WO2001007776A1 - Flachrohrdruckdämpfer zur dämpfung von flüssigkeits-druckschwingungen in flüssigkeitsleitungen - Google Patents

Flachrohrdruckdämpfer zur dämpfung von flüssigkeits-druckschwingungen in flüssigkeitsleitungen Download PDF

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Definitions

  • the invention is based on a flat tube pressure damper for damping liquid pressure vibrations in liquid lines and on a fuel supply line according to the preamble of claims 1 and 6.
  • a pressure pulse damper for a fuel pump of an internal combustion engine which dampens the pressure pulses generated by the fuel pump in the fuel.
  • the pressure pulse damper is an elongated, thin-walled and caged hose which is clamped and closed at the ends to form at least one chamber in which a gas is located is under superatmospheric pressure.
  • the chamber absorbs and dampens the pressure pulses and noise generated by the fuel pump by the chamber wall formed by the hose being elastically deformed and transmitting the vibrations to the gas cushion located in the chamber. Due to the elastic deformation of the chamber and the resulting compression of the gas cushion, vibrational energy is lost, which dampens the pressure vibrations.
  • the cross section of the chamber is constant along its longitudinal extent and small compared to it.
  • the known pressure pulse damper has the disadvantage that because of its constant cross section, effective damping is limited to a specific spectrum of excitation frequencies. The determination of this spectrum and a corresponding design and manufacturing adaptation of the pressure pulse damper to the prevailing vibrations in the fuel is time-consuming and costly. On the other hand, because of the constant cross section of the pressure pulse damper, there is a certain natural frequency with corresponding harmonics. If the natural frequency or its multiples agree with the excitation frequency of the pressure pulses in the fuel or with the speed of the internal combustion engine, there are resonance vibrations with large vibration amplitudes, as a result of which the damping effect of the pressure pulse damper is severely restricted and undesirable noises occur in the fuel system.
  • the pressure pulse damper is designed in such a way that its intrinsic frequency lies outside the excitation range of the fuel system or the engine speed, even minor changes in the fuel system such as occur during the course of a product life cycle, for example a change in the fuel line length or the line material, the excitation spectrum can be shifted back into the range of the resonance frequency.
  • the flat tube pressure damper according to the invention for damping liquid pressure vibrations has the advantage, in contrast, that there is effective damping for a wide spectrum of pulsation excitation frequencies, which is brought about by the continuous or gradual change in its cross section.
  • the damping effect of the flat tube pressure damper is no longer selectively limited to specific excitation frequencies, since the individual sections of different cross-sections react to different excitation frequencies.
  • the flat tube pressure damper according to the invention can therefore be used universally for different fuel system or liquid line system configurations. Since there is no longer a uniform cross section, there is no longer a distinct natural frequency from which resonance problems could arise.
  • the chamber is formed by a thin-walled, originally cylindrical tubular body made of sheet steel, the ends of which are closed and which, viewed along its longitudinal axis, is flattened to a varying degree transversely to the longitudinal axis.
  • the flat tube pressure damper can be produced economically and is equally robust, stable and reliable.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a fuel supply device with a preferred embodiment of a flat tube pressure damper according to the invention
  • FIG. 2 shows an isometric illustration of the flat tube pressure damper from FIG. 1
  • FIG. 3 shows a top view of the flat tube pressure damper from FIG. 2
  • FIG. 4 shows a side view of the flat tube pressure damper from FIG Figure 2.
  • a flat tube pressure damper 1 is proposed for damping liquid pressure vibrations in liquid lines, in particular fuel pressure vibrations in fuel supply lines of motor vehicles.
  • a fuel supply device 2 is shown in simplified and schematic form in FIG. 1, in which fuel is supplied from a tank 4 to a tubular fuel distributor 6 of an internal combustion engine, which is otherwise not shown.
  • a tank installation unit 8 with a fuel pump 10 is arranged in the tank 4.
  • a fuel filter 12 is arranged between the fuel pump 10 and the fuel distributor 6.
