DE19854551A1 - Flachrohrdruckdämpfer zur Dämpfung von Flüssigkeits-Druckschwingungen in Flüssigkeitsleitungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flachrohrdruckdämpfer (1) zur Dämpfung von Flüssigkeits-Druckschwingungen in Flüssigkeitsleitungen, insbesondere von Kraftstoff-Druckschwingungen in Kraftstoffversorgungsleitungen (6) von Kraftfahrzeugen, mit mindestens einer Kammer (24), 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 ein Teil der Kammer (24) mit einer Flüssigkeit gefüllt ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Flachrohrdruckdämpfer zur Dämpfung von Flüssigkeits-Druckschwingungen in Flüssigkeitsleitun­ gen und eine Kraftstoffversorgungsleitung nach der Gattung der Pa­ tentansprüche 1 und 6.

Ein solcher Flachrohrdruckdämpfer und eine solche Kraftstoff­ versorgungsleitung sind aus der EP 0 235 394 A1 bekannt. Der bekann­ te Flachrohrdruckdämpfer ist in die Kraftstoffversorgungsleitung einer Verbrennungsmaschine integriert. Die Kraftstoffversorgungsleitung ist in ihrer Längsrichtung durch eine elastische Membran in eine obere, luftgefüllte Kammer und eine untere, kraftstoffleitende Kammer unter­ teilt. Der Flachrohrdruckdämpfer wird hierbei durch die obere, luftgefüll­ te Kammer und die elastische, kraftstoffdichte Membran gebildet. Die Membran absorbiert durch Schaltimpulse von Einspritzventilen und Förderimpulse einer Einspritzpumpe hervorgerufene Druckstöße in der unteren, kraftstoffleitenden Kammer, indem sie sich elastisch verformt und hierdurch die Druckschwingungen auf das Luftkissen in der obe­ ren, luftgefüllten Kammer überträgt. Durch die elastische Verformung der Membran und der hieraus resultierenden Kompression des Luftkis­ sens in der oberen, luftgefüllten Kammer geht Schwingungsenergie verloren, wodurch die Druckschwingungen in der unteren, kraftstofflei­ tenden Kammer gedämpft werden.

Die Membran ist zwischen einem oberen und einem unteren Leitungswandteil der Kraftstoffversorgungsleitung geklemmt, wobei der Rand des oberen Leitungswandteils vom Rand des unteren Leitungs­ wandteils übergriffen ist. Zusätzlich ist dem oberen und dem unteren Leitungswandteil zur Abdichtung ein O-Ring zwischengeordnet.

Der bekannte Flachrohrdruckdämpfer hat den Nachteil, daß die obere, luftgefüllte Kammer bei hohen Druckstößen wie sie insbesonde­ re bei Dichtigkeitsprüfungen auftreten, kollabieren kann. Da die schwingungsfähige Membran durch Reibschluß zwischen der oberen und der unteren Leitungswand gehalten wird, kann diese bei hoher Be­ anspruchung aus ihrem Sitz herausrutschen. Eine Reparatur ist auf­ wendig, da die entsprechende Kraftstoffleitung demontiert und eine neue Membran eingesetzt werden muß.

