann aus einem oder mehreren Dämpfungselementen eine Dämpfungseinheit gebildet werden. Diese kann in vorteilhafter Weise als ganzes, beispielsweise über endseitige Anschlusselemente, wie Anschlussflansche oder dergleichen in die Brennstoffleitung eingesetzt werden. Eine solche Dämpfungseinheit kann aber auch als Einsatz bzw. als separat handhabbare Baueinheit ausgebildet werden, der/die in vorteilhafter Weise in die Brennstoffleitung montierbar ist bzw. eingeschoben werden kann.
  • Die Ausgestaltung derartiger Dämpfungseinheiten ist bevorzugt auch im Bereich von Zweigleitungen der Brennstoffzufuhr von Vorteil, wobei im Bereich der Zweigleitungen aufgrund der äußeren Bedingungen sowie der Dimensionierung der Einbau schwieriger zu realisieren ist und zudem die Dämpfung unmittelbar auf alle Injektoren wirkt.
  • Andererseits kann durch Dämpfung im Bereich der Zweigleitungen das Gesamtsystem von den durch einen bestimmten Injektor hervorgerufenen Pulsationen weitgehend abgekoppelt werden. Daher kann es je nach Anwendungsfall auch besonders vorteilhaft sein, insbesondere in einer solchen Zweigleitung einem Injektor ein oder mehrere Dämpfungselemente unmittelbar vorzuordnen.
  • Im Falle einer Hauptleitung wie oben angeführt kann eine Dämpfungseinheit auch in diese Hauptleitung integriert werden, wobei wiederum eine Dämpfungseinheit denkbar ist, die über endseitige Anschlusselemente in die Brennstoffleitung eingebracht oder als Einschub in die Hauptleitung eingelegt wird.
  • Insbesondere bei der Anordnung als Einschub bzw. separat handhabbare Baueinheit kann die Dämpfungseinheit auch so gebildet werden, dass zwischen zwei oder mehreren Zweigleitungen in der Hauptleitung jeweils ein oder mehrere Dämpfungselemente und/oder Baueinheiten bzw. Einschübe angeordnet werden, sodass sichergestellt ist, dass zwischen zwei oder mehreren Injektoren jeweils ein Dämpfungselement angeordnet ist und eine direkte Pulsübertragung zwischen Injektoren ohne Dämpfungselement unterbunden ist.
  • Eine Dämpfungseinheit mit mehreren Dämpfungselementen wird bevorzugt so ausgebildet, dass sich zwischen den einzelnen Dämpfungselementen eine Strömungszone ergibt, in dem die Teilströme wenigstens teilweise wiedervereint sind.
  • Bei Verwendung mehrer erfindungsgemäßer Dämpfungselemente können dabei alle Dämpfungselemente vom gleichen Typ, d.h. nur ein Material bzw. nur eine einzige Struktur/Art sein. Der vorteilhafte Einsatz (völlig) unterschiedlich aufgebauter bzw. strukturierter Dämpfungselemente ist jedoch von besonderem Vorteil.
  • Vorteilhafterweise sind wenigstens drei Dämpfungselemente vorgesehen, wobei das dritte Dämpfungselement wenigstens ein drittes, zum ersten und/oder zum zweiten verschiedenes Material und/oder eine dritte, zur ersten und/oder zum zweiten verschiedene Struktur aufweist. Es hat sich gezeigt, dass mit drei Dämpfungselementen gemäß der Erfindung nahezu die gesamte Druckschwankung gedämpft werden kann, ohne nennenswerten bzw. ohne relevanten Druckverlust hinter den erfindungsgemäßen Dämpfern bzw. der Dämpfungseinheit.
  • Grundsätzlich können gemäß der Erfindung zum Beispiel Oberlagerungseffekte bzw. Interferenzen in vorteilhafter Weise mit Reibungseffekten, Turbulenzen bzw. mit Dissipation oder dergleichen kombiniert bzw. sich ergänzend oder gar gegenseitig verstärkend eingesetzt werden.
  • Diese vorteilhafte Wirkung bzw. Effekte werden dadurch verstärkt bzw. optimiert, dass gemäß der Erfindung zwischen den zwei Dämpfungselementen in vorteilhafter Weise eine Grenzzone bzw. ein Übergangsbereich, insbesondere mit einer wirksamen bzw. effektiven Grenzfläche und/oder Reflexionsfläche, generiert wird, die/der eine zu den Dämpfungswirkungen der beiden Dämpfungselemente, weitere bzw. dritte Dämpfungswirkung generiert. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass zwei benachbarte Dämpfungselementen jeweils eine Berührungs- bzw. Kontaktfläche aufweisen. Das bedeutet, dass bei dieser Variante der Erfindung diese beiden Dämpfungselemente unmittelbar aneinanderstoßend bzw. sich berühren bzw. in Kontakt miteinander stehend ausgebildet sind.
  • Durch die Ausbildung dieser wirksamen Grenzzone bzw. des Übergangsbereichs zwischen zwei benachbarten Dämpfungselementen wird bereits eine dreistufige Dämpfung verwirklicht werden.
  • Alternativ oder auch in Kombination zur vorgenannten Variante mit direktem Kontakt der Dämpfungselemente ist in einer besonderen Weiterbildung der Erfindung zwischen zwei voneinander beabstandeten Dämpfungselementen ein Zwischenraum und/oder die Strömungszone angeordnet, wobei der Zwischenraum oder das Volumen der Strömungszone im Wesentlichen zwischen 1 und 10 Kubikzentimeter groß ist. Es hat sich gezeigt, dass ein derartiges Volumen zwischen zwei Dämpfungselementen, das insbesondere im Wesentlichen 1 Kubikzentimeter groß ist, eine besondere Dämpfungswirkung generiert.