  • fuel is distributed to the injection valves 14 in a known manner. The fuel is supplied on one end of the fuel distributor 6, while on the other end, non-injected fuel is supplied via a pressure regulator 16 is returned to tank 4.
  • the fuel supply device 2 could also be designed to be return-free, in which case the pressure regulator 16 is arranged in the tank installation unit 8 and the ambient pressure serves as a reference pressure.
  • the flat tube pressure damper 1 Inside the fuel distributor 6, the flat tube pressure damper 1 according to the invention is arranged, for example, horizontally, its two ends 20, 21 being encompassed by clamps 22 fastened to the end faces of the fuel distributor 6, so that the flat tube pressure damper 1 is held at a radial and axial distance from the inner wall of the fuel distributor 6 and is substantially completely surrounded by fuel.
  • each of its two ends 20, 21 is preferably tapered and closed by itself in order to form a pressure-tight chamber 24.
  • the cross section of the chamber 24 is small compared to its longitudinal extent and in turn tapers continuously from one end 20 to the other end 21.
  • the non-constant cross-sectional profile of the chamber 24 results when, for example, an originally cylindrical tubular body 25 made of sheet steel is flattened along its longitudinal axis to different degrees transversely to the longitudinal axis, as is particularly clear from FIG. 4, or when the tubular body is related to it Longitudinal axis is already conical and is pressed evenly flat across the longitudinal axis.
  • the cross-sectional profile of the chamber 24 could also change gradually instead of continuously, in that sections of different cross-sections are lined up in the longitudinal extension of the flat tube pressure damper.
  • the wall thickness of the chamber wall 26 is small, as a result of which it can deform in a flexible manner if fuel pressure vibrations in the fuel distributor 6 caused by switching impulses of the injection valves 14 act on them from the outside. Vibration energy is extracted from the system, which results in the desired damping of the fuel pressure vibrations. Because of the elongated shape of the chamber 24, this deforms mainly under pressure, transversely to its longitudinal extent.
  • the chamber 24 can only be used with a gaseous medium, preferably with air at ambient pressure, or additionally with a liquid medium, e.g. Oil, be filled, so that there can be no collapse of the chamber 24 with large pressure surges.
  • the chamber 24 can also be filled with any other gas and / or another liquid medium.
  • several elongated chambers, each with a non-constant cross-sectional profile, can be provided, which e.g. of different lengths and vibration-decoupled. If a flat tube pressure damper with several chambers is used, the operational safety is increased, since if one chamber fails, the other chambers still provide damping.
  • the use of the flat tube pressure damper 1 according to the invention is not limited to fuel-carrying lines, but can serve to dampen pressure oscillations in any type of liquid line.
  • Figure 1 is describes the use of the flat tube pressure damper 1 in a fuel injection system of a mixture compression-ignition spark-ignited fuel machine.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flachrohrdruckdämpfer (1) zur Dämpfung von Flüssigkeits-Druckschwingungen in Flüssigkeitsleitungen, insbesondere von Kraftstoff-Druckschwingungen in Kraftstoffversorgungsleitungen von Kraftfahrzeugen, mit mindestens einer länglichen Kammer (24), deren Querschnitt klein gegenüber ihrer Längserstreckung ist und von welcher mindestens ein Teil der Kammerwand (26) mit der Flüssigkeit in Wirkverbindung stehend durch die Flüssigkeits-Druckschwingungen elastisch verformbar ist. Die Erfindung sieht vor, dass entlang der Längserstreckung der Kammer (24) gesehen sich deren Querschnitt kontinuierlich oder stufenweise ändert.

Description

Flachrohrdruckdämpfer zur Dämpfung von Flüssigkeits- Druckschwingungen in Flüssigkeitsieitungen
Beschreibung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Flachrohrdruckdämpfer zur Dämpfung von Flüssigkeits-Druckschwingungen in Flüssigkeitsleitungen und von einer Kraftstoffversorgungsleitung nach der Gattung der Patentansprüche 1 und 6.
