WO2017102151A1 - Fluidpumpe, insbesondere kraftstoff-hochdruckpumpe - Google Patents

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WO2017102151A1
WO2017102151A1 PCT/EP2016/075628 EP2016075628W WO2017102151A1 WO 2017102151 A1 WO2017102151 A1 WO 2017102151A1 EP 2016075628 W EP2016075628 W EP 2016075628W WO 2017102151 A1 WO2017102151 A1 WO 2017102151A1
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damper
fluid pump
diaphragm
pressure
membrane
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PCT/EP2016/075628
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Inventor
Klaus Lang
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Robert Bosch Gmbh
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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
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    • 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
    • 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
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/04—Devices damping pulsations or vibrations in fluids
    • F16L55/045—Devices damping pulsations or vibrations in fluids specially adapted to prevent or minimise the effects of water hammer
    • F16L55/05—Buffers therefor
    • F16L55/052—Pneumatic reservoirs
    • F16L55/053—Pneumatic reservoirs the gas in the reservoir being separated from the fluid in the pipe
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M2200/26—Fuel-injection apparatus with elastically deformable elements other than coil springs
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/80—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly
    • F02M2200/8084—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly involving welding or soldering

Definitions

  • Fluid pump in particular high-pressure fuel pump prior art
  • the invention relates to a fluid pump, in particular a high-pressure fuel pump with an integrated diaphragm pressure damper.
  • a fluid pump of the aforementioned type is known from DE 10 2004 002 489 B4 and is used, for example, in internal combustion engines with direct fuel injection.
  • the fuel is compressed by the fluid pump to a high pressure and conveyed into a fuel rail. From this, the fuel passes under high pressure via fuel injectors directly into the combustion chambers of the internal combustion engine.
  • the fluid pump sucks the fuel via an inlet and an inlet valve into a delivery chamber. This is limited by a reciprocating delivery piston.
  • a pressure damper is provided to compensate for pressure fluctuations in a fuel line, which is connected to the inlet.
  • Object of the present invention is to develop a fluid pump of the type mentioned so that they on the one hand as low as possible
  • the fluid pump according to the invention is flexible and universally applicable. Due to the design with two chambers a compact, structurally simple and inexpensive construction is realized.
  • the fluid pump can be designed as a high-pressure fuel pump and in particular as a piston pump. It is also conceivable that the
  • Diaphragm pressure damper is designed as a metal diaphragm damper.
  • Damper chambers can each have a closed gas volume.
  • the diaphragm damper at least three
  • Membrane and each damper chamber is limited by two of the three membranes.
  • a structurally simple and at the same time stable design of the diaphragm pressure damper is achieved.
  • at least the diaphragms to the outside limiting diaphragm have a central and provided in particular concentric beads spring portion to allow pressurization, in particular by acting on the diaphragm pressure damper, a deformation of the membrane.
  • the spring portion may be surrounded by a flat and circumferential edge portion.
  • the membranes are peripherally connected positively and / or cohesively with each other.
  • the membrane can be connected to each other in a space-saving and stable manner, without the need for further components.
  • the membranes may be connected to each other at their edge portions.
  • a first of the damper chambers has a lower rigidity than a second one of the damper chambers.
  • the first damper chamber can act in the low pressure range and provide a sufficient displacement in this area, for example in the range of 0-2.5 bar.
  • Damper chamber may also already act in the lower pressure range, although to a lesser extent than the first damper chamber.
  • Damper chamber acts in particular above the low pressure range and provides in this area a high displacement, in particular above 2.5 bar.
  • the stiffness of a damper chamber can by their as
  • Damper chamber can be influenced.
  • the wall thickness of the membrane which is preferably made of metal, can be changed so that it is structurally "soft", for example.
  • type and pressure of the preferably designed as a gas filling medium of the desired stiffness can be adjusted accordingly.
  • damper chambers are tuned such that when a first acting on the diaphragm pressure damper is exceeded
  • Thresholds targeted a sip volume for damping on the
  • Membrane pressure damper acting pressures are provided.
  • a further advantageous embodiment provides that at least one of the diaphragms delimiting one of the damper chambers has a protective surface or a protective element in the damper chamber. This wear protection is realized, so that damage caused by contact of the membrane between each other are largely avoided. In addition, you can
  • Protective surface or support element provide for a further damping, by this particular in abrupt increase of the on the
  • Diaphragm pressure acting damper the impact of the membrane on each other It is expedient if protective surface or protective element are arranged in the damper chamber in a contact area in which the membrane can touch.