  • Darüber hinaus ist von Vorteil, um die beengten Platzverhältnisse z.B. bei Fahrzeug-, insbesondere Automobil- Anwendungen genüge zu tun, das Volumen des Zwischenraums möglichst klein bzw. im Wesentlichen 1 Kubikzentimeter groß auszubilden. Hiermit können vergleichsweise kleine Dämpfer mit recht guten Dämpfungswirkungen erreicht werden. So werden besonders auch Injektoren bzw. Dämpfungseinheiten realisierbar, die relativ klein sind und gut auch in moderne Fahrzeuge mit wenig Platzangebot untergebracht werden können.
  • In diesem Zwischenraum können sich unter Umständen in vorteilhafter Weise stehende Wellen und/oder Reflexionen und/oder sich beruhigtere Strömungsverhältnisse ausbilden. Die Kombination der zuvor genanten Varianten wird z.B. durch gebogene Lochbleche, Metallgewebe oder dergleichen realisierbar, die sich beispielsweise am Umfang oder mittig berühren, jedoch an jeweils anderen Oberflächen (etwas) beabstandet sind und hierin einen Zwischenraum bzw. Hohlraum einschließen.
  • Vorzugsweise ist wenigstens ein Abstandselement zum Festlegen des Abstands und/oder des Volumens des Zwischenraums zwischen den beiden Dämpfungselementen vorgesehen. Hiermit kann die Größe des Zwischenraums bzw. des Abstandes exakt, insbesondere kraftschlüssig eingestellt bzw. festgelegt werden. Dies ist von Vorteil, um z.B. die Bildung von stehenden Wellen und/oder Reflexionen im Zwischenraum zu begünstigen bzw. zu generieren. So kann auch eine Baueinheit bzw. Dämpfungseinheit mit mindestens zwei Dämpfungselementen vorgesehen werden, wobei zwischen den Dämpfungselementen das Abstandelement angeordnet ist und/oder wobei eine gemeinsame Hülse oder dergleichen den Abstand zwischen den Dämpfungselementen festlegt bzw. definiert.
  • Vorzugsweise stehen die Teilströme, innerhalb des Dämpfungselementes wenigstens teilweise miteinander in Verbindung. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Dämpfung aus.
  • Vorteilhafterweise umfasst wenigstens eines der Dämpfungselemente ein porenbildendes Material, insbesondere ein Sintermaterial, Schaummaterial, Fasermaterial wie Flies oder Gewebe, eine Schüttung aus losen und/oder wenigstens teilweise miteinander fixierten bzw. geklebten, verschweißten Einzelkörpern, oder dergleichen.
  • Durch die Verwendung eines porenbildenden Materials ergibt sich in der Strömung des Brennstofffluids eine Energiedissipation, die auf unterschiedlichen Effekten, z.B. auf Reibung, Drosselung usw. basiert. Porenbildendes Material vergrößert beispielsweise die Kontaktfläche des Brennstofffluids mit dem umgebenden Material, sodass eine deutlich vergrößerte Reibung erzeugt wird. Darüber hinaus wird durch eine Querschnittsverminderung auch ein Drosseleffekt und Verwirbelungen erzielt. Diese und andere Vorgänge sorgen z.B. für die gewünschte Energiedissipation, die in einem schwingenden System dämpfend wirkt.
  • Ein derartiges erfindungsgemäßes Dämpfungselement kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden. So kann beispielsweise eine Kammer vorgesehen werden, die mit porenbildenden Material gefüllt ist, das durch geeignete Rückhalteelemente, beispielsweise durch Siebe oder dergleichen in der Kammer zusammengehalten wird.
  • Eine andere Möglichkeit besteht darin, aus dem porenbildenden Material einen Körper herzustellen, indem das Material gebunden ist, sodass keine äußere Wandung erforderlich ist, um das porenbildende Material in Form zu halten.
  • In einer Variante eines Dämpfungselementes kann beispielsweise eine Kammer mit Schüttmaterial gefüllt werden, wodurch ein Dämpfungselement auf einfache Weise verwirklicht werden kann. Als Schüttmaterial kommt beispielsweise ein Fasermaterial oder dergleichen in Frage. Dabei kann eine einzige Materialsorte oder auch ein Gemisch unterschiedlicher Materialien verwendet werden. Auch unterschiedliche Korngrößen können je nach Anwendungsfall in einem Gemisch von Schüttmaterial zum Einsatz kommen.
  • Als Fasermaterial zum Füllen einer Kammer sind beispielsweise auch Gebilde aus Metallfasern, wie Stahlwolle oder der gleichen denkbar, die die gewünschte Energiedissipation bewirken können und darüber hinaus auch in einer Umgebung mit sehr rauen Einsatzbedingungen im Hinblick auf die Temperatur, Druck oder der gleichen verwendbar sind.
  • In einer weiteren Ausführungsform mit gebundenem porösem Material sind ebenfalls unterschiedliche Körper verwendbar. So kann beispielsweise ein poröser Sinterkörper eingesetzt werden, bei dem ein körniges Material oder Granulat unter hohem Druck und unter hoher Temperatur zu einem Körper gebunden wird. Eine andere Variante besteht darin, entsprechende Partikel oder Körner miteinander zu verkleben, indem ein entsprechender Klebstoff als Bindemittel bei der Formung des Körpers eingebracht wird. Es lässt sich auch mit Fasermaterial ein Filzkörper herstellen, der ebenfalls für die erfindungsgemäße Dissipation sorgen kann. Auch ein offenporiger Schaum kann beispielsweise als erfindungsgemäßer Dämpfungskörper zum Einsatz kommen. Insbesondere kommen hierbei auch Metallschäume in Frage, die ähnliche Eigenschaften wie Sinterkörper aufweisen.