Darüber hinaus muß die Wandstärke der schwingungsfähigen Membran an den jeweiligen Druckbereich angepaßt werden, in wel­ chem der Flachrohrdruckdämpfer eingesetzt wird, so daß eine Vielzahl von verschiedenen Flachrohrdruckdämpfern hergestellt werden muß, wofür der Fertigungsaufwand entsprechend hoch ist.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Flachrohrdruckdämpfer zur Dämpfung von Flüssigkeits-Druckschwingungen hat demgegenüber den Vorteil, daß durch den Anteil an inkompressibler Flüssigkeit in der Kammer de­ ren Kollabieren auch bei großen Druckstößen verhindert wird. Da die Schwingungs- und Dämpfungseigenschaften des erfindungsgemäßen Flachrohrdruckdämpfers abhängig von der in der Kammer befindlichen Flüssigkeitsmenge voreinstellbar sind, erübrigt sich die Herstellung von Dämpfern mit unterschiedlichen Kammerwandstärken. Deshalb kann derselbe Flachrohrdruckdämpfer universell für verschiedene Druckbe­ reiche eingesetzt werden. Zudem kann unter den in Frage kommenden Wandstärken für den Flachrohrdruckdämpfer diejenige ausgewählt werden, welche für die Fertigung am günstigsten ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den hohen Sicherheitsreser­ ven des erfindungsgemäßen Flachrohrdruckdämpfers, so daß dieser auch Dichtigkeitsprüfungen schadlos übersteht, bei welchen die Prüf­ drücke das 2-fache des üblichen Betriebsdrucks erreichen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Patent­ anspruch 1 angegebenen Flachrohrdruckdämpfers möglich.

Eine besonders zu bevorzugende Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß ein Teil der Kammer vorzugsweise mit Öl und der andere Teil der Kammer mit einem gasförmigen Medium, vorzugsweise mit Luft unter Umgebungsdruck befüllt ist. Durch die hohe Volumenelastizität der Luft ist einerseits ein guter Dämpfungseffekt durch die Kammer er­ zielbar. Andererseits weist Öl eine sehr kleine Kompressibilität auf, wodurch bei Überschreiten der Elastizitätsreserven eine hohe Sicher­ heit gegen ein Kollabieren der Kammer gegeben ist.

Die Anordnung des Flachrohrdruckdämpfers hat den Vorteil, daß bei dessen ungewollter Undichtheit trotzdem keine Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsleitung austritt.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kraftstoffversor­ gungseinrichtung mit einer bevorzugten Ausführungsform eines Flach­ rohrdruckdämpfers gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine seitliche Schnittdarstellung des Flachrohrdruckdämpfers von Fig. 1, Fig. 3 eine vordere Querschnittsansicht des Flachrohrdruckdämpfers von Fig. 2, und Fig. 4 ein Diagramm für die Volumenänderung des Flachrohr­ druckdämpfers von Fig. 2 und 3 in Abhängigkeit vom Außendruck.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Es wird ein Flachrohrdruckdämpfer 1 zur Dämpfung von Flüssig­ keits-Druckschwingungen in Flüssigkeitsleitungen, insbesondere von Kraftstoff-Druckschwingungen in Kraftstoffversorgungsleitungen von Kraftfahrzeugen vorgeschlagen.

In Fig. 1 ist eine Kraftstoffversorgungseinrichtung 2 vereinfacht und schematisch gezeigt, bei welcher Kraftstoff aus einem Tank 4 ei­ nem rohrförmigen Kraftstoffverteiler 6 eines im übrigen nicht dargestell­ ten 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 an­ deren Stirnseite nicht-eingespritzter Kraftstoff über einen Druckregler 16 zum Tank 4 zurückgeführt wird. Alternativ könnte die Kraftstoffver­ sorgungseinrichtung 2 auch rücklauffrei ausgebildet sein, wobei in ei­ nem solchen Fall der Druckregler 16 in der Tankeinbaueinheit 8 ange­ ordnet ist und der Umgebungsdruck als Referenzdruck dient.

Im Inneren des Kraftstoffverteilers 6 ist der erfindungsgemäße Flachrohrdruckdämpfer 1 als Flachrohr 18 ausgebildet und beispiels­ weise waagerecht angeordnet, wobei die beiden Enden 20 des Flach­ rohrs 18 beispielsweise verjüngend verschlossen und 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 we­ sentlichen vollständig von Kraftstoff umgeben ist.