  • the protective surface may form a surface layer of a membrane.
  • the protective element may be an additional component. Conceivable is the use of rubbers, sponge rubber, foams or the like.
  • the membrane which separates the first damper chamber from the second damper chamber has a passage, so that the first damper chamber and the second damper chamber are flow-connected. This simplifies the manufacture of the diaphragm pressure damper, since only one filling medium (gas) has to be introduced into the diaphragm pressure damper. In this case, equal pressure conditions prevail in both damper chambers, so that the membrane separating the first damper chamber from the second damper chamber acts as a mechanical spring. Also in this way a two-stage damping can be achieved.
  • a further advantageous embodiment provides that the passage is arranged in a contact region, in which two diaphragms delimiting the damper chamber can abut each other, and that the passage can be closed to one another by contacting the diaphragm.
  • Damper chambers no longer flow-connected to each other after concerns the membrane and it can prevail in the damper chambers different pressures of the filling medium. This is also a two-stage damping realized.
  • the passage in the membrane, which separates the first damper chamber from the second damper chamber outside of a Abutment is located to establish regardless of the current operating condition, a flow connection between the damper chambers.
  • the diaphragm pressure damper can be arranged on or in an inlet of the fluid pump and for damping inlet side
  • Pressure fluctuations can be reduced or even compensated, especially in a low pressure line or in a low pressure connection of the fluid pump.
  • a diaphragm pressure damper on or in a
  • High-pressure port of the fluid pump which may be connected to a fuel rail ("rail").
  • the design of the diaphragm pressure damper with more than two mutually separate damper chambers, for example with three mutually separate damper chambers.
  • the design of the diaphragm pressure damper with more than two mutually separate damper chambers, for example with three mutually separate damper chambers.
  • Diaphragm damper have four diaphragms and each damper chamber may be delimited by two each of the four diaphragms.
  • Membrane pressure damper has a rotationally symmetrical design.
  • a non-rotationally symmetrical design of the diaphragm pressure damper is also conceivable.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine with a high-pressure fluid pump; a partial section through a first embodiment of the fluid pump of Figure 1; an enlarged detail view of the diaphragm pressure damper of the fluid pump of Figure 2; in several graphs possible pressure curves of the
  • Diaphragm pressure damper of Figure 3 a representation similar to Figure 3 of a diaphragm pressure damper of an alternative embodiment of a fluid pump; a representation similar to Figure 3 of a diaphragm pressure damper of a fluid pump with rotationssysmmetrischer configuration; and a representation similar to Figure 3 of a diaphragm pressure damper of a fluid pump with non-rotationally symmetrical
  • a fuel system carries a non-illustrated
  • a high pressure port 22 of the fluid pump 20 is connected to a fuel rail 24.
  • the fuel compressed by the fluid pump 20 is stored under high pressure.
  • a plurality of fuel injectors 26 are connected, which inject the fuel directly into each of their associated combustion chamber 28.
  • the hydraulic circuit diagram of the fluid pump 20 shown in Figure 1 shows some of its essential components: this includes a delivery piston 30 which can be set in a reciprocating motion by a drive shaft, not shown. It belongs to the limitation of a delivery chamber 32, which via a switchable inlet valve 34 with the low pressure port 18 and a
  • Exhaust valve 36 can be connected to the high pressure port 22.
  • a diaphragm pressure damper 40 is arranged in a flow path 38.
  • the inlet valve 34 can be controlled to adjust the delivery rate of the fluid pump 20.
  • the inlet valve 32 is forcibly opened during a delivery stroke of the delivery piston 30, so that the fuel is not conveyed to the fuel rail 24, but back to the low-pressure port 18. Among other things, thereby occurring in the flow path 38
  • the fluid pump 20 comprises a pump housing with a cylindrical housing body 42 and a housing cover 44 arranged on the axial end side thereof.
  • the housing body 42 is a turned part, whereas the housing cover 44 is shaped without cutting as a sheet metal shaped part, for example made of stainless steel. Attached to the housing body 42 is an inlet stub which forms the low pressure port 18.
  • the inlet port 18 opens into a formed between the housing cover 44 and the housing body 42 extension 50 of the flow path 38.
  • Housing body 42 existing channel leads from the extension 50 in a manner not shown to the inlet valve 34, which is not visible in Figure 2.
  • an outlet is attached, which forms the high pressure port 22.
  • the diaphragm pressure damper 40 is within the extension 50 of the
  • Diaphragm pressure damper 40 has two mutually separate damper chambers 52, 54.
