WO2017060002A1 - Schwingungsdämpfer für eine kraftstoffhochdruckpumpe, kraftstoffhochdruckpumpe mit schwingungsdämpfer und verfahren zur steuerung eines solchen schwingungsdämpfers - Google Patents

Schwingungsdämpfer für eine kraftstoffhochdruckpumpe, kraftstoffhochdruckpumpe mit schwingungsdämpfer und verfahren zur steuerung eines solchen schwingungsdämpfers Download PDF

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WO2017060002A1
WO2017060002A1 PCT/EP2016/070035 EP2016070035W WO2017060002A1 WO 2017060002 A1 WO2017060002 A1 WO 2017060002A1 EP 2016070035 W EP2016070035 W EP 2016070035W WO 2017060002 A1 WO2017060002 A1 WO 2017060002A1
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WO
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vibration damper
flywheel
valve
pressure fuel
fuel pump
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PCT/EP2016/070035
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Thomas Schmidbauer
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Continental Automotive Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/16—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using a fluid or pasty material
    • F16F15/162—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using a fluid or pasty material with forced fluid circulation
    • 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
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston

Definitions

  • the invention relates to a vibration damper for a high-pressure fuel pump, a high-pressure fuel pump with vibration damper and a method for controlling such a vibration damper.
  • High-pressure fuel pumps are used in many modern vehicles.
  • the high-pressure fuel pumps are often designed as piston pumps, which are driven for example via a belt or a chain.
  • the high-pressure fuel pumps can deliver diesel at a pressure of up to 3000 bar.
  • the pressure can be up to 500 bar.
  • the driving force required to operate the high-pressure fuel pumps can deliver diesel at a pressure of up to 3000 bar.
  • the pressure can be up to 500 bar.
  • High-pressure fuel pump is needed in most cases over time is not constant and it comes to nonuniformities of the required driving force or the required torque. These non-uniformities can be caused inter alia by different resistance conditions inside the pump. The non-uniformities lead to vibrations that can be transmitted as a result of the high-pressure fuel pump on the drive unit and on surrounding components and the components heavily loaded. For the prevention of premature failure of the drive unit and the components lying around ⁇ they were designed accordingly robust in the past in order to achieve the required service life. However, this resulted in a high total weight and, concomitantly, a high inertia of the overall system.
  • the document EP 2 803 849 A1 describes a fuel pump with a flange-mounted torsional vibration damper.
  • this torsional vibration damper is not adjustable and thus can not be adapted to currently prevailing operating conditions of the fuel pump.
  • the underlying object is thus to rotational non-uniformities in a drive of a high-pressure fuel pump in dependence on the operating state of the ⁇ high pressure fuel pump to be reduced.
  • the object is achieved by a vibration damper for a high-pressure fuel pump in internal combustion engines.
  • the vibration damper comprises a first flywheel and a second flywheel which are rotatable relative to each other and a damper element with a valve, wherein the damper element connects the first flywheel and the second flywheel together and the valve has a continuously controllable flow.
  • the damper element can thereby be dynamically adapted to changing operating states of the vibration damper.
  • a hydraulic fluid of the damper element is partially a fuel or a lubricating oil for an internal combustion engine.
  • a supply channel in the first flywheel or the second flywheel may extend approximately radially.
  • the hydraulic fluid can be promoted by the support of the centrifugal forces in the damper element.
  • the vibration damper may be arranged in one embodiment on a drive shaft of the high fuel ⁇ pressure pump.
  • the valve may be arranged in an axial bore of the drive shaft. The construction cost for a valve is thereby significantly reduced and limits the rotating masses to a minimum.
  • a high-pressure fuel pump which comprises a vibration damper and a pump unit with a drive shaft, wherein the first flywheel is connected to the drive shaft of the pump unit.
  • the vibration damper can be supplied with the same hydraulic fluid, which is also conveyed by the pump unit.
  • This design has the advantage that no additional fluids for the vibration damper must be kept.
  • the object can also be achieved by a method for controlling a vibration damper having a damper element and a steu ⁇ trollable valve. The method comprises the He ⁇ convey the Drehungsreteförmtechnik representing information, the processing of the Drehungsreteförmtechnik representing information and the control of a
  • the damping characteristic can be adjusted in a predefined manner and dynamically to the prevailing operating conditions of the high-pressure fuel pump.
  • the information representing the rotation uniformity can be determined via sensors.
  • the information about rotational uniformity can be recorded in the area of their formation, largely without interference.
  • the information representing the rotational irregularity can be determined from a characteristic field.
  • sensor units can be saved and the design effort can be reduced.
  • FIGS. serve to illustrate fundamental aspects.
  • the figures are not necessarily to scale, but like reference numerals designate the same or similar components, each having the same or similar design or operation.
  • FIG. 1 shows an example of a functional diagram
  • FIG. 2 shows the damper element in a functional sketch
  • FIG. 3 shows in a sectional view a vibration damper on a drive shaft with a flanged one
  • Figure 4 shows in a sectional view A-A the vibration damper.
  • FIG. 5 shows in a sectional view B-B the vibration damper of Figure 4, wherein the vibration damper is mounted on the drive shaft.
  • FIG. 6 shows a flow chart of an example
  • FIG. 1 shows a vibration damper which may comprise a first flywheel mass 11 and a second flywheel mass 12.
  • the two flywheel masses 11 and 12 may be a hydraulic element 21 (in the following text as a damper element 21 be distinguished ⁇ ) to be connected together and be designed movable relative to each other.
  • the damper element 21 may have a working space 25, a correspondence space 32 and a valve 31.
  • the damper element may also have a plurality of valves beyond.
  • the flow of the valve 31 is controllable during operation of the damper element 21. It can be both a continuous control of the valve 31, as well as a control of the Valve 31 done in any short time intervals.
  • the working space 25 and the correspondence space 32 can be hydraulically connected to each other.
  • the valve 31 may be disposed between the working space 25 and the correspondence space 32 and be hydraulically connected both to the working space 25 and to the correspondence space 32.
