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Die Erfindung betrifft eine Dämpfungsvorrichtung und ein Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine.
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Hochdruckpumpen werden regelmäßig zur Förderung von Fluid für ein Einspritzsystem für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendet. Einspritzsysteme für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, so zum Beispiel in Common-Rail-Systemen, sollen den notwendigen Volumenstrom und den erforderlichen Fluiddruck bereitstellen können. Bei einem Wechsel von Füllungs- und Förderphasen einer Hochdruckpumpe können Druckpulsationen und/oder Druckstöße auftreten.
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Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist eine Dämpfungsvorrichtung und ein Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die einen Beitrag leisten, eine Zuverlässigkeit der Dämpfungsvorrichtung und des Kraftstoffssystems zu erhöhen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Dämpfungsvorrichtung, die ein Gefäß und mehrere Dämpfungselemente aufweist. Das Gefäß weist mindestens einen Arbeitsraum auf, der hydraulisch mit einem Fluidsystem koppelbar ist. In dem Arbeitsraum sind die Dämpfungselemente angeordnet. Die Dämpfungselemente weisen jeweils einen Kern auf, der einen ersten Werkstoff mit einer vorgegebenen Kompressibilität aufweist. Des Weiteren weisen die Dämpfungselemente jeweils eine Schicht auf, die den Kern hermetisch dicht umschließt und einen elastischen zweiten Werkstoff aufweist.
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Vorteilhafterweise ist die Dämpfungsvorrichtung ausgebildet, Druckstöße und/oder Druckpulsationen eines Fluids in dem Fluidsystem, beispielsweise in einem Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine, zu dämpfen. Die Druckpulsationen und/oder Druckstöße bewirken zunächst eine Kompression des Kerns. Die Dämpfungselemente nehmen so zunächst kurzfristig Energie auf, die sie anschließend, bei einer Verringerung des Drucks, wieder abgeben. Druckpulsationen und/oder Druckstöße des Fluids in dem Fluidsystem können sich unter anderem nachteilig auch eine Bauteilfestigkeit und eine Zumessgenauigkeit des Kraftstoffsystems auswirken. Des Weiteren können solche Druckpulsationen und/oder Druckstöße unerwünschte akustische Auffälligkeiten generieren. Vorteilhafterweise kann daher solch eine Dämpfungsvorrichtung einen Beitrag leisten dazu, dass die Bauteilfestigkeit von Komponenten des Fluidsystems im Wesentlichen erhalten bleibt und eine Zumessgenauigkeit des Kraftstoffs erhöht werden kann. Des Weiteren kann dadurch ein Entstehen der akustischen Auffälligkeiten zumindest teilweise verhindert werden. Die Kompressibilität des ersten Werkstoffs und die Elastizität des zweiten Werkstoffs kann vorzugsweise so gewählt werden, dass die Dämpfungsvorrichtung in einem Füllsystem genutzt werden kann, welches in einem großen Bereich variablen Fluiddruck aufweist. Im Vergleich zu Dämpfungseinheiten, die nur wenige, insbesondere ein oder zwei, Kompressionselemente aufweisen, kann die Dämpfungsvorrichtung eine wesentlich höhere Zuverlässigkeit aufweisen, da die Dämpfungsvorrichtung zumindest teilweise funktionsfähig sein kann, auch wenn einzelne Dämpfungselemente beispielsweise aufgrund eines Materialfehlers und/oder eines Fertigungsfehlers die gewünschte Kompressionseigenschaft nicht aufweisen. Eine Nutzung von einer Vielzahl von Dämpfungselementen kann somit einen Beitrag leisten, eine Wahrscheinlichkeit, dass die Dämpfungsvorrichtung zumindest teilweise funktionsfähig ist, zu erhöhen und somit einen Beitrag leisten, einen zuverlässigeren Betrieb des Fluidsystems zu ermöglichen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der zweite Werkstoff im Wesentlichen korrosionsbeständig und/oder im Wesentlichen chemisch beständig in Bezug auf ein vorgegebenes Fluid ausgebildet. Dies ermöglicht, die Schicht des jeweiligen Dämpfungselements, die den Kern hermetisch umschließt, im Wesentlichen korrosionsbeständig und/oder im Wesentlichen chemisch beständig in Bezug auf ein vorgegebenes Fluid auszubilden. Dies hat den Vorteil, dass über eine vorgegebene Lebensdauer die Elastizität der Schicht näherungsweise erhalten bleibt und kein merklicher Materialabtrag von der Schicht erfolgt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der zweite Werkstoff im Wesentlichen korrosionsbeständig, insbesondere korrosionsbeständig, und/oder im Wesentlichen chemisch beständig, insbesondere chemisch beständig, in Bezug auf einen Brennkraftstoff ausgebildet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der zweite Werkstoff ein Elastomer auf oder besteht aus einem Elastomer. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung. Beispielsweise kann der zweite Werkstoff ein Gummi aufweisen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der erste Werkstoff ein organisches Polymer auf oder besteht aus einem organischen Polymer.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der erste Werkstoff ein Polyurethan auf oder besteht aus einem Polyurethan.