  • the diaphragm pressure damper 40 includes three parallel diaphragms 56a, 56b and 56c.
  • the damper chambers 52, 54 are bounded by two of the three diaphragms 56a, 56b and 56c, respectively.
  • the Membranes 56a, 56b and 56c each have a central and with
  • concentric beads provided spring portion 58a, 58b and 58c, and a planar and peripheral edge portion 60a, 60b and 60c. The latter are welded together at 62 in their radially outer free edge.
  • damper chambers 52, 54 each have a gas volume 64, 66 enclosed.
  • the first damper chamber 52 has a lower rigidity than the second damper chamber 54.
  • the stiffness of the damper chamber results from the combination sealing surface or membrane (metal) and filling medium (gas).
  • the first damper chamber 52 acts in a low pressure range (for example 0-2.5 bar), the second damper chamber 54 predominantly in a high pressure range (for example 2.5 bar or higher).
  • the second membrane 56b has a protective element 68.
  • the protective element 68 is arranged in a contact region 70, in which the diaphragm 56 a and
  • the protective element 68 serves for wear protection.
  • the second membrane 56b has a passage 72 which is also in the
  • Protective element 68 is formed.
  • the second diaphragm 56b acts as a mechanical spring, as in the damper chambers 52, 54 same
  • a passage 74 may be arranged outside the contact region 70. In this way, prevail in two damper chambers 52, 54 always the same pressure conditions.
  • the passages 72 and 74 may be different in size, so that they are different
  • Fig. 4 shows in several graphs the volume change dV plotted against the prevailing pressure p.
  • the diaphragm damper is unloaded (first pressure threshold).
  • the first diaphragm 56a engages the second diaphragm 56b (second pressure threshold).
  • both the first diaphragm 56a and the third diaphragm 56c are in contact with the second diaphragm 56b.
  • the constructively soft executed first Diaphragm 56a with high displacement, ie with large distances when the ambient pressure changes characteristic curve 76. In this pressure range, the
  • the third diaphragm 56c lays smaller paths than the first diaphragm 56a.
  • Damper chamber 52, 54 are tuned such that in this first
  • Membrane 56b transmits.
  • the second membrane 56b becomes effective, which generates optimum volume absorption in accordance with the increasing pressure.
  • the third diaphragm 56c continues to take over the entire entire area
  • the total volume of the membrane diaphragm damper 40 is shown in curve 82.
  • 5 shows a diaphragm pressure damper 84 of an alternative embodiment of a fluid pump.
  • the diaphragm pressure damper 84 largely corresponds to the diaphragm pressure damper 40.
  • the diaphragm pressure damper 84 has three mutually separate damper chambers 86, 88 and 90.
  • the diaphragm pressure damper 84 comprises four diaphragms 92a, 92b, 92c and 92d.
  • a non-rotationally symmetrical configuration of a diaphragm pressure damper conceivable. Accordingly, the diaphragm damper 40 and / or the diaphragm pressure damper 84 can not

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Abstract

Eine Fluidpumpe (20), insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpe, mit einem integrierten Membrandruckdämpfer (40) ist im Hinblick darauf, dass sie einerseits möglichst geringe Abmessungen aufweist und andererseits große Druckschwankungen ausgleichen kann, derart ausgestaltet und weitergebildet, dass der Membrandruckdämpfer (40) mindestens zwei voneinander getrennte Dämpferkammern (52, 54) aufweist.

Description

Beschreibung
Titel
Fluidpumpe, insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpe Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Fluidpumpe, insbesondere eine Kraftstoff- Hochdruckpumpe mit einem integrierten Membrandruckdämpfer.
Eine Fluidpumpe der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2004 002 489 B4 bekannt und kommt beispielsweise bei Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff- Direkteinspritzung zum Einsatz. Bei derartigen Brennkraftmaschinen wird der Kraftstoff von der Fluidpumpe auf einen hohen Druck komprimiert und in eine Kraftstoff-Sammelleitung ("rail") gefördert. Von dieser gelangt der Kraftstoff unter hohem Druck über Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen direkt in die Brennräume der Brennkraftmaschine. Die Fluidpumpe saugt den Kraftstoff über einen Einlass und ein Einlassventil in einen Förderraum an. Dieser wird von einem hin- und herbewegbaren Förderkolben begrenzt. Um Druckschwankungen in einer Kraftstoffleitung auszugleichen, die mit dem Einlass verbunden ist, ist ein Druckdämpfer vorgesehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fluidpumpe der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie einerseits möglichst geringe
Abmessungen aufweist und andererseits große Druckschwankungen
ausgleichen kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Fluidpumpe der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Membrandruckdämpfer mindestens zwei voneinander getrennte Dämpferkammern aufweist.