  • the correspondence chamber 32 may be arranged, for example, in the interior of the damper element 21 and form an assembly with the working space 25 and the valve 31.
  • the Kor- respondenzraum 32 and / or the valve 25 are arranged outside of the damper element 21 and hydraulically connected to the working space 25.
  • a hydraulic connection can be understood as meaning a connection in which the components communicate with one another via a common fluid circuit, wherein the fluid can be any desired fluid, in particular a hydraulic fluid 26.
  • the liquid may be partially a fuel or a lubricating oil for an internal combustion engine.
  • the hydraulic fluid 26 can also be used at the same time by other units, such as a pump unit 60 or an internal combustion engine. Under the first
  • Flywheel 11 and the second flywheel 12 can be understood as any mass-afflicted body.
  • a high-pressure fuel pump can be understood as meaning a pump which, for example, delivers diesel at a pressure between 1500 bar and 3000 bar or gasoline at a pressure between 150 bar and 500 bar.
  • valve 31 it is also possible, in all examples described, in addition to the valve 31 to use other valves of different or the same expression and to combine.
  • the valves may be, for example, throttle valves.
  • some of the valves may be continuously controllable during operation.
  • the valve 31 can connect an internal working space 25 of a pumping unit 60 to an external correspondence space 32 (see FIG. 2), wherein the correspondence space 32 can be embodied in different ways.
  • the correspondence space 32 can also, as in FIG. 5 shown to be enclosed by a housing which surrounds the damper element 21.
  • the correspondence chamber 32 may alternatively be separated from the working space 25 inside the damper element 21 by a valve 31.
  • the valve 31 may be configured such that at least the pressure or flow rate through ⁇ of the hydraulic fluid can be varied from 26 or in the Dämp ⁇ ferelement 21 continuously.
  • the valve 31 may be a continuously controllable valve for this purpose. This allows the vibration damper and its damping characteristics to be adjusted individually and dynamically during operation. It can also be seen from FIG. 1 that the first flywheel mass 11 and the second flywheel mass 12 of the vibration damper can move relative to one another.
  • the vibration damper whose first flywheel mass 11 and whose second flywheel mass 12 are connected to one another via a damper element 21 can be supplemented by a spring element 24.
  • the spring element 24 can be replaced by any spring.
  • the spring element may be a coil spring, a coil spring or an elastomer spring.
  • the spring element 24 serves to keep the first 11 and the second 12 flywheel in a rest position to each other or to make them swing around this rest position.
  • the damper element 21 can damp a vibration between the first 11 and the second 12 flywheel, which are connected to the spring element 24.
  • the spring element 24 may in one example also be connected in series with the damper element 21 and / or in parallel. Furthermore, it is possible to combine and use a plurality of damper elements and spring elements.
  • the damping effect of the vibration damper can be achieved by dissipation. If the first flywheel 11 oscillates relative to the second flywheel 12, pressure can be built up on the hydraulic fluid 26 in the interior of the damper element 21. Depending on the direction of movement of the damper element 21, it can also lead to a negative pressure. As a result The pressure difference hydraulic fluid 26 can escape through the valve 31 from the damper element 21 or flow into this.
  • the valve 31 provides the flow with a predefined resistance that can be adjusted at the valve 31.
  • the kinetic energy of the Hyd ⁇ raulik complexkeit 26, which was transmitted by the vibration to the Hyd ⁇ raulik essencekeit 26 may be partially converted into heat, which release into the environment, or a cooling circuit can be.
  • more or less hydraulic fluid 26 is conveyed through the valve 31 during operation of the damper element 21.
  • FIG. 2 shows the correspondence space 32, which is hydraulically connected to the damper element 21 and is designed to be able to receive at least part of the hydraulic fluid 26.
  • the valve 31 it is possible via the valve 31 to influence the pressure and / or the pressure
  • Damping effect of the damper element 21 can be increased by the fact that the valve 31 obstructs the flow between the damper element 21 and the correspondence chamber 32 in a predefined manner. Conversely, the damping effect can be reduced when the valve 31 increases the flow between the damper element 21 and the correspondence chamber 32.
  • the vibration damper will be described with reference to a torsional vibration damper on the drive shaft 41. This does not affect the fact that the be ⁇ signed vibration can be performed in any other desired shape.
  • the Schwin- dampers are also used in tasks that require an approximately linear damping.
  • Figure 3 shows the section of a housing in which the drive shaft 41 is arranged with a cam 42.
  • the vibration damper may also be mounted on the drive shaft 41, wherein due to the illustration in Figure 3, only the first flywheel 11 can be seen.
  • the vibration damper may be part of a device that includes the pumping unit 60 in addition to the actual vibration damper.
  • the first flywheel mass 11 or the second flywheel mass 12 can, as shown in FIG. 3, be connected to the drive shaft 41.
  • the drive shaft 41 can simultaneously form the first flywheel 11.
  • the second flywheel 12 can then move, for example, relative to the first flywheel 11.
  • the spring element 24 and the damper element 21 the second flywheel 12 can oscillate about a rest position relative to the first flywheel 11. The vibration is damped by the damper element 21.
  • the second flywheel 12 may be connected to the drive shaft 41 and swing the first flywheel 11 relative to the second flywheel 12.
  • the cam 42 may form an integral component with the drive shaft 41 and thus be part of the drive shaft 41.
  • the pump unit 60 may include a first valve 61 and a second valve 62.
  • FIG. 1 Another view of the vibration damper is shown in FIG. You can see the section A-A, from Figure 3. Die
  • Section AA of the torsional vibration damper shows a first flywheel 11 and a second flywheel 12, which may be connected to each other both via a damper element 21, as well as a spring element 24.
  • the first flywheel 11 and the second flywheel 12 may be arranged to be coaxially rotatable with each other.
  • both the first flywheel 11, and the second flywheel 12 arranged on the drive shaft 41 be. Due to the rotatability of the first flywheel mass 11 relative to the second flywheel mass 12, it is possible to compensate or mitigate rotational irregularities on the drive shaft 41.