Aus der DE 44 31 770 A1 ist ein Druckimpulsdämpfer für eine Kraftstoffpumpe einer Verbrennungsmaschine bekannt, welcher die von der Kraftstoffpumpe im Kraftstoff erzeugten Druckimpulse dämpft. Der Druckimpulsdämpfer ist ein länglicher, dünnwandiger und in einem Käfig gehaltener Schlauch, der an den Enden abgeklemmt und verschlossen ist, um mindestens eine Kammer zu bilden, in welcher sich ein Gas unter überatmosphärischem Druck befindet. Die Kammer absorbiert und dämpft die durch die Kraftstoffpumpe erzeugten Druckimpulse und Geräusche, indem sich die durch den Schlauch gebildete Kammerwand elastisch verformt und die Schwingungen auf das in der Kammer befindliche Gaskissen überträgt. Durch die elastische Verformung der Kammer und der hieraus resultierenden Kompression des Gaskissens geht Schwingungsenergie verloren, wodurch die Druckschwingungen gedämpft werden. Der Querschnitt der Kammer ist entlang ihrer Längserstreckung konstant und klein dieser gegenüber.
Der bekannte Druckimpulsdämpfer hat den Nachteil, daß wegen seines konstanten Querschnitts eine wirkungsvolle Dämpfung auf ein bestimmtes Spektrum von Anregungsfrequenzen beschränkt ist. Die Ermittlung dieses Spektrums und eine entsprechende konstruktive und fertigungsseitige Anpassung des Druckimpulsdämpfers auf die jeweils vorherrschenden Schwingungen im Kraftstoff ist jedoch zeit- und kostenaufwendig. Zum andern ergibt sich wegen des konstanten Querschnitts des Druckimpulsdämpfers eine bestimmte Eigenfrequenz mit entsprechenden Oberwellen. Bei Übereinstimmung der Eigenfrequenz oder deren Vielfachen mit der Anregungsfrequenz der Druckimpulse im Kraftstoff oder mit der Drehzahl der Verbrennungsmaschine ergeben sich Resonanzschwingungen mit großen Schwingungsamplituden, wodurch die Dämpfungswirkung des Druckimpulsdämpfers stark eingeschränkt wird und unerwünschte Geräusche im Kraftstoffsystem entstehen. Selbst wenn der Druckimpulsdämpfer so ausgelegt wird, daß seine Eigenfreuenz außerhalb des Anregungsbereichs des Kraftstoffsystems oder der Motordrehzahl liegt, so kann bereits durch geringfügige Änderungen im Kraftstoffsystem wie sie im Laufe eines Produkt- Lebenszykluses auftreten, z.B. eine Änderung der Kraftstoff leitungs- länge oder des Leitungsmaterials, das Anregungsspektrum wieder in den Bereich der Resonanzfrequenz verschoben werden.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Flachrohrdruckdämpfer zur Dämpfung von Flüssigkeits-Druckschwingungen hat demgegenüber den Vorteil, daß sich eine wirksame Dämpfung für ein weites Spektrum von Pulsa- tionsanregungsfrequenzen ergibt, die durch die kontinuierlich oder stufenweise Änderung seines Querschnitts bewirkt wird. Die Dämpfungswirkung des Flachrohrdruckdämpfers ist nicht mehr selektiv auf bestimmte Anregungsfrequenzen beschränkt, da die einzelnen Abschnitte unterschiedlichen Querschnitts auf verschiedene Anregungsfrequenzen reagieren. Der Flachrohrdruckdämpfer gemäß der Erfindung ist daher universell für unterschiedliche Kraftstoffsystem- oder Flüssigkeitsleitungssystemkonfigurationen einsetzbar. Da kein einheitlicher Querschnitt mehr vorhanden ist, stellt sich zudem keine ausgeprägte Eigenfrequenz mehr ein, aus welcher sich Resonanzprobleme ergeben könnten.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Patentanspruch 1 angegebenen Flachrohrdruckdämpfers möglich.