Vorteile der Erfindung
Bei der erfindungsgemäßen Fluidpumpe wird bei einer kompakten Bauweise und in einer kostengünstigen Einheit ein vergleichsweise breiter Druckbereich an einlassseitigen und variablen Vordrücken abgedeckt, indem der Membrandruckdämpfer mindestens zwei voneinander getrennte
Dämpferkammern aufweist. Aufgrund der zwei Dämpferkammern kann eine zweistufige Wirkungsweise mit einem vergleichsweise breiten Funktionsbereich erreicht werden. So lassen sich bei unterschiedlichen und beispielsweise variablen Vordrücken maximale Volumenaufnahmen zur Druckdämpfung realisieren. Dadurch ist die erfindungsgemäße Fluidpumpe flexibel und universell einsetzbar. Aufgrund der Ausgestaltung mit zwei Kammern ist eine kompakte, konstruktiv einfache und kostengünstige Bauweise verwirklicht. Eine
Vergrößerung der Fluidpumpe oder eine Parallelschaltung mehrerer, baulich kompakter Druckdämpfer ist hiermit vermieden.
Die Fluidpumpe kann als Kraftstoff-Hochdruckpumpe und insbesondere als Kolbenpumpe ausgebildet sein. Denkbar ist außerdem, dass der
Membrandruckdämpfer als Metallmembrandämpfer ausgebildet ist. Die
Dämpferkammern können jeweils ein abgeschlossenes Gasvolumen aufweisen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Fluidpumpe sind in den Unteransprüchen angegeben. Zunächst wird vorgeschlagen, dass der Membrandruckdämpfer mindestens drei
Membrane aufweist und jede Dämpferkammer durch jeweils zwei der drei Membrane begrenzt ist. Hiermit ist eine konstruktiv einfache und zugleich stabile Ausgestaltung des Membrandruckdämpfers erreicht. Dabei ist denkbar, dass zumindest die den Membrandruckdämpfer nach außen hin begrenzenden Membrane einen zentralen und mit insbesondere konzentrischen Sicken versehenen Federabschnitt aufweisen, um bei Druckbeaufschlagung, insbesondere durch auf den Membrandruckdämpfer einwirkenden Druck, eine Verformung der Membran zu ermöglichen. Der Federabschnitt kann von einem planen und umlaufenden Randabschnitt umgeben sein.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Membrane umlaufend formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Hiermit lassen sich die Membrane auf platzsparende und stabile Weise miteinander verbinden, ohne dass hierfür weitere Bauelemente erforderlich sind. Eine formschlüssige
Verbindung kann durch Hintergriff von Membranen erreicht werden,
beispielsweise durch "Umschlagen" von Membranabschnitten, wodurch andere Membrane ergriffen werden. Eine stoffschlüssige Verbindung von Membranen kann durch Schweißen, Löten oder Kleben erfolgen. Für eine besonders stabile Verbindung der Membrane ist eine Kombination aus formschlüssiger und stoffschlüssiger Verbindung denkbar.
Im Konkreten können die Membrane an deren Randabschnitten miteinander verbunden sein. Damit ist eine einfache Fertigung des Membrandruckdämpfers möglich. Zudem wirken die Membrane, vom Verbindungsbereich abgesehen, über ihre ganze Fläche.
Um einen vergleichsweise breiten Druckbereich an Vordrücken abzudecken, ist es von Vorteil, wenn eine erste der Dämpferkammern eine geringere Steifigkeit als eine zweite der Dämpferkammern aufweist. Hiermit lässt sich die zweistufige Dämpfung gezielt abstimmen. Die erste Dämpferkammer kann im niederen Druckbereich wirken und in diesem Bereich ein hinreichendes Schluckvolumen bereitstellen, beispielsweise im Bereich von 0-2,5 bar. Die zweite
Dämpferkammer kann ebenfalls bereits im niederen Druckbereich wirken, wenn auch in geringerem Maße als die erste Dämpferkammer. Die zweite
Dämpferkammer wirkt insbesondere oberhalb des niederen Druckbereichs und stellt in diesem Bereich ein hohes Schluckvolumen bereit, insbesondere oberhalb von 2,5 bar. Die Steifigkeit einer Dämpferkammer kann durch deren als
Abdichtfläche wirkende Membran und/oder durch das Medium der
Dämpferkammer beeinflusst werden. Beispielsweise kann die Wandstärke der vorzugsweise aus Metall bestehenden Membran verändert werden, sodass diese beispielsweise konstruktiv "weich" ist. Zudem kann die Art und der Druck des vorzugsweise als Gas ausgeführten Füllmediums der gewünschten Steifigkeit entsprechend abgestimmt werden.