  • Vorzugsweise umfasst wenigstens eines der Dämpfungselemente wenigstens ein Lochblech und/oder wenigstens ein Geflecht und/oder eine mehrere, aneinanderliegende oder ineinandergeschlungene Stränge aufweisende Einheit wie ein Gewebe, Geflecht, Netz, Gitter, Sieb oder dergleichen.
  • Die Einzelelemente eines Dämpfungselementes wie Rohre, Stäbe, Drähte, Geflechte, Bleche bzw. Lagen können lose und/oder wenigstens teilweise gebunden angeordnet bzw. fixiert werden, z.B. Punkt geschweißt, geklebt, gelötet etc., sodass keine äußere Wandung erforderlich ist, um das Dämfungselement bzw. einen Stapel dieser Einzelelemente bzw. Dämpfungsschichten in Form und/oder am Einbauort zu halten.
  • Vorzugsweise umfasst wenigstens eines der Dämpfungselemente wenigstens einen Stapel mit mehreren als Dämpfungsschichten ausgebildeten Lochblechen und/oder mehreren Geflechten und/oder mehreren, die Stränge aufweisenden Einheiten.
  • Generell kann eine einzige Materialsorte oder auch ein Gemisch unterschiedlicher Materialien für ein Dämpfungselement gemäß der Erfindung verwendet werden. Auch unterschiedliche Strukturen bzw. Einzelelemente wie Sintermaterial, Rohrbündel, Gewebe- und/oder Faser-/Drahtgrößen können je nach Anwendungsfall in einem Konglomerat, Gemisch bzw. einem einzigen Dämpfungselement gemäß der Erfindung zum Einsatz kommen.
  • Als Fasermaterial für die Metallseile bzw. Lizen sind beispielsweise Metallfasern wie (Edel-) Stahl-, Messing-, Kupferdraht bzw. entsprechende Drahtseile oder der gleichen denkbar. Entsprechende Materialien können auch für die Drähte bzw. Lochbleche verwendet bzw. kombiniert werden. Zum einen kann hiermit die gewünschte Energiedissipation bewirkt werden bzw. zum andern auch in einer Umgebung mit sehr rauen Einsatzbedingungen im Hinblick auf die Temperatur, Druck oder der gleichen sind diese Materialien bzw. Ausführungen in vorteilhafter Weise verwendbar.
  • In einer weiteren Ausführungsform mit wenigstens einem Lochblech und/oder wenigstens einem Geflecht sowie zusätzlich mit einem gebundenen porösen Material sind zudem unterschiedliche Körper verwendbar, so dass in vorteilhafter Weise verschiedene Strukturen entstehen. So kann beispielsweise ein poröser Sinterkörper eingesetzt werden, bei dem ein körniges Material oder Granulat unter hohem Druck und unter hoher Temperatur zu einem Körper gebunden wird. Eine andere Variante besteht darin, entsprechende Partikel oder Körner miteinander zu verkleben, indem ein entsprechender Klebstoff als Bindemittel bei der Formung des Körpers eingebracht wird. Es lässt sich auch mit Fasermaterial ein Filzkörper herstellen, der ebenfalls für die erfindungsgemäße Dämpfung bzw. Dissipation sorgen kann. Auch ein offenporiger Schaum kann beispielsweise als erfindungsgemäßer Dämpfungskörper zum Einsatz kommen. Insbesondere kommen hierbei auch Metallschäume in Frage, die ähnliche Eigenschaften wie Sinterkörper aufweisen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zudem in Strömungsrichtung vor wenigstens einem Dämpfungselement ein Brennstofffilter vorgesehen. Bevorzugt wird der Brennstofffilter vor dem ersten durchströmten Dämpfungselement angebracht, um störende Partikel oder Verunreinigungen vor dem Durchtritt in ein Dämpfungselement zurückzuhalten oder zu entfernen. Hierdurch wird die Gefahr des Verstopfens eines Dämpfungselementes reduziert oder ganz vermieden. Grundsätzlich kann ein solcher Brennstofffilter auch bereits vor dem Druckerzeuger in Strömungsrichtung angeordnet sein.
  • Weiterhin kann eine erfindungsgemäße Pulsationsdämpfung vorteilhafterweise mit einem oder mehreren Druckausgleichsbehältern kombiniert werden. Ein oder mehrere Druckausgleichsbehälter die mit der Brennstoffleitung in Verbindung stehen, können für einen möglichst konstanten Druck in der Brennstoffleitung sorgen. Derartige Druckausgleichsbehälter, die in der Regel eine Membran oder einen Kolben aufweisen, der flüssiges und somit weitgehend inkompressibles unter Druck stehendes Brennstofffluid von einer Kammer trennt, in der ein kompressibles Medium, in der Regel ein gasförmiges Fluid, wie Luft oder der gleichen unter Druck stehend angeordnet ist, kann beispielsweise Schwankungen einer Brennstoffpumpe ausgleichen. Darüber hinaus kann ein solcher Druckausgleichsbehälter die Pulsationsdämpfung weiter verbessern.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
  • Im Einzelnen zeigt
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer Brennstoffleitung für einen Verbrennungsmotor,
    Figur 2
    eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinheit mit zwei Dämpfungselementen,
    Figur 3
    eine schematische Darstellung eines Teilausschnitt eines Dämpfungselementes,
    Figur 4
    eine weitere Ausführungsvariante eines Dämpfungselementes zur Verwendung in einem Injektor,
    Figur 5
    eine schematische Darstellung eines Injektors mit Dämpfungselement,
    Figur 6
    eine weitere Ausführungsvariante eines Dämpfungselementes,
    Figur 7
    eine Schemadarstellung eines Common-Rail-Systems mit zwei Injektoren vorgeordneten Dämpfungselementen,
    Figur 8
    eine schematische Darstellung eines als mehrschichtiger Stapel ausgebildetes Dämpfungselementes in zwei Varianten,
    Figur 9
    mehrere schematische Querschnitt-Darstellung von verschiedenen Dämpfungselementen,
    Figur 10
    zwei schematische Darstellungen von Druckverläufen mit und ohne Dämpfungselement und
    Figur 11
    schematische Darstellungen von verschiedenen Auswirkungen von Druckpulsationen auf eine Einspritzmenge in Abhängigkeit der Zeit.