  • the spring element 24 can serve to cause the first flywheel mass 11 and the second flywheel mass 12 to oscillate relative to each other about a rest position.
  • the damper element 21 can in one example be composed of a piston 22 and a cylinder 23.
  • the piston 22 can thereby, guided by the cylinder 23, move in the cylinder 23.
  • the working space 25 may be located, which can be filled with hydraulic fluid 26.
  • a supply channel 13 is shown, which may be hydraulically connected to a bore 14 with a first end to the working space 25 and with a second end, which is opposite to the first end of the supply channel 13.
  • the supply channel 13 can be approximately radially to the first 11th
  • Flow rate of the hydraulic fluid 26 to be discharged or discharged can be controlled via a valve 31.
  • This can, as shown in Figure 4, be arranged in a bore 14.
  • FIG. 5 shows the vibration damper in a sectional view BB.
  • the valve can be disposed in the bore 14 and 31 of the inlet and outlet to the supply channel 13 and subsequently to the working chamber 25 ge ⁇ can be controlled.
  • the bore 14 may be introduced approximately axially in the drive shaft 41, in particular, it may be arranged concentrically to a radial cross section of the drive shaft 41.
  • an actuator 51 is shown in Figure 5, which is connected to the valve 31.
  • the connection of actuator 51 and valve 31 may be performed, for example, mechanically, hydraulically and pneumatically.
  • the Schwin- Damper can be controlled in a defined manner by means of the actuator 51, the valve 31.
  • the valve 31 may be connected to the actuator 51, for example via a spindle, which pulls the valve 31 to increase the flow from the bore 14. To reduce the flow, the spindle can push the valve 31 further into the bore 14.
  • control can also be done hydraulically or pneumatically.
  • the actuator 51 can be controlled via a controller 52.
  • the controller 52 may also be integrated or arranged in an engine controller for an internal combustion engine.
  • the controller 52 can control the actuator by transmitting signals.
  • further valves can be connected in parallel and / or in series with the valve 31.
  • a portion of the valves may be controllable and / or connected to the actuator 51 or other actuators.
  • a method which the rotation ⁇ uniformity representing information can be obtained at the drive shaft 41 to pre-defined way 71. Subsequently, the information representing the Drehungs Disabilityförmtechnik as information or as
  • Information about rotational irregularity can be processed by the controller 52 72. From the processed information about the rotational irregularities control signals can be generated by the controller 52 according to predefined algorithms, which can be used to control at least one valve 31 in at least one damper element 21.
  • the information about rotational irregularities may be determined via sensors 53.
  • sensors 53 may be the
  • the described vibration damper and the described method can also be operated and used in combination with other devices other than the pump unit 60.
  • a vibration damper can also be combined with an internal combustion engine or a compressor.
  • the vibration damper can also be used in linear drives, wherein the two flywheel masses 11 and 12 can move approximately linearly to each other (shown in Figures 1 and 2).
  • the described pump unit 60 may be, for example, a Hubkol ⁇ benpumpe, which is used in a motor vehicle. Alternatively, a use in stationary engines is conceivable.
  • the invention may also be used in combination with other components and / or assemblies in a motor vehicle or other machinery.
  • the first flywheel 11 and the second flywheel 12 with the damper element 21 and the valve 31 can also be integrated in a plunger 63 of the pump unit 60 and / or connected in series with this.
  • the vibration damper can also be used as a linear vibration damper.
  • the pumping unit 60 can also be replaced by any other type of pump.
  • valve 31 in addition to the valve 31 further valves can be used, which may be arranged in series and / or parallel to the valve 31. At least part of the valves may be controllable. Likewise, several sensors, several Actuators or multiple controllers are used. The described operation applies accordingly.
  • the use of the invention facilitates, for example, the integration of the pump unit 60 in motor vehicles.
  • a special adaptation of the surrounding components to the pumping unit 60 can be omitted, because no appreciable vibrations are transmitted to the surrounding components.
  • the damper element 21 can be mounted directly on the drive shaft 41, at which the non-uniformities of the driving force F A arise due to the action of the piston forces.
  • the same pumped medium can be used, which is also conveyed in the pump unit 60.
  • Valve 31 (may also be referred to as damper throttle 31), the damping characteristic of the damper element 21, for example, depending on the speed of the pump unit 60, are adjusted.
  • Vibrations are transmitted to adjacent components and a special design of adjacent components of the pump unit 60 can be omitted.

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Abstract

Es wird ein Schwingungsdämpfer für eine Kraftstoffhochdruckpumpe in Brennkraftmaschinen, eine Kraftstoffhochdruckpumpe und ein Verfahren zur Steuerung eines Schwingungsdämpfers beschrieben. Der Schwingungsdämpfer umfasst eine erste Schwungmasse und eine zweite Schwungmasse, die zueinander drehbar ausgeführt sind, und ein Dämpferelement mit einem Ventil, wobei das Dämpferelement die erste Schwungmasse und die zweite Schwungmasse miteinander verbindet und das Ventil einen kontinuierlich steuerbaren Durchfluss aufweist.

Description

Beschreibung
Schwingungsdämpfer für eine Kraftstoffhochdruckpumpe, Kraft¬ stoffhochdruckpumpe mit Schwingungsdämpfer und Verfahren zur Steuerung eines solchen Schwingungsdämpfers
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungsdämpfer für eine Kraftstoffhochdruckpumpe, eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit Schwingungsdämpfer und ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Schwingungsdämpfers.