Gemäß dem in Fig. 2 gezeigten vergrößerten Ausschnitt von Fig. 1 besteht das Flachrohr 18 beispielsweise aus Stahlblech mit im wesentlichen elliptischem Querschnitt. Der Querschnitt kann jedoch auch eine runde, eckige oder andere Form haben. Das beispielsweise Flachrohr 18 ist durch die Länge L, die Dicke D, die Breite B und die Wandstärke a charakterisiert, beispielsweise beträgt L = 285 mm, D = 5,15 mm, B = 14,5 mm und a = 0,2 mm. Die Enden 20 des Flachrohrs 18 sind verschlossen und verjüngen sich beispielsweise in dessen Längsrichtung, wodurch eine in sich geschlossene Kammer 24 gebildet ist. Die Dicke und die Breite bzw. der Querschnitt der Kammer 24 sind vorzugsweise klein gegenüber ihrer Länge.

Durch die geringe Wandstärke kann sich die Kammerwand 26 in nachgiebiger Weise verformen, wenn durch Schaltimpulse der Ein­ spritzventile 14 hervorgerufene Kraftstoff-Druckschwingungen im Kraftstoffverteiler 6 von außen auf sie einwirken. Hierbei wird dem Sy­ stem Schwingungsenergie entzogen, wodurch es zur gewünschten Dämpfung der Kraftstoff-Druckschwingungen kommt. Wegen der vor­ zugsweise langgestreckten Form der Kammer 24 verformt sich diese unter Druckeinwirkung hauptsächlich in radialer Richtung.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform des Flachrohrdruck­ dämpfers 1 ist die Kammerwand 26 einstückig und weist überall die gleiche Wandstärke auf. Alternativ könnte sich aber auch nur ein Teil der Kammerwand 26 elastisch verformen, während sich der andere Teil quasi-starr verhält, was z. B. durch abschnittsweise unterschiedliche Wandstärken oder abschnittsweise unterschiedliches Material der Kammerwand 26 realisierbar ist.

Die Kammer 24 ist erfindungsgemäß mit einem gasförmigen Medium, vorzugsweise mit Luft 28, und mit einem flüssigen Medium, vorzugsweise mit Öl 30 gefüllt, damit es bei großen Druckstößen zu keinem Kollabieren der Kammer 24 kommen kann. Material (E-Modul) und Geometrie der Kammer 24 sowie ihr Füllgrad mit Luft 28 und Öl 30 sind hierbei so bemessen, daß es bei Drücken bis zum 2-fachen Be­ triebsdruck nur zu rein elastischen und nicht zu plastischen Verformun­ gen kommt. Vorzugsweise beträgt der Füllgrad mit Öl 88% bis 92%, d. h. daß 88% bis 92% des Kammervolumens mit Öl 30 und der Rest vorzugsweise mit Luft 28 unter Umgebungsdruck gefüllt ist. Alternativ kann die Kammer 24 auch mit einem anderen Gas unter Umgebungs­ druck oder unter einem anderen Druck sowie mit einem anderen flüssi­ gen Medium befüllt sein.

Fig. 4 zeigt experimentell ermittelte Werte für die Volumenände­ rung dV eines Flachrohrdruckdämpfers 1 gemäß der Erfindung mit ei­ nem Flachrohr der Länge L = 285 mm, der Dicke D = 5,15 mm, der Breite B = 14,5 mm und der Wandstärke a = 0,2 mm in Abhängigkeit vom Außendruck für unterschiedliche Füllgrade mit Öl. Hieraus geht hervor, daß bei reiner Luftfüllung (Öl = 0%, Innendruck p₀ = 1 bar) mit steigendem Außendruck erwartungsgemäß eine näherungsweise linea­ re Volumenänderung dV der Kammer 24 stattfindet. Bei weiterer Stei­ gerung des Außendrucks würde sich die Kammerwand 26 plastisch verformen und schließlich kollabieren, was im Diagramm aber aus Maßstabsgründen nicht dargestellt ist. Demgegenüber bringt ein hoher Füllgrad mit Öl von 97% eine Kammerstruktur mit relativ geringer Nachgiebigkeit im Bereich von 100 bis ca. 500 kPa, während bei noch höheren Außendrücken annähernd keine Verformung mehr stattfindet, wie die stark degressive Kurve zeigt. Eine solche Kammer 24 verhält sich durch den hohen Anteil an inkompressibler Flüssigkeit sehr steif, weshalb die Dämpfungswirkung relativ gering ist.