Denkbar ist weiter, dass die Dämpferkammern derart abgestimmt sind, dass bei Überschreiten eines ersten auf den Membrandruckdämpfer einwirkenden
Druckschwellwertes sich die die erste Dämpferkammer begrenzenden
Membrane aufeinander zu bewegen und bei Überschreiten eines zweiten auf den Membrandruckdämpfer einwirkenden Druckschwellwertes diese Membrane aneinander anliegen. Auf diese Weise kann zwischen den beiden
Druckschwellwerten ganz gezielt ein Schluckvolumen zur Dämpfung von auf den
Membrandruckdämpfer einwirkenden Drücken bereitgestellt werden. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass zumindest eine der Membrane, die eine der Dämpferkammern begrenzen, in der Dämpferkammer eine Schutzoberfläche oder ein Schutzelement aufweisen. Hiermit ist ein Verschleißschutz verwirklicht, sodass Beschädigungen durch Berührung der Membrane zwischeneinander weitestgehend vermieden sind. Zudem können
Schutzoberfläche oder Stützelement für eine weitere Dämpfung sorgen, indem diese insbesondere bei schlagartigem Anstieg des auf den
Membrandruckdämpfer einwirkenden Drucks das Auftreffen der Membrane aufeinander dämpfen. Dabei ist es zweckmäßig, wenn Schutzoberfläche oder Schutzelement in der Dämpferkammer in einem Anlagebereich angeordnet sind, in dem sich die Membrane berühren können. Die Schutzoberfläche kann eine Oberflächenschicht einer Membran bilden. Bei dem Schutzelement kann es sich um ein Zusatzbauteil handeln. Denkbar ist die Verwendung von Gummierungen, Moosgummi, Schaumstoffen oder dergleichen.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die Membran, die die erste Dämpferkammer von der zweiten Dämpferkammer trennt, einen Durchgang aufweist, so dass die erste Dämpferkammer und die zweite Dämpferkammer strömungsverbunden sind. Hiermit ist die Fertigung des Membrandruckdämpfers vereinfacht, da lediglich ein Füllmedium (Gas) in den Membrandruckdämpfer eingebracht werden muss. Dabei herrschen in beiden Dämpferkammern gleiche Druckverhältnisse, sodass die die erste Dämpferkammer von der zweiten Dämpferkammer trennende Membran als mechanische Feder wirkt. Auch auf diese Weise lässt sich eine zweistufige Dämpfung erreichen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Durchgang in einem Anlagebereich angeordnet ist, in dem zwei die Dämpferkammer begrenzende Membrane aneinander anliegen können, und dass der Durchgang durch Anliegen der Membrane aneinander verschließbar ist. Dadurch sind die
Dämpferkammern nach Anliegen der Membrane nicht mehr miteinander strömungsverbunden und es können in den Dämpferkammern unterschiedliche Drücke des Füllmediums herrschen. Hiermit ist ebenfalls eine zweistufige Dämpfung realisiert.
Alternativ hierzu ist denkbar, dass der Durchgang in der Membran, die die erste Dämpferkammer von der zweiten Dämpferkammer trennt außerhalb eines Anlagebereichs liegt, um unabhängig vom vorliegenden Betriebszustand eine Strömungsverbindung zwischen den Dämpferkammern herzustellen.
Im Konkreten kann der Membrandruckdämpfer an oder in einem Einlass der Fluidpumpe angeordnet sein und zur Dämpfung von einlassseitigen
Druckschwankungen dienen. Auf diese Weise können einlassseitige
Druckschwankungen reduziert oder sogar ausgeglichen werden, insbesondere in einer Niederdruckleitung oder in einem Niederdruckanschluss der Fluidpumpe. Alternativ oder ergänzend kann ein Membrandruckdämpfer an oder in einem
Auslass der Fluidpumpe angeordnet sein und zur Dämpfung von auslassseitigen Druckschwankungen dienen. Auch hiermit lassen sich Druckschwankungen ausgleichen, insbesondere in einer Hochdruckleitung oder einem
Hochdruckanschluss der Fluidpumpe, der mit einer Kraftstoff-Sammelleitung ("rail") verbunden sein kann.