Kraftstoffhochdruckpumpen werden in vielen modernen Fahrzeugen eingesetzt. Beispielsweise werden die Kraftstoffhochdruckpumpen häufig als Kolbenpumpen ausgeführt, welche beispielsweise über einen Riemen oder eine Ketten angetrieben werden. Die Kraftstoffhochdruckpumpen können Diesel bei einem Druck von bis zu 3000 bar fördern. Für Ottokraftstoffe kann der Druck bei bis zu 500 bar liegen. Die Antriebskraft, die zum Betrieb der
Kraftstoffhochdruckpumpe benötigt wird ist in den meisten Fällen über der Zeit nicht konstant und es kommt zu Ungleichförmigkeiten der benötigten Antriebskraft beziehungsweise des benötigten Drehmoments. Diese Ungleichförmigkeiten können unter anderem durch unterschiedliche Widerstandsverhältnisse im Inneren der Pumpe hervorgerufen werden. Die Ungleichförmigkeiten führen zu Schwingungen, die in der Folge von der Kraftstoffhochdruckpumpe auf die Antriebseinheit und auf umliegende Bauteile übertragen werden können und die Bauteile stark belasten. Zur Vorbeugung eines vorzeitigen Ausfalls der Antriebseinheit und der um¬ liegenden Bauteile wurden diese in der Vergangenheit ent- sprechend robust ausgelegt, um die benötigte Lebensdauer zu erreichen. Dies führte jedoch zu einem hohen Gesamtgewicht und, damit einhergehend, zu einer hohen Trägheit des Gesamtsystems.
In der Druckschrift EP 2 803 849 AI ist eine Kraftstoffpumpe mit einem angeflanschten Drehschwingungsdämpfer beschrieben . Dieser Drehschwingungsdämpfer ist jedoch nicht einstellbar und kann somit nicht auf aktuell vorherrschende Betriebsbedingungen der Kraftstoffpumpe angepasst werden. Die zugrunde liegende Aufgabe besteht folglich darin, Dreh- ungleichförmigkeiten in einem Antrieb einer Kraftstoffhochdruckpumpe in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Kraft¬ stoffhochdruckpumpe zu reduzieren.
Die Aufgabe wird durch einen Schwingungsdämpfer für eine Kraftstoffhochdruckpumpe in Brennkraftmaschinen gelöst. Der Schwingungsdämpfer umfasst eine erste Schwungmasse und eine zweite Schwungmasse, die zueinander drehbar ausgeführt sind und ein Dämpferelement mit einem Ventil, wobei das Dämpferelement die erste Schwungmasse und die zweite Schwungmasse miteinander verbindet und das Ventil einen kontinuierlich steuerbaren Durchfluss aufweist. Das Dämpferelement kann dadurch an wechselnde Betriebszustände des Schwingungsdämpfers dynamisch angepasst werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Schwingungsdämpfers kann eine Hydraulikflüssigkeit des Dämpferelementes teilweise ein Kraftstoff oder ein Schmieröl für eine Verbrennungskraftmaschine ist. Der technische Vorteil besteht darin, dass der Schwin¬ gungsdämpfer über eine bereits im Kraftfahrzeug vorhandene Flüssigkeit betrieben werden kann.
In einem Ausführungsbeispiel des Schwingungsdämpfers kann ein Versorgungskanal in der ersten Schwungmasse oder der zweiten Schwungmasse annähernd radial verlaufen. Durch diese radiale Anordnung kann die Hydraulikflüssigkeit durch die Unterstützung der Fliehkräfte in das Dämpferelement befördert werden. Beispielsweise kann der Schwingungsdämpfer in einem Ausführungsbeispiel auf einer Antriebswelle der Kraftstoffhoch¬ druckpumpe angeordnet sein. Durch diese Anordnung kann die Schwingungsdämpfung in der Nähe der Entstehung erfolgen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Schwingungsdämpfers kann das Ventil in einer axialen Bohrung der Antriebswelle angeordnet sein. Der Bauaufwand für ein Ventil wird dadurch erheblich gesenkt und die rotierenden Massen auf ein Minimum begrenzt. Die Aufgabe wird ferner durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe gelöst, welche einen Schwingungsdämpfer und eine Pumpeinheit mit einer Antriebswelle umfasst, wobei die erste Schwungmasse mit der Antriebswelle der Pumpeinheit verbunden ist. Durch diese An- Ordnung kann die bereits vorhandene Masse der Welle als
Schwungmasse eingesetzt werden.
In einem Ausführungsbeispiel der Kraftstoffhochdruckpumpe kann der Schwingungsdämpfer mit derselben Hydraulikflüssigkeit versorgt werden, die auch von der Pumpeinheit gefördert wird. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Flüssigkeiten für den Schwingungsdämpfer vorgehalten werden müssen . Die Aufgabe kann außerdem durch ein Verfahren zur Steuerung eines Schwingungsdämpfers mit einem Dämpferelement und einem steu¬ erbaren Ventil gelöst werden. Das Verfahren umfasst, das Er¬ mitteln der die Drehungsgleichförmigkeit repräsentierenden Informationen, das Verarbeiten der die Drehungsgleichförmigkeit repräsentierenden Informationen und das Steuern von einem
Ventil, welches mit dem Dämpferelement hydraulisch verbunden ist. Die Dämpfungscharakteristik kann in vordefinierter Weise und dynamisch an die vorherrschenden Betriebsbedingungen der Kraftstoffhochdruckpumpe angepasst werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens können die die Drehungsgleichförmigkeit repräsentierenden Informationen über Sensoren ermittelt werden. Die Informationen zur Drehun- gleichförmigkeit können im Bereich ihrer Entstehung, weitgehend ohne Störeinflüsse, erfasst werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens können die die Drehungleichförmigkeit repräsentierenden Informationen aus einem Kennfeld ermittelt werden. Bei einer derartigen Anordnung können Sensoreinheiten eingespart und der Konstruktionsaufwand reduziert werden.
Beispiele des Schwingungsdämpfers, der Kraftstoffhochdruckpumpe und des Verfahrens zur Schwingungsdämpfung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen zur Veranschaulichung grundlegender Aspekte. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei aber gleiche Bezugs- zeichen gleiche oder ähnliche Komponenten mit jeweils gleicher oder ähnlicher Ausgestaltung oder Funktionsweise bezeichnen.
Figur 1 zeigt in einer Funktionsskizze ein beispielhaftes
Dämpferelement .
Figur 2 zeigt in einer Funktionsskizze das Dämpferelement nach
Figur 1 mit einem parallel geschalteten Federelement.