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Vorzugsweise weist der erste Werkstoff aufgeschäumtes Polyurethan auf. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung. Des Weiteren kann dies einen Beitrag leisten, die Zuverlässigkeit der Dämpfungsvorrichtung zu erhöhen. Ein Gas, das zusätzlich oder alternativ zu dem ersten Werkstoff als kompressibles Medium genutzt werden kann, kann im Vergleich zu dem ersten Werkstoff aufgrund seiner besseren Strömungseigenschaften, beispielsweise aus einer kleinen fehlerhaften Öffnung einer das Gas einschließenden Vorrichtung, viel schneller entweichen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das jeweilige Dämpfungselement ellipsoidenförmig ausgebildet. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung. Alternativ kann das Dämpfungselement kugelförmig, quaderförmig oder zylinderförmig ausgebildet sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Dämpfungselemente in Form einer Netzstruktur angeordnet. Vorzugsweise sind die Dämpfungselemente derart beabstandet angeordnet, sodass eine Benetzung sämtlicher Dämpfungselemente in der Dämpfungsvorrichtung mit dem Fluid möglich ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Dämpfungsvorrichtung einen Gitterkasten auf, in dem die Dämpfungselemente derart angeordnet sind, dass sie darin verbleiben. Der Gitterkasten kann beispielsweise einen rostfreien Stahldraht aufweisen. Eine Herstellung solch eines Gitterkastens kann preiswert erfolgen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Gitterkasten mehrere Gitterkastenelemente auf, in denen jeweils zumindest ein Dämpfungselement derart angeordnet ist, dass es darin verbleibt. Vorteilhafterweise kann dies ein mögliches Ausschwemmen der Dämpfungselemente aus dem Gefäß verhindern. Des Weiteren kann dies verhindern, dass sich die Dämpfungselemente gegenseitig behindern und/oder abschatten und sich dadurch eine mögliche Druckdämpfungswirkung der jeweiligen Dämpfungselemente reduziert.
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Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine, das einen Kraftstoffzulauf, eine Hochdruckleitung, eine Hochdruckkraftstoffpumpe mit mindestens einem Pumpenelement zur Förderung von Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf in die Hochdruckleitung und eine Dämpfungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt umfasst. Der Arbeitsraum der Dämpfungsvorrichtung ist hydraulisch mit dem Kraftstoffzulauf gekoppelt. Hierbei beziehen sich vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts auch auf den zweiten Aspekt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 eine Querschnitt eines Dämpfungselements,
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2 einen Querschnitt mehrerer Dämpfungselemente, die in Form einer Netzstruktur angeordnet sind,
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3 einen Querschnitt mehrere gekoppelte Dämpfungselemente,
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4 einen Längsschnitt einer Dämpfungsvorrichtung,
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5 die Dämpfungsvorrichtung in einer Aufsichtsansicht und
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6 einen Längsschnitt der Dämpfungsvorrichtung mit einem Gitterkasten
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7 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems mit einer Dämpfungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Querschnitt eines Dämpfungselements 10. Das Dämpfungselement 10 weist beispielsweise einen Kern 20 und eine Schicht 30 auf, die den Kern 20 hermetisch umschließt. Der Kern 20 weist einen ersten Werkstoff mit einer vorgegebenen Kompressibilität auf. Der erste Werkstoff weist beispielsweise ein organisches Polymer, beispielsweise ein Polyurethan auf. Insbesondere kann der erste Werkstoff aus dem Polyurethan bestehen. Vorzugsweise ist das Polyurethan aufgeschäumt und elastisch. Die Schicht 30 weist einen elastischen zweiten Werkstoff auf, der im Wesentlichen korrosionsbeständig und/oder im Wesentlichen chemisch beständig ausgebildet ist in Bezug auf ein vorgegebenes Fluid, beispielsweise in Bezug auf einen Brennkraftstoff. Hierbei kann der Brennkraftstoff beispielsweise ein Dieselkraftstoff, ein Benzinkraftstoff oder Biodiesel aufweisen. Der zweite Werkstoff weist beispielsweise ein Elastomer auf. Insbesondere kann der zweite Werkstoff aus einem Elastomer bestehen. Das Dämpfungselement 10 ist beispielsweise ellipsoidenförmig ausgebildet. Insbesondere kann das Dämpfungselement 10 kugelförmig ausgebildet sein. Alternativ kann das Dämpfungselement quaderförmig oder zylinderförmig ausgebildet sein.