Wie aus Fig. 4 im weiteren hervorgeht, ergibt sich bei Füllgraden von 88% bis 95% ein leicht degressives Verhalten mit einer annähernd linearen Volumenänderung dV bei niedrigen Drücken, welche dann bei höheren Drücken nur noch wenig zunimmt. Es liegt dann näherungs­ weise eine polytrope Zustandsänderung vor, d. h. es gilt: p.Vⁿ = konst, wobei p der Druck, V das Volumen und n der Polytropenexponent ist. Vorzugsweise beträgt der Füllgrad mit Öl 30 einer Kammer 24 der oben angegebenen Größe zwischen 88% und 92%. In diesem Bereich tritt das gewünschte Volmenänderungsverhalten auf, bei welchem durch eine ausreichende Elastizität bei niedrigeren Drücken eine gute Dämpfungswirkung und durch eine zunehmende Versteifung bei höhe­ ren Drücken zugleich Schutz gegen Kollabieren und plastische Verfor­ mungen der Kammer 24 gegeben sind. Die Grenzwerte für die Füllgra­ de mit Öl 30, mit welchen das gewünschte Volumenänderungsverhal­ ten der Kammer 24 noch erzielbar ist, hängen u. a. von der Material- und Formsteifigkeit der Kammer 24 und der Art des gasförmigen und flüssigen Mediums ab, so daß die oben angegebenen Grenzwerte nur die bevorzugte Ausführungsform betreffen.

Die Elastizitäts- und Dämpfungseigenschaften der Kammer 24 können daher bei gegebener Material- und Formsteifigkeit abhängig von der Art des gasförmigen und flüssigen Mediums und deren Füll­ grad auf einfache Weise an die jeweils vorliegenden Druckschwankun­ gen im Kraftstoffverteiler 6 angepaßt werden.

Die Verwendung des Flachrohrdruckdämpfers 1 gemäß der Er­ findung ist nicht auf kraftstoffführende Leitungen beschränkt, sondern kann bei jeglicher Art von Flüssigkeitsleitung zur Dämpfung von Druck­ schwingungen dienen. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Verwendung des Flachrohrdruckdämpfers 1 in einer Kraftstoffeinspritz­ anlage einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennstoffma­ schine beschrieben.

Claims (6)

1. Flachrohrdruckdämpfer (1) zur Dämpfung von Flüssigkeits-Druckschwin­ gungen in Flüssigkeitsleitungen, insbesondere von Kraftstoff-Druckschwin­ gungen in Kraftstoffversorgungsleitungen (6) von Kraftfahrzeugen, mit min­ destens einer Kammer (24), von welcher mindestens ein Teil der Kammer­ wand (26) mit der Flüssigkeit in Wirkverbindung stehend durch die Flüssig­ keits-Druckschwingungen elastisch verformbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Kammer (24) mit einer Flüssigkeit (30) gefüllt ist.

2. Flachrohrdruckdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (24) vollständig von der Flüssigkeit umgeben und als zumindest teil­ weise dünnwandiges Flachrohr (18) ausgebildet ist, dessen Querschnitt klein gegenüber seiner Längserstreckung ist und dessen Enden (20) verschlossen sind.

3. Flachrohrdruckdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil der Kammer (24) vorzugsweise mit Öl (30) und der andere Teil der Kammer (24) mit einem gasförmigen Medium, vorzugsweise mit Luft (28) unter Umgebungsdruck gefüllt ist.

4. Flachrohrdruckdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise 88% bis 92% des Volumens der Kammer (24) mit Öl (30) gefüllt ist.

5. Flachrohrdruckdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachrohr (18) aus Stahlblech ausgebildet ist.

6. Kraftstoffversorgungsleitung (6) enthaltend mindestens einen Flachrohr­ druckdämpfer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.