Gemäß besonders zu bevorzugender Maßnahmen wird die Kammer durch einen dünnwandigen, ursprünglich zylindrischen Rohrkörper aus Stahlblech gebildet, dessen Enden verschlossen sind und welcher entlang seiner Längsachse gesehen in unterschiedlichem Maß quer zur Längsachse flachgedrückt ist. Auf diese Weise läßt sich der Flachrohrdruckdämpfer wirtschaftlich herstellen und ist gleichermaßen robust, standfest und zuverlässig. Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung einer Kraftstoffversorgungseinrichtung mit einer bevorzugten Ausführungsform eines Flachrohrdruckdämpfers gemäß der Erfindung, Figur 2 eine isometrische Darstellung des Flachrohrdruckdämpfers von Fig.1 , Figur 3 eine Draufsicht auf den Flachrohrdruckdämpfer von Figur 2, und Figur 4 eine Seitenansicht des Flachrohrdruckdämpfers von Figur 2.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Es wird ein Flachrohrdruckdämpfer 1 zur Dämpfung von Flüssigkeits-Druckschwingungen in Flüssigkeitsleitungen, insbesondere von Kraftstoff-Druckschwingungen in Kraftstoffversorgungsleituπgen von Kraftfahrzeugen vorgeschlagen.
In Fig.1 ist eine Kraftstoffversorgungseinrichtung 2 vereinfacht und schematisch gezeigt, bei welcher Kraftstoff aus einem Tank 4 einem rohrförmigen Kraftstoffverteiler 6 eines im übrigen nicht dargestellten Verbrennungsmotors zugeführt wird. Im Tank 4 ist hierzu eine Tankeinbaueinheit 8 mit einer Kraftstoffpumpe 10 angeordnet. Der Kraftstoffpumpe 10 und dem Kraftstoffverteiler 6 ist ein Kraftstofffilter 12 zwischengeordnet. Im Kraftstoffverteiler 6 wird in bekannter Weise Kraftstoff auf Einspritzventile 14 verteilt. Die Zufuhr des Kraftstoffs erfolgt an einer Stirnseite des Kraftstoffverteilers 6 während an der anderen Stirnseite nicht-eingespritzter Kraftstoff über einen Druckregler 16 zum Tank 4 zurückgeführt wird. Alternativ könnte die Kraftstoffversorgungseinrichtung 2 auch rücklauffrei ausgebildet sein, wobei in einem solchen Fall der Druckregler 16 in der Tankeinbaueinheit 8 angeordnet ist und der Umgebungsdruck als Referenzdruck dient.
Im Inneren des Kraftstoffverteilers 6 ist der erfindungsgemäße Flachrohrdruckdämpfer 1 beispielsweise waagerecht angeordnet, wobei seine beiden Enden 20, 21 durch an den Stirnseiten des Kraftstoffverteilers 6 befestigte Klammern 22 umgriffen sind, so daß der Flachrohrdruckdämpfer 1 mit radialem und axialem Abstand zur Innenwand des Kraftstoffverteilers 6 gehalten und im wesentlichen vollständig von Kraftstoff umgeben ist.
Gemäß dem in Fig.2 bis Fig.4 einzeln dargestellten Flachrohrdruckdämpfer 1 ist jedes seiner beiden Enden 20, 21 vorzugsweise für sich verjüngt und verschlossen, um eine druckdichte Kammer 24 zu bilden. Der Querschnitt der Kammer 24 ist klein gegenüber ihrer Längserstreckung und verjüngt sich seinerseits vom einen Ende 20 zum anderen Ende 21 hin kontinuierlich. Der nicht-konstante Querschnittsverlauf der Kammer 24 ergibt sich, wenn z.B. ein ursprünglich zylindrischer Rohrkörper 25 aus Stahlblech entlang seiner Längsachse gesehen in unterschiedlichem Maß quer zur Längsachse flachgedrückt wird, wie dies insbesondere aus Fig.4 deutlich wird, oder wenn der Rohrkörper bezogen auf seine Längsachse bereits konisch ausgebildet ist und quer zur Längsachse gleichmäßig flach gedrückt wird. Alternativ könnte sich der Querschnittsverlauf der Kammer 24 anstatt kontinuierlich auch stufenweise ändern, indem sich in Längserstreckung des Flachrohrdruckdämpfers 1 Abschnitte unterschiedlichen Querschnitts aneinander reihen. Die Wandstärke der Kammerwand 26 ist gering, wodurch sie sich in nachgiebiger Weise verformen kann, wenn durch Schaltimpulse der Einspritzventile 14 hervorgerufene Kraftstoff-Druckschwingungen im Kraftstoffverteiler 6 von außen auf sie einwirken. Hierbei wird dem System Schwingungsenergie entzogen, wodurch es zur gewünschten Dämpfung der Kraftstoff-Druckschwingungen kommt. Wegen der langgestreckten Form der Kammer 24 verformt sich diese unter Druckeinwirkung hauptsächlich quer zu ihrer Längserstreckung.