Ebenfalls denkbar ist die Ausgestaltung des Membrandruckdämpfers mit mehr als zwei voneinander getrennten Dämpferkammern, beispielsweise mit drei voneinander getrennten Dämpferkammern. In diesem Fall kann der
Membrandruckdämpfer vier Membrane aufweisen und jede Dämpferkammer kann durch jeweils zwei der vier Membrane begrenzt sein.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Membrandruckdämpfer als
Metallmembrandämpfer ausgebildet ist. Ferner ist denkbar, dass der
Membrandruckdämpfer eine rotationssymmetrische Bauform aufweist. Auch eine nicht rotationssymmetrische Ausgestaltung des Membrandruckdämpfers ist denkbar.
Zeichnungen
Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Hochdruck-Fluidpumpe; einen Teilschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Fluidpumpe von Figur 1 ; eine vergrößerte Detailansicht des Membrandruckdämpfers der Fluidpumpe von Figur 2; in mehreren Schaubildern mögliche Druckverläufe des
Membrandruckdämpfers aus Fig.3; eine Darstellung ähnlich Figur 3 eines Membrandruckdämpfers einer alternativen Ausführungsform einer Fluidpumpe; eine Darstellung ähnlich Figur 3 eines Membrandruckdämpfers einer Fluidpumpe mit rotationssysmmetrischer Ausgestaltung; und eine Darstellung ähnlich Figur 3 eines Membrandruckdämpfers einer Fluidpumpe mit nicht rotationssysmmetrischer
Ausgestaltung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 trägt ein Kraftstoff System einer nicht näher dargestellten
Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine Vorforderpumpe 14 den Kraftstoff zu einem Niederdruckanschluss 18 einer als Hochdruck-Kolbenpumpe ausgebildeten Fluidpumpe 20, die in Figur 1 durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist, fördert.
Ein Hochdruckanschluss 22 der Fluidpumpe 20 ist mit einer Kraftstoffrail 24 verbunden. In ihr ist der von der Fluidpumpe 20 komprimierte Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert. An das Kraftstoffrail 24 sind mehrere Kraftstoff- Einspritzvorrichtungen 26 angeschlossen, die den Kraftstoff in einen ihnen jeweils zugeordneten Brennraum 28 direkt einspritzen. Das in Figur 1 gezeigte hydraulische Schaltbild der Fluidpumpe 20 zeigt einige ihrer wesentlichen Komponenten: hierzu gehört ein Förderkolben 30, der von einer nicht gezeigten Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung versetzt werden kann. Er gehört zur Begrenzung eines Förderraums 32, der über ein schaltbares Einlassventil 34 mit dem Niederdruckanschluss 18 und über ein
Auslassventil 36 mit dem Hochdruckanschluss 22 verbunden werden kann. Im Strömungsweg vom Niederdruckanschluss 18 zum Förderraum 32 hin ist in einem Strömungsweg 38 ein Membrandruckdämpfer 40 angeordnet. Das Einlassventil 34 kann zur Einstellung der Fördermenge der Fluidpumpe 20 angesteuert werden. Hierzu wird während eines Förderhubs des Förderkolbens 30 das Einlassventil 32 zwangsweise geöffnet, so dass der Kraftstoff nicht zum Kraftstoffrail 24, sondern zurück zum Niederdruckanschluss 18 gefördert wird. Die unter anderem hierdurch im Strömungsweg 38 auftretenden
Druckpulsationen werden vom Membrandruckdämpfer 40 geglättet.
Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, umfasst die Fluidpumpe 20 ein Pumpengehäuse mit einem zylindrischen Gehäusekörper 42 und einem an dessen axialer Stirnseite angeordneten Gehäusedeckel 44. Der Gehäusekörper 42 ist ein Drehteil, wohingegen der Gehäusedeckel 44 spanlos als Blechformteil beispielsweise aus Edelstahlblech geformt ist. An dem Gehäusekörper 42 ist ein Einlassstutzen befestigt, weicher den Niederdruckanschluss 18 bildet.
Der Einlassstutzen 18 mündet in eine zwischen dem Gehäusedeckel 44 und dem Gehäusekörper 42 gebildete Erweiterung 50 des Strömungswegs 38. Ein im
Gehäusekörper 42 vorhandener Kanal führt von der Erweiterung 50 auf nicht näher dargestellte Art und Weise zum Einlassventil 34, welches in Figur 2 nicht sichtbar ist. Am Gehäusekörper 42 ist ein Auslassstutzen befestigt, welcher den Hochdruckanschluss 22 bildet.