Figur 3 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Schwingungs- dämpfer an einer Antriebswelle mit einer angeflanschten
Pumpeinheit .
Figur 4 zeigt in einer Schnittdarstellung A-A den Schwingungsdämpfer .
Figur 5 zeigt in einer Schnittdarstellung B-B den Schwingungsdämpfer nach Figur 4, wobei der Schwingungsdämpfer an der Antriebswelle angebracht ist. Figur 6 zeigt in einem Ablaufdiagramm ein beispielhaftes
Verfahren zur Schwingungsdämpfung.
In Figur 1 ist ein Schwingungsdämpfer dargestellt, der eine erste Schwungmasse 11 und eine zweite Schwungmasse 12 umfassen kann. Die beiden Schwungmassen 11 und 12 können über ein hydraulisches Element 21 (im folgenden Text auch als Dämpferelement 21 be¬ zeichnet) miteinander verbunden sein und relativ zueinander beweglich ausgeführt sein. Das Dämpferelement 21 kann einen Arbeitsraum 25, einen Korrespondenzraum 32 und ein Ventil 31 aufweisen. Das Dämpferelement kann darüber hinaus auch mehrere Ventile aufweisen. Der Durchfluss des Ventils 31 ist während des Betriebes des Dämpferelementes 21 steuerbar. Es kann sowohl eine stufenlose Steuerung des Ventils 31, als auch eine Steuerung des Ventils 31 in beliebig kurzen Zeitabständen erfolgen. Der Arbeitsraum 25 und der Korrespondenzraum 32 können hydraulisch miteinander in Verbindung stehen. Das Ventil 31 kann zwischen dem Arbeitsraum 25 und dem Korrespondenzraum 32 angeordnet sein und sowohl mit dem Arbeitsraum 25 als auch mit dem Korrespondenzraum 32 hydraulisch verbunden sein. Der Korrespondenzraum 32 kann beispielsweise im Inneren des Dämpferelementes 21 angeordnet sein und mit dem Arbeitsraum 25 und dem Ventil 31 eine Baugruppe bilden. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass der Kor- respondenzraum 32 und/oder das Ventil 25 außerhalb des Dämpferelementes 21 angeordnet und hydraulisch mit dem Arbeitsraum 25 verbunden sind. Unter einer hydraulischen Verbindung kann eine Verbindung verstanden werden, bei der die Komponenten über einen gemeinsamen Flüssigkeitskreislauf miteinander in Verbindung stehen, wobei die Flüssigkeit jede beliebige Flüssigkeit, insbesondere eine Hydraulikflüssigkeit 26 sein kann. Bei¬ spielsweise kann die Flüssigkeit teilweise ein Kraftstoff oder ein Schmieröl für eine Verbrennungskraftmaschine sein. Die Hydraulikflüssigkeit 26 kann gleichzeitig auch noch von weiteren Aggregaten, beispielsweise einer Pumpeinheit 60 oder einem Verbrennungsmotor verwendet werden. Unter der ersten
Schwungmasse 11 und der zweiten Schwungmasse 12 kann jeder beliebige massebehaftete Körper verstanden werden. Unter einer Kraftstoffhochdruckpumpe kann eine Pumpe verstanden werden, die beispielsweise Diesel mit einem Druck zwischen 1500 bar und 3000 bar oder Benzin mit einem Druck zwischen 150 bar und 500 bar fördert .
Es ist außerdem möglich, in allen beschriebenen Beispielen, neben dem Ventil 31 weitere Ventile unterschiedlicher oder gleicher Ausprägung einzusetzen und zu kombinieren. Die Ventile können beispielsweise Drosselventile sein. Darüber hinaus kann ein Teil der Ventile im Betrieb kontinuierlich steuerbar sein. Im dargestellten Beispiel kann das Ventil 31 einen innenliegenden Arbeitsraum 25 einer Pumpeinheit 60 mit einem außenliegenden Korrespondenzraum 32 verbinden (siehe Figur 2), wobei der Korrespondenzraum 32 auf unterschiedliche Weise ausgeführt sein kann. Der Korrespondenzraum 32 kann auch, wie in Figur 5 dargestellt, von einem Gehäuse umschlossenen sein, welches das Dämpferelement 21 umgibt. Der Korrespondenzraum 32 kann alternativ im Inneren des Dämpferelementes 21 durch ein Ventil 31 von dem Arbeitsraum 25 getrennt sein. Das Ventil 31 kann derart ausgeführt sein, dass zumindest der Druck oder die Durch¬ flussmenge der Hydraulikflüssigkeit 26 aus oder in das Dämp¬ ferelement 21 kontinuierlich verändert werden kann. Das Ventil 31 kann für diesen Zweck ein kontinuierlich steuerbares Ventil sein. Dadurch kann der Schwingungsdämpfer und seine Dämp- fungscharakteristik während des Betriebes individuell und dynamisch angepasst werden. Der Figur 1 ist außerdem zu entnehmen, dass sich die erste Schwungmasse 11 und die zweite Schwungmasse 12 des Schwingungsdämpfers relativ zueinander bewegen können.
Ein weiteres Beispiel eines Schwingungsdämpfers ist in Figur 2 dargestellt. Der Schwingungsdämpfer, dessen erste Schwungmasse 11 und dessen zweite Schwungmasse 12 über ein Dämpferelement 21 miteinander verbunden sind, kann um ein Federelement 24 ergänzt werden. Das Federelement 24 kann durch jede beliebige Feder ersetzt werden. Beispielsweise kann das Federelement eine Spiralfeder, eine Schraubenfeder oder eine Elastomerfeder sein. Das Federelement 24 dient dazu, die erste 11 und die zweite 12 Schwungmasse in einer Ruhelage zueinander zu halten oder sie um diese Ruhelage schwingen zu lassen. Das Dämpferelement 21 kann eine Schwingung zwischen der ersten 11 und der zweiten 12 Schwungmasse, die mit dem Federelement 24 verbunden sind, dämpfen. Das Federelement 24 kann in einem Beispiel auch mit dem Dämpferelement 21 in Reihe und/oder parallel geschaltet sein. Ferner ist es möglich, mehrere Dämpferelemente und Federelemente zu kombinieren und einzusetzen.