  • Eine Brennstoffleitung 1 gemäß Figur 1 umfasst eine Hauptleitung 2, von der verschiedene Zweigleitungen 3 abzweigen.
  • Jede Zweigleitung 3, 4, 5, 6 dient zur Brennstoffversorgung eines Injektors eines Verbrennungsmotors. Die Hauptleitung 2 kann an ihrem zeichnerisch nicht mehr dargestellten Ende verlängert werden, sodass noch eine beliebige weitere Anzahl von Zweigleitungen folgen können.
  • In jede Zweigleitung 3, 4, 5, 6 ist ein Dämpfungselement 7, 8 eingesetzt, das von dem Brennstoffstrom durchströmt wird. Durch den vorteilhaften, insbesondere (unterschiedlich) gestapelten Aufbau der Dämpfungselemente wird die o. a. Energiedissipation und somit auch die besonders vorteilhafte Pulsationsdämpfung ermöglicht.
  • In der Hauptleitung 2 befindet sich zusätzlich eine Dämpfungseinheit 11, die in die Hauptleitung 2 eingesetzt ist. Vor allem in Figur 2 wird für eine derartige Baueinheit bzw. Dämpfungseinheit 11 deutlich, dass diese in vorteilhafter Weise separat gehandhabt werden kann und z.B unabhängig von anderen Komponenten geprüft bzw. getestes werden kann und schließlich vormontiert in das Brennstpoffsystem eingebaut bzw. montiert und ggf. demontiert bzw. wieder bei Bedarf ausgetauscht werden kann. Hierbei sind nicht nur eine Gesamtlänge LD der Dämpfungseinheit 11, 21, sondern vor allem auch ein Abstand A zwischen zwei benachbarten Dämpfungselementen bzw. Stapel 17, 18, 19, 20 und somit bei vorgegebenem Rohr-Innenndurchmesser der Baueinheit 11, 21 entsprechend ein Abstandsvolumen V exakt einstellbar. Dies ist für die Dämpfung bzw. die Einstellung der zu dämpfenden Frequenzen bzw. des zu dämpfenden Frequenzspektrum von besonderer Bedeutung. Auch ist ein Durchmesser D (vgl. Figur 3) von Öffnungen 28 bzw. Poren 28 bzw. Kapillaren 28 für die Dämpfungswirkung von Bedeutung.
  • In einer weiteren Variante der Erfindung können z.B. durchaus auch drei oder vier Dämpfungselemente 17, 18, 19, 20 in einer Dämpfungseinheit 11, 21 integriert bzw. montiert werden.
  • Vorzugsweise ist die Gesamtlänge LD der Dämpfungseinheit 11, 21 doppelt so groß wie die Länge des Innenraums von einer Injektordüse zum Injektorausgang. Das Volumen V ist (mindestens) ca. 1 Kubikzentimeter groß. Eine Länge L des Dämpfungselementes bzw. Stapels 17, 18, 19, 20 ist vorzugsweise ca. 2 bis 50 Millimetern groß.
  • Die Dämpfungseinheit 11 gemäß Figur 1 umfasst ein axial durchströmbares Rohr, das an verschiedenen Stellen aufgetrennt ist, sodass an diesen Stellen auch eine Radialströmung möglich ist. Dargestellt sind in dem Rohr 12 der Dämpfungseinheit 11 beispielhaft drei Radialöffnungen, die dem Zufluss bzw. Abfluss von Brennstofffluid dienen. Die Radialöffnungen 13, 14 stehen mit den Zweigleitungen 5, 6 in Verbindung, sodass Brennstofffluid aus dem Innern des Rohrs 12 der Dämpfungseinheit 11 in diese Zweigleitungen in radialer Richtung strömen kann.
  • Die Radialöffnung 15 steht in Verbindung mit einer Zuführungsleitung 16, die an einen nicht näher dargestellten Druckerzeuger angeschlossen wird.
  • In dem Rohr 12 der Dämpfungseinheit 11 befinden sich zwei Dämpfungselemente 17, 18, die vorzugsweise als Stapel 20 aus mehreren Lochblechen 48 und/oder (geordneten) Geflechtlagen bzw. Gewebelagen 47 aufgebaut sind. In Figur 8 ist schematisch eine derartige Schichtung in zwei verschiedenen Varianten dargestellt. In Figur 8a ist eine geordnete Schichtung von z.B. Lochblechen 48 bzw. Geweben 47 dargestellt. Hier sind die Öffnungen 28 bzw. Poren 28 im Wesentlichen übereinander bzw. derart angeordnet, dass (nahezu geradlinig ausgebildete) Kanäle generiert werden. In Figur 8b dagegen sind die Schichten bzw. Lagen bzw. Dämpfungsschichten derart (quer) versetzt angeordnet, dass das Brennstofffluid nicht geradlinig, sondern durch ein sehr verzweigtes Porensystem über "Umwege" durch das Dämpfungselement bzw. den Stapel 20 hindurchströmen muss. Entsprechend vergrößert sich der effektive Kanalweg im Vergleich zur geradlinigen Durchströmung gemäß Figur 8a.