Der Membrandruckdämpfer 40 ist innerhalb der Erweiterung 50 des
Strömungswegs 38 angeordnet und ist in Fig.3 einzeln dargestellt. Der
Membrandruckdämpfer 40 weist zwei voneinander getrennte Dämpferkammern 52, 54 auf. Zudem umfasst der Membrandruckdämpfer 40 drei parallel angeordnete Membranen 56a, 56b und 56c. Die Dämpferkammern 52, 54 sind durch jeweils zwei der drei Membrane 56a, 56b und 56c begrenzt. Die Membrane 56a, 56b und 56c weisen jeweils einen zentralen und mit
konzentrischen Sicken versehenen Federabschnitt 58a, 58b bzw. 58c auf, sowie einen planen und umlaufenden Randabschnitt 60a, 60b bzw. 60c. Letztere sind an ihrem radial äußeren freien Rand miteinander in 62 verschweißt. In den Dämpferkammern 52, 54 ist jeweils ein Gasvolumen 64, 66 eingeschlossen.
Die erste Dämpferkammer 52 weist eine geringere Steifigkeit als die zweite Dämpferkammer 54 auf. Die Steifigkeit der Dämpferkammer ergibt sich aus der Kombination Abdichtfläche bzw. Membran (Metall) und Füllmedium (Gas). Die erste Dämpferkammer 52 wirkt in einem niederen Druckbereich (bspw. 0 - 2,5 bar), die zweite Dämpferkammer 54 überwiegend in einem hohen Druckbereich (bspw. 2,5bar oder höher).
Die zweite Membran 56b weist ein Schutzelement 68 auf. Das Schutzelement 68 ist in einem Anlagebereich 70 angeordnet, in dem sich die Membrane 56a und
56b berühren können. Das Schutzelement 68 dient zum Verschleißschutz.
Die zweite Membran 56b weist einen Durchgang 72 auf, der auch im
Schutzelement 68 ausgebildet ist. Damit wirkt die zweite Membran 56b wie eine mechanische Feder, da in den Dämpferkammern 52, 54 gleiche
Druckverhältnisse herrschen. Gelangen die erste Membran 56a und die zweite Membran 56b miteinander in Kontakt, wird der Durchgang 72 verschlossen.
Alternativ oder zusätzlich zum Durchgang 72 kann ein Durchgang 74 außerhalb des Anlagebereichs 70 angeordnet sein. Auf diese Weise herrschen in beiden Dämpferkammern 52, 54 stets gleiche Druckverhältnisse. Die Durchgänge 72 und 74 können unterschiedliche groß sein, so dass sie unterschiedliche
Drosselwirkungen haben.
Fig. 4 zeigt in mehreren Schaubildern die Volumenänderung dV aufgetragen über dem vorherrschenden Druck p. Im Zustand A ist der Membrandämpfer unbelastet (erster Druckschwellwert). Beim Zustand B gelangt die erste Membran 56a mit der zweiten Membran 56b in Anlage (zweiter Druckschwellwert). Im Zustand C sind sowohl die erste Membran 56a als auch die dritte Membran 56c mit der zweiten Membran 56b in Kontakt. In einem niederen Druckbereich (zwischen Zustand A und B) wirkt die konstruktiv weich ausgeführte erste Membran 56a mit hohem Schluckvolumen, d.h. mit großen Wegen bei Änderung des Umgebungsdrucks (Kennlinie 76). In diesem Druckbereich wird die
Gesamtfunktion durch die dritte Membran 56c unterstützt (Kennlinie 78).