Die Dämpfungswirkung des Schwingungsdämpfers kann durch Dis- sipation erreicht werden. Schwingt die erste Schwungmasse 11 relativ zur zweiten Schwungmasse 12, kann auf die Hydraulikflüssigkeit 26 im Inneren des Dämpferelementes 21 Druck aufgebaut werden. In Abhängigkeit der Bewegungsrichtung des Dämpferelementes 21 kann es auch zu einem Unterdruck kommen. In Folge des Druckunterschiedes kann Hydraulikflüssigkeit 26 durch das Ventil 31 aus dem Dämpferelement 21 entweichen oder in dieses hineinströmen. Das Ventil 31 leistet der Strömung einen vordefinierten Widerstand, der am Ventil 31 eingestellt werden kann . Durch das widerstandsbehaftete Strömen der Hydraulikflüssigkeit 26 durch das Ventil 31 kann die kinetische Energie der Hyd¬ raulikflüssigkeit 26, die durch die Schwingung auf die Hyd¬ raulikflüssigkeit 26 übertragen wurde, teilweise in Wärme umgewandelt werden, welche an die Umgebung oder einen Kühl- kreislauf abgeben werden kann. In Abhängigkeit der Druckverhältnisse und/oder der Durchflussmenge wird im Betrieb des Dämpferelementes 21 mehr oder weniger Hydraulikflüssigkeit 26 durch das Ventil 31 befördert. Je mehr Widerstand das Ventil 31 gegenüber dem Durchfließen von Hydraulikflüssigkeit 26 bietet, desto mehr Wärme entsteht und desto höher ist die Dämpfungs¬ wirkung des Dämpferelementes 21 und in der Folge des gesamten Schwingungsdämpfers .
In Figur 2 ist der Korrespondenzraum 32 dargestellt, welcher mit dem Dämpferelement 21 hydraulisch verbunden ist und dazu ausgebildet ist, zumindest einen Teil der Hydraulikflüssigkeit 26 aufnehmen zu können. Im Betrieb des Schwingungsdämpfers kann über das Ventil 31 Einfluss auf den Druck und/oder die
Durchflussmenge zwischen dem Dämpferelement 21 und dem Kor- respondenzraum 32 genommen werden. Beispielsweise kann die
Dämpfungswirkung des Dämpferelementes 21 dadurch erhöht werden, dass das Ventil 31 den Durchfluss zwischen dem Dämpferelement 21 und dem Korrespondenzraum 32 auf vordefinierte Weise behindert. Im Umkehrschluss dazu kann die Dämpfungswirkung reduziert werden, wenn das Ventil 31 den Durchfluss zwischen dem Dämpferelement 21 und dem Korrespondenzraum 32 erhöht.
In der folgenden Beschreibung wird der Schwingungsdämpfer anhand eines Drehschwingungsdämpfers auf der Antriebswelle 41 be- schrieben. Davon unberührt bleibt die Tatsache, dass der be¬ schriebene Schwingungsdämpfer auch in jeder anderen beliebigen Form ausgeführt werden kann. Beispielsweise kann der Schwin- gungsdämpfer auch bei Aufgaben eingesetzt werden, die eine annähernd lineare Dämpfung erfordern.
Figur 3 zeigt den Schnitt eines Gehäuses, in dem die Antriebswelle 41 mit einem Nocken 42 angeordnet ist. Darüber hinaus kann der Schwingungsdämpfer ebenfalls auf der Antriebswelle 41 angebracht sein, wobei darstellungsbedingt in Figur 3 nur die erste Schwungmasse 11 zu sehen ist. In einem Beispiel kann der Schwingungsdämpfer Teil einer Vorrichtung sein, die neben dem eigentlichen Schwingungsdämpfer auch die Pumpeinheit 60 umfasst. Der in Figur 3 dargestellte Nocken 42, verbunden mit der Antriebswelle 41, kann beispielsweise dazu dienen, die Pumpeinheit 60 anzutreiben. Die erste Schwungmasse 11 oder die zweite Schwungmasse 12 kann, wie in Figur 3 abgebildet, mit der An- triebswelle 41 verbunden sein. Alternativ dazu kann die Antriebswelle 41 gleichzeitig die erste Schwungmasse 11 bilden. Die zweite Schwungmasse 12 kann sich dann beispielsweise relativ zur ersten Schwungmasse 11 bewegen. Unter Einsatz des Federelementes 24 und des Dämpferelementes 21 kann die zweite Schwungmasse 12 um eine Ruhelage relativ zur ersten Schwungmasse 11 schwingen. Die Schwingung wird durch das Dämpferelement 21 gedämpft.
Entsprechend dazu kann auch die zweite Schwungmasse 12 mit der Antriebswelle 41 verbunden sein und die erste Schwungmasse 11 relativ zur zweiten Schwungmasse 12 schwingen. Der Nocken 42 kann mit der Antriebswelle 41 ein Integralbauteil bilden und somit Bestandteil der Antriebswelle 41 sein. Die Pumpeinheit 60 kann ein erstes Ventil 61 und ein zweites Ventil 62 aufweisen.
Eine weitere Ansicht des Schwingungsdämpfers ist in Figur 4 dargestellt. Zu sehen ist der Schnitt A-A, aus Figur 3. Die
Schnittansicht A-A des Drehschwingungsdämpfers zeigt eine erste Schwungmasse 11 und eine zweite Schwungmasse 12, die sowohl über ein Dämpferelement 21, als auch über ein Federelement 24 miteinander verbunden sein können. In einem Beispiel können die erste Schwungmasse 11 und die zweite Schwungmasse 12 derart angeordnet sein, dass sie zueinander koaxial drehbar sind. Beispielsweise können sowohl die erste Schwungmasse 11, als auch die zweite Schwungmasse 12 auf der Antriebswelle 41 angeordnet sein. Durch die Drehbarkeit der ersten Schwungmasse 11 relativ zur zweiten Schwungmasse 12 ist es möglich, Drehungleichför- migkeiten an der Antriebswelle 41 zu kompensieren bzw. zu mildern. Wie bereits weiter oben beschrieben kann das Feder- element 24 dazu dienen, die erste Schwungmasse 11 und die zweite Schwungmasse 12 um eine Ruhelage zueinander schwingen zu lassen.