  • Die in Figur 1 dargestellte Anordnung von Dämpfungselementen kann beispielsweise in einem sogenannten Common Rail System Verwendung finden. Der Brennstoff wird über den Druckerzeuger durch die Zufuhrleitung 16 in die Hauptleitung 2 eingespeist und kann sich dort in beide Axialrichtungen der Hauptleitung 2 ausbreiten. Der Brennstoff durchströmt dabei jeweils ein Dämpfungselement 17, 18, wobei die Energiedissipation auftritt und Pulsationen gedämpft werden.
  • Von der Hauptleitung 2 zweigen Zweigleitungen 3, 4, 5, 6 ab, die der Zufuhr von Brennstofffluid zu den einzelnen Injektoren bzw. Zylindern eines Verbrennungsmotors dienen. Die Dämpfungselemente 7, 8, 9, 10 in diesen Zweigleitungen 3, 4, 5, 6 sind wiederum gemäß der Erfindung und insb. gestapelt aufgebaut, um die Energiedissipation hervorzurufen, die gegenüber Pulsationen dämpfend wirkt.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 sind sowohl in der Hauptleitung als auch in den Zweigleitungen Dämpfungselemente untergebracht. Da die Brennstoffzufuhr als Gesamtssystem zu betrachten ist, kann je nach Anwendungsfall auch bereits eine ausreichende Dämpfung mit Anordnungen erreicht werden, bei denen nur in der Hauptleitung oder nur in den Zweigleitungen Dämpfungselemente angeordnet sind.
  • Figur 2 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der eine Dämpfungseinheit 21 als Einschub in eine Brennstoffleitung 22 eingesetzt ist, die zwei Dämpfungselemente 23, 24 umfasst, zwischen denen ein Zwischenraum 25 als Strömungszone ohne ein Lochblech und/oder ein Geflecht/Gewebe ausgebildet ist. In den Dämpfungselementen 23, 24 ist der Stapel 19, 20 aus mehreren Lochblechen und/oder Geflecht-/Gewebelagen angedeutet. Die Dämpfungselemente 23, 24 sind in einem Trägerrohr 26 angebracht, sodass die Dämpfungseinheit 21 als komplette Baueinheit handhabbar ist.
  • Eine Dämpfungseinheit gemäß Figur 2 kann beispielsweise anstelle der Dämpfungselemente in Figur 1 eingesetzt werden. Die Kombination zweier Dämpfungselemente 23, 24 mit dem Zwischenraum 25 hat bereits eine gegenüber der reinen Kumulation der Dämpfungswirkung der einzelnen Dämpfungselemente 23, 24 verbesserte Dämpfungswirkung gezeigt. Die Ausführung gemäß Figur 2 kann dahingehend weiter ausgebaut werden, dass weitere Dämpfungselemente und weitere Zwischenräume in einer Einheit zusammengefasst werden.
  • Figur 3 zeigt ein Ausschnitt aus einem Lohblech 27 mit kreisrundem Querschnitt, wobei zahlreiche Löcher 28 vorgesehen sind. Diese Löcher 28 können gebohrt, gestanzt, gelasert oder vergleichbar hergestellt werden. Als Stapel 20 (vgl. z.B. Fig. 4) ist von Vorteil, wenn die Löcher 28 in Querrichtung zum Lochblech 27 bzw. zur Strömungsrichtung des Fluids wenigstens teilweise versetzt angeordnet sind bzw. sich nur teilweise überlappen.
  • Figur 4 zeigt eine im Prinzip der Ausführung gemäß Figur 2 entsprechende Variante eines Dämpfungselementes 29 mit einem mehrlagigen Stapel 20. Das Dämpfungselement 29 ist unmittelbar in einem Injektor verwendbar ist. Hierzu ist eine große Zentralbohrung 30, die von einer Nadel eines Nadelventils eines Injektors durchsetzt werden kann.
  • Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines solchen Injektors 31. Der Injektor 31 zeigt ein Düsengehäuse 32 mit einer Düsenöffnung 33. Im Innern des Düsengehäuses 32 befindet sich eine Brennstoffleitung 34, in die ein Dämpfungselement 29 gemäß Figur 4 eingesetzt ist. Das Dämpfungselement 29 wird von einer Düsennadel 35 durchsetzt, die mit ihrer Spitze 36 gegenüber einem Ventilsitz 37 dichten kann und dabei die Düsenöffnung 33 verschließt bzw. öffnet. Der Injektor kann durch axiale Bewegung der Düsennadel 35 den Einspritzvorgang sowohl hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs und dadurch auch im Hinblick auf das eingespritzte Brennstoffvolumen steuern.
  • Auch in der Ausführung gemäß den Figuren 4 und 5 erfährt der Brennstoffstrom durch das Dämpfungselement 29 eine Energiedissipation. Die Zentralbohrung 30 des ringförmigen Dämpfungselements 29 wird dabei von der Düsennadel 35 verschlossen, sodass für das Brennstofffluid nur der Weg durch Stapeel 20 verbleibt. Hierdurch wird die erfindungsgemäße Dämpfungswirkung unmittelbar am Entstehungsort der Pulsation in der Nähe der Düsenöffnung 33 erzeugt.