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2 zeigt einen Querschnitt mehrerer Dämpfungselemente 10, die in Form einer Netzstruktur angeordnet sind.
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Wie in 3 gezeigt, können die jeweiligen Dämpfungselemente 10 beispielsweise zumindest einen Kontaktbereich aufweisen, in dem das jeweilige Dämpfungselement 10 gekoppelt ist mit einem benachbarten Dämpfungselement 10. Alternativ oder zusätzlich ist möglich, dass benachbarte Dämpfungselemente 10 jeweils mit einem Koppelelement 40 gekoppelt sind. Des Weiteren ist möglich, dass die Dämpfungselemente 10 in einem metallischen Netz derart angeordnet sind, dass sie im Netz, insbesondere in den jeweiligen Maschen des Netzes, verbleiben.
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4 zeigt einen Längsschnitt einer Dämpfungsvorrichtung 100 entlang einer Längsachse L der Dämpfungsvorrichtung 100. Die Dämpfungsvorrichtung 100 weist einen Gefäßkörper 110 und einen Arbeitsraum 120 auf. Der Gefäßkörper 110 weist eine Öffnung 130 auf. Die Öffnung 130 ermöglicht eine hydraulische Kommunikation des Arbeitsraumes 120 mit einem Fluidsystem. In dem Arbeitsraum 120 sind ein oder mehrere, beispielsweise zwei, metallische Netze mit Dämpfungselementen 10 angeordnet. Die metallischen Netze sind mit dem Gefäßkörper 110 gekoppelt, sodass das jeweilige metallische Netz in seiner Lage verbleibt, sowohl bei einem gleichbleibenden Druck in dem Druckgefäß als auch bei einer Änderung des Drucks im Druckgefäß.
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5 zeigt die Dämpfungsvorrichtung 100 in einer Aufsichtsansicht parallel zu der Längsachse L der Dämpfungsvorrichtung 100. In einem Randbereich kann das metallische Netz mit den Dämpfungselement 10 ein dichtes Drahtgeflecht 140 aufweisen. An einer in den Arbeitsraum 120 hineingerichteten Gefäßwand können beispielsweise Klemmbacken 160 angeordnet sein, in die das Drahtgeflecht 140 eingeklemmt werden kann.
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6 zeigt die Dämpfungsvorrichtung 100 mit einem Gitterkasten 170. In dem Gitterkasten 170 sind die Dämpfungselemente 10 derart angeordnet, dass sie darin verbleiben. Der Gitterkasten 170 kann mehrere Gitterkastenelemente aufweisen, in denen jeweils zumindest ein Dämpfungselement 10 derart angeordnet ist, dass es darin verbleibt.
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7 zeigt ein Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffzulauf KSZ, der mit einem Eingang bzw. einer Ansaugseite einer Hochdruckkraftstoffpumpe HDP verbunden ist. Die Hochdruckkraftstoffpumpe weist daher ein Pumpenelement PE zur Förderung von Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf KSZ in eine Hochdruckleitung HDL auf. Ferner ist eine Dämpfungsvorrichtung 100 gemäß einer obigen Ausgestaltung vorgesehen, deren Arbeitsraum 120 hydraulisch mit dem Kraftstoffzulauf gekoppelt ist. Die Hochdruckleitung HDL ist in der Figur mit einem Einspritzsystem der Brennkraftmaschine, genauer mit einem Common-Rail (Hochdruckspeicher) CR des Einspritzsystems gekoppelt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Dämpfungselement
- 20
- Kern
- 30
- Schicht
- 40
- Koppelelement
- 100
- Dämpfungsvorrichtung
- 110
- Gefäßkörper
- 120
- Arbeitsraum
- 130
- Öffnung
- 140
- Drahtgeflecht
- 160
- Klemmbacke
- 170
- Gitterkasten
- L
- Längsachse der Dämpfungsvorrichtung