Der Figur 4 ist außerdem zu entnehmen, dass sich das Dämpferelement 21 in einem Beispiel aus einem Kolben 22 und einem Zylinder 23 zusammensetzen kann. Der Kolben 22 kann sich dabei, durch den Zylinder 23 geführt, im Zylinder 23 bewegen. Zwischen dem Kolben 22 und dem Zylinder 23 kann sich der Arbeitsraum 25 befinden, der mit Hydraulikflüssigkeit 26 gefüllt werden kann. Darüber hinaus ist ein Versorgungskanal 13 dargestellt, der mit einem ersten Ende mit dem Arbeitsraum 25 und mit einem zweiten Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt, des Versorgungskanals 13 mit einer Bohrung 14 hydraulisch verbunden sein kann. Der Versorgungskanal 13 kann annähernd radial zur ersten 11
Schwungmasse und/oder zur zweiten 12 Schwungmasse angeordnet sein. Über diesen Versorgungskanal 13 kann die Hydraulikflüssigkeit 26 im Betrieb zwischen dem Arbeitsraum 25 und dem Korrespondenzraum 32 geleitet werden. Die Menge und die
Strömungsgeschwindigkeit der zu bzw. abgeführten Hydraulikflüssigkeit 26 kann über ein Ventil 31 gesteuert werden. Dieses kann, wie in Figur 4 dargestellt, in einer Bohrung 14 angeordnet sein .
Figur 5 zeigt den Schwingungsdämpfer in einer Schnittdarstellung B-B. In der Figur 5 ist erkennbar, dass das Ventil 31 in der Bohrung 14 angeordnet sein kann und der Zu- und Abfluss zum Versorgungskanal 13 bzw. in der Folge zum Arbeitsraum 25 ge¬ steuert werden kann. Die Bohrung 14 kann dabei annähernd axial in der Antriebswelle 41 eingebracht sein, insbesondere kann sie konzentrisch zu einem radialen Querschnitt der Antriebswelle 41 angeordnet sein. Ferner ist in Figur 5 ein Aktor 51 dargestellt, der mit dem Ventil 31 verbunden ist. Die Verbindung von Aktor 51 und Ventil 31 kann beispielsweise mechanisch, hydraulisch und pneumatisch ausgeführt sein. In einem Beispiel des Schwin- gungsdämpfers kann mit Hilfe des Aktors 51 das Ventil 31 auf definierte Weise gesteuert werden. Das Ventil 31 kann mit dem Aktor 51 beispielsweise über eine Spindel verbunden sein, die das Ventil 31 zur Erhöhung des Durchflusses aus der Bohrung 14 herauszieht. Für eine Verringerung des Durchflusses kann die Spindel das Ventil 31 weiter in die Bohrung 14 einschieben.
Neben einem Spindelantrieb für das Ventil 31 kommen auch andere Ansteuerungsvarianten in Betracht. Beispielsweise kann die Ansteuerung auch hydraulisch oder pneumatisch erfolgen. Zum
Beispiel kann der Aktor 51 über eine Steuerung 52 angesteuert werden. Darüber hinaus kann die Steuerung 52 auch in einer Motorsteuerung für eine Verbrennungskraftmaschine integriert oder angeordnet sein. Die Steuerung 52 kann den Aktor durch Übermittlung von Signalen ansteuern. Auch in dem in Figur 5 dargestellten Beispiel können neben dem Ventil 31 weitere Ventile parallel und/oder in Reihe zum Ventil 31 geschaltet sein. Darüber hinaus kann ein Teil der Ventile steuerbar sein und/oder mit dem Aktor 51 oder weiteren Aktoren verbunden sein.
In einem Beispiel eines Verfahrens können die die Drehungs¬ gleichförmigkeit repräsentierenden Informationen an der Antriebswelle 41 auf vordefinierte Weise ermittelt werden 71. Nachfolgend werden die die Drehungsgleichförmigkeit reprä- sentierenden Informationen auch als Informationen oder als
Informationen über die Drehungleichförmigkeit bezeichnet. Diese Informationen können von der Steuerung 52 verarbeitet werden 72. Aus den verarbeiteten Informationen zu den Drehungleichför- migkeiten können von der Steuerung 52 nach vordefinierten Algorithmen Steuersignale generiert werden, die zum Steuern von zumindest einem Ventil 31 in zumindest einem Dämpferelement 21 verwendet werden können 73. In einem Beispiel können die Informationen zu den Drehungleichförmigkeiten über Sensoren 53 ermittelt werden. Beispielsweise können Sensoren 53 das
Drehmoment und oder eine Drehzahl über der Zeit an der Antriebswelle 41 ermitteln und/oder alternativ dazu die Druckverhältnisse in der Pumpeinheit 60 erfassen und an die Steuerung 52 leiten. Darüber hinaus ist es außerdem möglich in einem Beispiel des Verfahrens die Informationen zu den Drehun- gleichförmigkeiten aus einem vorher eingegebenen oder anderweitig ermittelten Kennfeld 54 (beispielsweise ein Kennfeld 54 der Pumpeinheit 60) abzuleiten. Zur Ansteuerung des Ventils 31 werden die verarbeiteten Daten von der Steuerung 52 in Signale gewandelt, die den Aktor 51 steuern können. Der Aktor kann mithilfe der Signale gesteuert werden. Es ist auch möglich, den Aktor 51 lastunabhängig anzusteuern, insbesondere in Abhängigkeit der Drehzahl der Antriebswelle 41.