  • Auch derartige ringförmige Dämpfungselemente 29 können in mehrfacher Ausführung mit Zwischenräumen entsprechend dem Zwischenraum 25 nach der Ausführung gemäß Figur 3 eingesetzt werden, um die Dämpfungswirkung weiter zu erhöhen.
  • Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsvariante eines Dämpfungselements 17, 18. Es umfasst einen Grundkörper in dem viele kleine Längsbohrungen 28 angebracht sind. Die Längsbohrungen 28 sind durchgehend ausgebildet. In jeder Längsbohrung 28 kann sich demnach ein Teilstrom ausbilden, der zur erfinddungsgemäßen Dämpfung beiträgt. Die in Figur 1 eingezeichneten Dämpfungselemente können beispielsweise mit einem Dämpfungselement 17 gemäß Figur 2 zum Teil ersetzt bzw. kombiniert verwendet werden.
  • Figur 7 zeigt eine Schemadarstellung eines Common-Rail-Systems 38 mit einer üblicherweise als "Common-Rail" bezeichneten Hauptleitung 39, von der im dargestellten Fall zwei Zweigleitungen 40, 41 abgehen. Die Zweigleitungen 40, 41 führen zu Injektoren 42, 43. Der Injektor 42 ist gerade in Betrieb, was durch gestrichelte Linien ersichtlich ist, die Sprühstrahlen 44 von eingespritztem Brennstoff darstellen sollen.
  • In der Ausführung gemäß Figur 7 ist erkennbar, dass erfindungsgemäße Dämpfungseinheiten 45, 46 den Injektoren 42, 43 vorgeordnet sind.
  • Die Dämpfungseinheiten können dabei als einfache, vorzugsweise gestapelte bzw. mehrschichtige Dämpfungselemente, wie beispielsweise das Dämpfungselement gemäß Figur 4 oder 6 oder 8 oder aber auch als mehrstufige, insbesondere zweistufige Dämpfungseinheit entsprechend der Dämpfungseinheit 21 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ausgebildet sein.
  • Die Anordnung der Dämpfungseinheiten 45, 46 führt ebenso wie eine Integration eines Dämpfungselements in den Injektor, wie dies in der Ausführung gemäß Figur 7 mit dem Dämpfungselement 29 vorgesehen ist, dazu, dass Pulsationen, die durch einen Injektor ausgelöst werden, weitgehend vom Gesamtsystem abgekoppelt werden können. In der Anordnung gemäß Figur 7 ist der Injektor 42 aktiv, d.h. er löst entsprechende Pulsationen aus, die jedoch in der Dämpfungseinheit 45 weitgehend gedämpft werden, sodass das in Strömungsrichtung vor der Dämpfungseinheit 45 befindliche Gesamtsystem weitgehend von den Pulsationen des Injektors 42 abgekoppelt ist. Dies bedeutet, dass in der zeitlichen Abfolge der Injektor 43 betrieben werden kann, ohne dabei durch vorher vom Injektor 42 verursachte Pulsationen beeinträchtigt zu werden. Hierdurch ist eine genauere Dosierung von Brennstoff, insbesondere im Hinblick auf den Einspritzdruck und die Dosiermenge möglich.
  • Neben den beschriebenen Ausführungsvarianten sind noch vielfältige weitere Ausführungen erfindungsgemäßer Dämpfungselemente und Dämpfungsanordnungen möglich. Ein Aufbau gemäß Figur 3 kann auch mit flexiblen. Fasern erzielt werden, wobei sowohl Varianten mit Fasern aus Vollmaterial als auch aus Hohlfasern denkbar sind. Hierzu sind in Figur 9 weitere Varianten dargestellt.
  • Die in Figur 9 dargestellten Varianten weisen z.B. einzelne Öffnungen 28 bzw. Kapillare 28 bzw. Kanäle 28 auf, welche auch zu Kapillarbündeln zusammengefügt werden können. Die Herstellung der Kapillare erfolgt durch mechanische Bearbeitung (bsp. Bohren, Erodieren, Lasern), durch Umformen (bsp. große Rohre werden gewalzt und gezogen bis sie den gewünschten Durchmesser erreichen), sind urgeformt (bsp. Herstellung durch Gießen, Spritzgießen) oder gebaut (bsp. durch Schichten mehrerer Lochplatten/-bleche). Miteinander verbunden werden können die einzelnen Kapillaren 28 zu einen Bündel indem sie an den Kontaktflächen verschweißt oder verklebt werden (Figur 9 a) oder mit einem Kraftstoffbeständigen Material 99 (Bsp:PPE, Lauramid) vergossen werden (Figur 9 b). Eine Trägerhülse 12 bzw. Rohr 12 (Figur 9 c) in die die einzelnen Kapillare 28 bzw. Rohre 28 eingebracht werden, kann ebenfalls verwendet werden. Das Volumen kann in besonderen Fällen auch durch eine Distanzhülse eingestellt werden.
  • Ebenfalls kann zur Generierung von Kapillaren 28 bzw. Kapillarbündeln ein Bündel aus Vollrohren bzw. Draht 98 oder dergleichen (Figur 9 d) verwendet werden.