Die Kammer 24 kann ausschließlich mit einem gasförmigen Medium, vorzugsweise mit Luft unter Umgebungsdruck, oder zusätzlich mit einem flüssigen Medium, z.B. Öl, gefüllt sein, damit es bei großen Druckstößen zu keinem Kollabieren der Kammer 24 kommen kann. Alternativ kann die Kammer 24 auch mit jedem anderen Gas und/oder einem anderen flüssigen Medium befüllt sein. Anstatt nur eine Kammer 24 können auch mehrere längliche Kammern mit jeweils nichtkonstantem Querschnittverlauf vorgesehen sein, welche z.B. unterschiedlich lang und schwingungsentkoppelt aneinander gereiht sind. Wenn ein Flachrohrdruckdämpfer mit mehreren Kammern verwendet wird, erhöht sich die Betriebssicherheit, da bei Ausfall einer Kammer die übrigen Kammern immer noch für eine Dämpfung sorgen. Außerdem wird hierdurch die bereits durch den nicht-konstanten Querschnittsverlauf der Kammern bewirkte Erweiterung der Dämpfungswirkung des Flachrohrdruckdämpfers 1 auf ein möglichst breites Frequenzband begünstigt, da die einzelnen Kammern wegen ihrer unterschiedlichen Länge auf verschiedene Frequenzen ansprechen.
Die Verwendung des Flachrohrdruckdämpfers 1 gemäß der Erfindung ist nicht auf kraftstoffführende Leitungen beschränkt, sondern kann bei jeglicher Art von Flüssigkeitsleitung zur Dämpfung von Druckschwinguπgen dienen. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist die Verwendung des Flachrohrdruckdämpfers 1 in einer Kraftstoffeinspritzanlage einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennstoffmaschine beschrieben.

Claims

Patentansprüche
1. Flachrohrdruckdämpfer (1 ) zur Dämpfung von Flüssigkeits- Druckschwingungen in Flüssigkeitsleitungen, insbesondere von Kraft- stoff-Druckschwingungen in Kraftstoffversorguπgsleitungen (6) von Kraftfahrzeugen, mit mindestens einer länglichen Kammer (24), deren Querschnitt klein gegenüber ihrer Längserstreckung ist und von welcher mindestens ein Teil der Kammerwand (26) mit der Flüssigkeit in Wirkverbindung stehend durch die Flüssigkeits-Druckschwingungen elastisch verformbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Längserstreckung der Kammer (24) gesehen sich deren Querschnitt kontinuierlich oder stufenweise ändert.
2. Fiachrohrdruckdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (24) als dünnwandiger Rohrkörper (25) aus Stahlblech ausgebildet ist, dessen Enden (20, 21) verschlossen sind.
3. Fiachrohrdruckdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Kammer (24) sich von ihrem einen Ende (20) zu ihrem anderen Ende (21 ) hin kontinuierlich verjüngt.
4. Fiachrohrdruckdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper bezogen auf seine Längsachse konisch ausgebildet und in einer Richtung quer zur Längsachse flach gedrückt ist.
5. Fiachrohrdruckdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (25) eine ursprünglich zylindrische Form hat und entlang seiner Längsachse gesehen in unterschiedlichem Maß quer zur Längsachse flachgedrückt ist.
6. Kraftstoffversorgungsleitung (6) enthaltend mindestens einen Fiachrohrdruckdämpfer (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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