Der beschriebene Schwingungsdämpfer und das beschriebene Verfahren können auch in Kombination mit anderen, von der Pumpeinheit 60 verschiedenen, Geräten betrieben und eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein derartiger Schwingungsdämpfer auch mit einer Verbrennungskraftmaschine oder einem Kompressor kombiniert werden. Darüber hinaus kann der Schwingungsdämpfer auch bei linearen Antrieben eingesetzt werden, wobei sich die beiden Schwungmassen 11 und 12 annähernd linear zueinander bewegen können (dargestellt in den Figuren 1 und 2) . Die be- schriebene Pumpeinheit 60 kann beispielsweise eine Hubkol¬ benpumpe sein, die in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird. Alternativ dazu ist auch eine Verwendung in stationären Motoren denkbar. Die Erfindung kann auch in Kombination mit anderen Bauteilen und/oder Baugruppen in einem Kraftfahrzeug oder anderen Maschinen eingesetzt werden. Die erste Schwungmasse 11 und die zweite Schwungmasse 12 mit dem Dämpferelement 21 und dem Ventil 31 kann auch in einen Stößel 63 der Pumpeinheit 60 integriert werden und/oder mit diesem in Reihe geschaltet werden. In diesem Fall kann der Schwingungsdämpfer auch als linearer Schwingungsdämpfer eingesetzt werden.
Ferner kann die Pumpeinheit 60 auch durch jeden anderen beliebigen Pumpentyp ersetzt werden. In den beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können neben dem Ventil 31 weitere Ventile eingesetzt werden, die in Reihe und/oder parallel zum Ventil 31 angeordnet sein können. Zumindest ein Teil der Ventile kann steuerbar sein. Ebenso können mehrere Sensoren, mehrere Aktoren oder mehrere Steuerungen eingesetzt werden. Die beschriebene Funktionsweise gilt entsprechend.
Mit der Erfindung können Ungleichförmigkeiten der Antriebskraft FA und Drehungleichförmigkeiten der Welle 41, die zu einer
Resonanz im System und den umliegenden Bauteilen führen können, gedämpft werden. Die betroffenen Bauteile können dadurch leichter und somit kostengünstiger ausgeführt werden. Darüber hinaus erleichtert der Einsatz der Erfindung beispielsweise die Integration der Pumpeinheit 60 in Kraftfahrzeuge. Eine spezielle Anpassung der umliegenden Komponenten an die Pumpeinheit 60 kann entfallen, weil keine nennenswerten Schwingungen auf die umliegenden Komponenten übertragen werden. Das Dämpferelement 21 kann direkt an der Antriebswelle 41, an der durch das Einwirken der Kolbenkräfte die Ungleichförmigkeiten der Antriebskraft FA entstehen, angebracht werden. Für den Betrieb des Dämpferelementes 21 kann dasselbe Fördermedium verwendet werden, welches auch in der Pumpeinheit 60 gefördert wird. Durch eine beispielsweise elektrische Ansteuerung des
Ventils 31 (kann auch als Dämpferdrossel 31 bezeichnet werden) kann die Dämpfungscharakteristik des Dämpferelementes 21, beispielsweise in Abhängigkeit der Drehzahl der Pumpeinheit 60, angepasst werden. Durch diese Maßnahmen wird die Integration einer derartigen Pumpeinheit 60 in andere Systeme, insbesondere in Verbindung mit Verbrennungsmotoren, erheblich erleichtert. Dies liegt daran, dass nur noch ein geringer Anteil an
Schwingungen an benachbarte Bauteile übertragen werden und eine spezielle Auslegung von benachbarten Bauteilen der Pumpeinheit 60 entfallen kann.

Claims

Patentansprüche
1. Schwingungsdämpfer für eine Kraftstoffhochdruckpumpe in Brennkraftmaschinen mit
einer ersten Schwungmasse (11) und einer zweiten
Schwungmasse (12), die zueinander drehbar ausgeführt sind, und einem Dämpferelement (21) mit einem Ventil (31), wobei das Dämpferelement (21) die erste Schwungmasse (11) und die zweite Schwungmasse (12) miteinander verbindet und
das Ventil (31) einen kontinuierlich steuerbaren
Durchfluss aufweist.
2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, bei dem eine Hydraulikflüssigkeit (26) des Dämpferelementes (21) teilweise ein Kraftstoff oder ein Schmieröl für eine Verbrennungskraftmaschine ist .
3. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem ein Versorgungskanal (13) in der ersten Schwungmasse (11) oder der zweiten Schwungmasse (12) annähernd radial verläuft.
4. Schwingungsdämpfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, der auf einer Antriebswelle (41) der Kraftstoff¬ hochdruckpumpe (60) angeordnet ist.
5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 4 , bei dem das Ventil (31) in einer axialen Bohrung (14) der Antriebswelle (41) angeordnet ist .
6. Kraftstoffhochdruckpumpe mit
einem Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und
einer Pumpeinheit (60) mit einer Antriebswelle (41), wobei die erste Schwungmasse (11) mit der Antriebswelle (41) der Pumpeinheit (60) verbunden ist.
7. Kraftstoffhochdruckpumpe, bei dem der Schwingungsdämpfer mit derselben Hydraulikflüssigkeit (26) versorgt wird, die auch von der Pumpeinheit (60) gefördert wird.
8. Verfahren zur Steuerung eines Schwingungsdämpfers mit einem Dämpferelement (21) und einem steuerbaren Ventil (31) in einer Kraftstoffhochdruckpumpe, umfassend:
Ermitteln der die Drehungsgleichförmigkeit repräsen¬ tierenden Informationen (71),
Verarbeiten der die Drehungsgleichförmigkeit repräsen¬ tierenden Informationen (72),
Steuern eines Ventils (31) , welches mit dem Dämpferelement (21) hydraulisch verbunden ist (73) .
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die die Drehungs¬ gleichförmigkeit repräsentierenden Informationen über Sensoren (53) ermittelt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem die die Drehungleichförmigkeit repräsentierenden Informationen aus einem Kennfeld (54) ermittelt werden.
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