  • Ebenfalls können Löcher 28 in Platten 27 geätzt werden um Lochbleche herzustellen, welche dann in vorteilhafter Weise aufeinander gestapelt ggf. wieder ein Kapillarbündel ergeben. Ebenfalls können lange Kanäle / Linen entlang der Oberfläche einer Platte eingeätzt werde. Legt man zwei dieser Platten mit der geätzten Seite aufeinander erhält man auch Kapillare. So sind auch verschiedene Kombinationen der Fertigungsverfahren untereinander zu Herstellung von Kapillaren denkbar.
  • Beispielsweise können Kapillare durch Nanotubes und Microstrukturen generiert werden.
  • Der vorteilhafte Durchmesser einer Pore bzw. Kapillare beträgt 10µm-40µm, um in vorteilhafter Weise eine Verschmutzung bzw. ein Zusetzen zu vermeiden und einen gute Dämpfung zu erreichen.
  • Grundsätzlich können gemäß der Erfindung sowohl gleichartige, vorzugsweise (unterschiedlich) gestapelte als auch verschiedene Dämpfungselemente, z.B. Gewebe mit Gitter und/oder Rohrbündel oder Lochblechen kombiniert, in einer Vorrichtung kombiniert werden.
  • Von besonderem Vorteil ist der erfindungsgemäße Aufbau z.B. mit (unterschiedlichen) Lochblechen und/oder Geflecht-/ Gewebelagen des Dämpfungselementes, wodurch die Dämpfungswirkung maßgeblich gegenüber bisherigen Drosseleinrichtungen verbessert wird.
  • Gemäß der Erfindung wird eine vorteilhafte Dämpfung der Pulsationsschwingungen, welche beim Schließen des Injektors erzeugt werden, erreicht. Dies ist in Figur 10 etwas veranschaulicht. Figur 10a zeigt einen Durckverlauf ohne Dämpfungselemente und Figur 10 b mit Dämfung.
  • Durch das schnelle Schließen des Injektors nach dem Einspritzvorgang werden Druckpulsationen erzeugt (Figur 10a) Diese werden durch das Fluid in das Rail oder die Leitung übertragen. Sind mehrere Injektoren an der gleichen Leitung oder Rail angeschlossen erfahren diese auch die Druckpulsationen vom schließenden Injektor. Die erzeugten Druckpulsationen verhalten sich ähnlich einer Sinusschwingung. Je nach zeitlichem Abstand liegen somit unterschiedlichste Drücke vor dem Einspritzenden Injektor an, was eine genaue, reproduzierbare Mindermengeneinspritzung zur Senkung der Schadstoffemissionen unmöglich macht (Figur 11).
  • Ein vorteilhaftes Dämpfungselement vorzugsweise zwischen dem Druckerzeuger und der Einspritzöffnung eines Injektors wird gemäß einer Variante der Erfindung in vorteilhafter Weise vorgesehen, wobei der Brennstoffstrom durch das Dämpfungselement, insb. durch die Gewebeporen und/oder die Löcher der Lochbleche, in eine Vielzahl von Teilströmen unterteilt wird und wobei in Strömungsrichtung hinter dem Dämpfungselement die Teilströme wenigstens teilweise wiedervereint sind. Durch die Aufteilung des Gesamtsstroms der Brennstoffmenge in Teilströme wird eine erhöhte Energiedissipation in dem Dämpfungselement realisiert, die auf unterschiedlichen Effekten beruhen kann. Dabei spielen insbesondere Reibungs- und Drosseleffekte eine Rolle. So wird beispielsweise durch die erfindungsgemäße Aufteilung des Gesamtstroms des Brennstofffluids die Kontaktfläche und die Kontaktzeit des Brennstofffluids mit den Wandungsbereichen des Dämpfungselements und somit auch die Reibung erheblich vergrößert. Durch die erhöhte Energiedissipation lässt sich eine Pulsation, die beispielsweise durch das Schalten eines Injektors verursacht wird, wirkungsvoll dämpfen. Infolgedessen ist eine verbesserte Dosierung des Brennstoffs sowohl hinsichtlich des zeitlichen Ablaufs als auch im Hinblick auf die zu dosierende Menge möglich. Durch eine reproduzierbare Einspritzung (auch Mindermengeneinspritzung) werden die Schadstoffemissionen verringert und der Verbrennungsprozess verbessert sich.