Aufgrund der höheren Steifigkeit legt die dritte Membran 56c geringere Wege als die erste Membran 56a zurück. Die Drücke der Füllmedien in den
Dämpferkammer 52, 54 sind derart abgestimmt, dass in diesem ersten
Funktionsbereich (zwischen Zustand A und B) die zweite Membran 56b lediglich einen vernachlässigbaren Weg zurückgelegt (Kennlinie 80). Ab einem gewissen Druck (zweiter Druckschwellwert) gelangt die erste Membran
56a mit der zweiten Membran 56b in Kontakt, sodass sich die erste Membran 56a nicht mehr stark verformt, die hydraulische Kraft aber auf die zweite
Membran 56b überträgt. Damit wird die zweite Membran 56b wirksam, die entsprechend dem steigenden Druck optimale Volumenaufnahme generiert. Die dritte Membran 56c nimmt weiterhin über den ganzen gesamten Bereich
Volumen auf, nun aber weniger als die zweite Membran 56 B. Die gesamte Volumenaufnahme des Membrandruckdämpfers 40 ist in Kennlinie 82 dargestellt. Fig.5 zeigt einen Membrandruckdämpfer 84 einer alternativen Ausführungsform einer Fluidpumpe. Der Membrandruckdämpfer 84 entspricht in seinem Aufbau weitgehend dem Membrandruckdämpfer 40. Abweichend hiervon weist der Membrandruckdämpfer 84 drei voneinander getrennte Dämpferkammern 86, 88 und 90 auf. Dabei umfasst der Membrandruckdämpfer 84 vier Membrane 92a, 92b, 92c und 92d.
Wie in Fig. 6 dargestellt, kann ein Membrandruckdämpfer einen
rotationssymmetrischen Aufbau aufweisen. Demnach können der
Membrandämpfer 40 und/oder der Membrandruckdämpfer 84
rotationssymmetrisch ausgebildet sein.
Alternativ hierzu ist, wie in Fig. 7 dargestellt, eine nicht rotationssymmetrische Ausgestaltung eines Membrandruckdämpfers denkbar. Demnach können der Membrandämpfer 40 und/oder der Membrandruckdämpfer 84 nicht
rotationssymmetrisch ausgebildet sein.

Claims

Ansprüche 1 . Fluidpumpe (20), insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpe, mit einem
integrierten Membrandruckdämpfer (40), dadurch gekennzeichnet, dass der Membrandruckdämpfer (40) mindestens zwei voneinander getrennte
Dämpferkammern (52, 54; 86, 88, 90) aufweist.
2. Fluidpumpe (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Membrandruckdämpfer (20) mindestens drei Membrane (56a, 56b, 56c; 92a, 92b, 92c, 92d) aufweist und jede Dämpferkammer (52, 54; 86, 88, 90) durch jeweils zwei der drei Membrane (56a, 56b, 56c; 92a, 92b, 92c, 92d) begrenzt ist.
3. Fluidpumpe (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Membrane (56a, 56b, 56c; 92a, 92b, 92c, 92d) umlaufend formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
4. Fluidpumpe (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Membrane (56a, 56b, 56c; 92a, 92b, 92c, 92d) an Randabschnitten (60a, 60b, 60c) miteinander verbunden sind.
5. Fluidpumpe (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine erste (52; 86) der Dämpferkammern (52, 54; 86,
88, 90) eine geringere Steifigkeit als eine zweite (54; 88) der
Dämpferkammern (52, 54; 86, 88, 90) aufweist.
6. Fluidpumpe (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Dämpferkammern (52, 54; 86, 88, 90) derart abgestimmt sind, dass bei Überschreiten eines ersten auf den
Membrandruckdämpfer (40) einwirkenden Druckschwellwertes sich die die erste Dämpferkammer (52; 86) begrenzenden Membrane (56a, 56b; 92a, 92b) aufeinander zu bewegen und bei Überschreiten eines zweiten
Druckschwellwertes diese Membrane (56a, 56b; 92a, 92b) aneinander anliegen.
7. Fluidpumpe (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest eine der Membrane (56a, 56b, 56c; 92a, 92b, 92c, 92d), die eine der Dämpferkammern (52, 54; 86, 88, 90) begrenzen, in der Dämpferkammer (52, 54; 86, 88, 90) eine
Schutzoberfläche oder ein Schutzelement (68) aufweisen.
8. Fluidpumpe (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die Membran (56b; 92b), die die erste
Dämpferkammer (52; 86) von der zweiten Dämpferkammer (54; 88) trennt, einen Durchgang (72; 74) aufweist, so dass die erste Dämpferkammer (52; 86) und die zweite Dämpferkammer (54; 88) strömungsverbunden sind.
9. Fluidpumpe (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (72) in einem Anlagebereich (70) angeordnet ist, in dem zwei die Dämpferkammer (64) begrenzende Membrane (56a; 56b) aneinander anliegen können, und dass der Durchgang (72) durch Anliegen der
Membrane (56a; 56b) aneinander verschließbar ist.
10. Fluidpumpe (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Membrandruckdämpfer (20) an oder in einem Einlass der Fluidpumpe (20) angeordnet ist und zur Dämpfung von einlassseitigen Druckschwankungen dient.
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