  • Vorteilhaft ist ein Dämpfungselement bzw. eine Dämpfungseinheit, das/die den Brennstoff in eine Vielzahl von Teilströmungen unterteilt und nach dem Dämpfungselement wiedervereint und/oder mindestens zwei voneinander beabstandete Dämpfungselemente vorgesehen sind, wobei sich dazwischen eine Strömungszone befindet in der sich die Teilströme wieder vereinen. Von Vorteil sind auch Dämpfungseinheiten mit Kombinationen aus geordnetem Drahtgeflecht und/oder Schüttgut und/oder Drahtgeflecht, hierbei kann die Anzahl jeder beliebigen Schicht/Lage beliebig variiert werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoffleitung
    2
    Hauptleitung
    3
    Zweigleitung
    4
    Zweigleitung
    5
    Zweigleitung
    6
    Zweigleitung
    7
    Dämpfungselement
    8
    Dämpfungselement
    9
    Dämpfungselement
    10
    Dämpfungselement
    11
    Dämpfungseinheit
    12
    Rohr
    13
    Radialöffnung
    14
    Radialöffnung
    15
    Radialöffnung
    16
    Zuführungsleitung
    17
    Dämpfungselement
    18
    Dämpfungselement
    19
    Stapel
    20
    Stapel
    21
    Dämpfungseinheit
    22
    Brennstoffleitung
    23
    Dämpfungselement
    24
    Dämpfungselement
    25
    Zwischenraum
    26
    Trägerrohr
    27
    Lochblech
    28
    Löcher
    29
    Dämpfungselement
    30
    Zentralbohrung
    31
    Injektor
    32
    Düsengehäuse
    33
    Düsenöffnung
    34
    Brennstoffleitung
    35
    Düsennadel
    36
    Nadelspitze
    37
    Ventilsitz 38 Common-Rail
    39
    Hauptleitung
    40
    Zweigleitung
    41
    Zweigleitung
    42
    Injektor
    43
    Injektor
    44
    Sprühstrahl
    45
    Dämpfungseinheit
    46
    Dämpfungseinheit
    47
    Gewebe
    48
    Lochblech
    98
    Draht
    99
    Material

Claims (19)

  1. Vorrichtung zum Einspritzen eines unter Druck stehenden Brennstofffluids in einen Brennraum mit einem Druckerzeuger, wenigstens einem Injektor mit Einspritzöffnung und einer Brennstoffleitung zwischen dem Druckerzeuger und dem Injektor, wobei wenigstens ein Dämpfungselement zur Reduktion von Brennstofffluid-Druckwellen zwischen dem Druckerzeuger und der Einspritzöffnung des Injektors vorgesehen ist, wobei das Dämpfungselement mehrere Strömungswege mit frei durchströmbarer, einen Querschnittsdurchmesser aufweisende, durchschnittliche Querschnittsfläche und/oder mit frei durchströmbaren, einen Porendurchmesser aufweisende Poren umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Strömungsrichtung des Brennstofffluids ausgerichtete Länge des Dämpfungselementes im Wesentlichen zwischen 1 und 100 Millimeter groß ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnittsdurchmesser der Querschnittsfläche und/oder ein Porendurchmesser der Poren im Wesentlichen zwischen 5 und 200 Mikrometer groß ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Strömungsrichtung des Brennstofffluids ausgerichtete Länge des Dämpfungselementes im Wesentlichen zwischen 2 und 50 Millimeter groß ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnittsdurchmesser der Querschnittsfläche und/oder ein Porendurchmesser der Poren im Wesentlichen zwischen 10 und 100 Mikrometer groß ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis von einem Querschnittsdurchmesser der Querschnittsfläche und/oder ein Porendurchmesser der Poren zur in Strömungsrichtung des Brennstofffluids ausgerichtete Länge des Dämpfungselementes im Wesentlichen zwischen 2 und 5 Mikrometer pro Millimeter ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnittsdurchmesser der Querschnittsfläche und/oder der Porendurchmesser der Poren ist im Wesentlichen 10 Mikrometer und die in Strömungsrichtung des Brennstofffluids ausgerichtete Länge des Dämpfungselementes ist im Wesentlichen 2 Millimeter.
  7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnittsdurchmesser der Querschnittsfläche und/oder ein Porendurchmesser der Poren ist im Wesentlichen 100 Mikrometer und die in Strömungsrichtung des Brennstofffluids ausgerichtete Länge des Dämpfungselementes ist im Wesentlichen 50 Millimeter.
  8. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffstrom durch das Dämpfungselement (7) in eine Vielzahl von Teilströmen unterteilbar ist, wobei in Strömungsrichtung hinter dem Dämpfungselement (7) die Teilströme wenigstens teilweise wiedervereint sind.
  9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei voneinander beabstandete Dämpfungselemente (23, 24) vorgesehen sind, wobei sich dazwischen eine Strömungszone befindet, in der die Teilströme wenigstens teilweise wiedervereint sind.
  10. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei voneinander beabstandeten Dämpfungselementen (23, 24) ein Zwischenraum und/oder die Strömungszone angeordnet ist, wobei der Zwischenraum oder das Volumen der Strömungszone im Wesentlichen zwischen 1 und 10 Kubikzentimeter groß ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilströme, innerhalb des Dämpfungselementes wenigstens teilweise miteinander in Verbindung stehen.
  12. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement ein Bündel langgestreckter Elemente (27) beinhaltet, die als Hohlkörper und/oder durch Zwischenräume zwischen Hohl- und/oder Vollkörpern Strömungskanäle (28) für Teilströme umfassen.
  13. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (17, 18) ein porenbildendes Material (19, 20) umfasst.
  14. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (17, 18) wenigstens ein Lochblech und/oder wenigstens ein Geflecht und/oder eine mehrere, aneinanderliegende oder ineinandergeschlungene Stränge aufweisende Einheit umfasst.
  15. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement wenigstens einen Stapel mit mehreren als Dämpfungsschichten ausgebildete Lochbleche und/oder mehrere Geflechte und/oder mehrere, die Stränge aufweisende Einheiten.
  16. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine separat handhabbare Dämpfungseinheit mit wenigstens zwei voneinander beabstandete Dämpfungselemente (23, 24) vorgesehen ist, wobei zwischen den beiden Dämpfungselementen (23, 24) ein Zwischenraum (25) angeordnet ist.
  17. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die separat handhabbare Dämpfungseinheit wenigstens ein Abstandselement zum Festlegen des Abstands und/oder des Volumens des Zwischenraums (25) zwischen den beiden Dämpfungselementen (23, 24) aufweist.
  18. Dämpfungseinheit zum Einsatz in einer Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei voneinander beabstandete Dämpfungselemente (23, 24) vorgesehen ist, wobei zwischen den beiden Dämpfungselementen (23, 24) ein Zwischenraum (25) angeordnet ist.
  19. Injektionseinheit für eine Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Injektor und eine vorgeordnete Dämpfungseinheit nach dem vorgenannten Anspruch vorgesehen sind.
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