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Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Bestandteil des Niederdruckbereichs des Kraftstoffeinspritzsystems ist ein Membrandämpfer, der mindestens ein von zwei Membranen umschlossenes, gasgefülltes Dämpfungsvolumen umfasst.
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Stand der Technik
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Innerhalb eines Niederdruckbereichs eines Kraftstoffeinspritzsystems kann es zu unerwünschten Druckpulsationen kommen, die im Niederdruckbereich verbaute Komponenten, wie beispielsweise Sensoren, Filter, Leitungen und/oder Verbindungen, stark belasten. Entsprechend steigen die Anforderungen an die Festigkeit derartiger Komponenten. Ferner können Kraftstoffleitungen des Niederdruckbereichs durch Druckpulsationen zum Schwingen angeregt werden, was häufig mit einer unerwünschten Geräuschentwicklung einhergeht.
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Druckpulsationen sind vorrangig auf die Hubbewegungen eines Pumpenkolbens oder eines Triebwerkteils einer in den Niederdruckbereich eingebundenen Hochdruckpumpe zurückzuführen, die über den Niederdruckbereich mit Kraftstoff versorgt wird. Besonders starke Druckpulsationen treten insbesondere dann auf, wenn die Hochdruckpumpe als Einstempelpumpe ausgebildet ist.
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Aus dem Stand der Technik sind daher bereits Druckpulsationsdämpfer bekannt, die in den Niederdruckbereich, insbesondere in einen Zulaufbereich einer Hochdruckpumpe, integriert sind.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2004 047 601 A1 ist beispielsweise eine Hochdruckpumpe mit einem Druckdämpfer bekannt, der als Membrandämpfer ausgeführt und Bestandteil eines Multifunktionselements ist, das an einen Gehäusekörper einer Hochdruckpumpe angebaut ist. Der Druckdämpfer umfasst mindestens zwei Membranen die ein gasgefülltes Volumen umschließen und über einen Klemmringabschnitt in einem Gehäusedeckel gehalten sind. Der Gehäusedeckel begrenzt gemeinsam mit dem Gehäusekörper einen Raum, in dem der Druckdämpfer aufgenommen ist. Der Zulauf von Kraftstoff in Richtung eines Förderraums der Hochdruckpumpe führt über diesen Raum, so dass im Zulaufbereich auftretende Druckpulsationen gedämpft werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Niederdruckbereich, in dem ein Membrandämpfer angeordnet ist, anzugeben, das eine effizientere Dämpfung von Druckpulsationen ermöglicht. Insbesondere soll der Membrandämpfer eine Reduzierung von Druckpulsationen in unterschiedlichen Druckräumen ermöglichen.
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Zur Lösung der Aufgabe wird das Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das vorgeschlagene Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere Common-Rail-Einspritzsystem, weist einen Niederdruckbereich mit darin angeordnetem Membrandämpfer zur Dämpfung von Druckpulsationen auf, der mindestens ein gasgefülltes Dämpfungsvolumen umfasst, das von zwei Membranen umschlossen ist. Erfindungsgemäß ist der Membrandämpfer zwischen einem ersten und einem zweiten Druckraum angeordnet, wobei der erste und der zweite Druckraum über den Membrandämpfer hydraulisch voneinander getrennt sind.
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Die beiden Druckräume können derart an den Niederdruckbereich angebunden sein, dass eine Druckpulsationsdämpfung in zwei völlig unterschiedlichen Bereichen des Niederdruckbereichs realisierbar ist. Beispielsweise kann ein erster Druckraum an einen Zulaufbereich und der zweite Druckraum kann an einen Rücklaufbereich des Niederdruckbereichs angeschlossen sein. Der eine Membrandämpfer vermag somit zwei separate Dämpfungseinrichtungen zur Dämpfung von Druckpulsationen zu ersetzen, so dass Kosten gesenkt werden. Ferner verringert sich der Bauraumbedarf, da nur noch eine Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung von Druckpulsationen an zwei völlig unterschiedlichen Stellen des Niederdruckbereichs erforderlich ist.
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Selbst dann, wenn der Membrandämpfer lediglich ein gasgefülltes Dämpfungsvolumen umfasst, kann dieses in der Regel zu mehr als 50% zur Dämpfung von Druckpulsationen in jedem der Druckräume bzw. der hieran angebundenen Bereiche eingesetzt werden, da Druckpulsationen in den unterschiedlichen Bereichen des Niederdruckbereichs in der Regel phasenversetzt auftreten.
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Bevorzugt wird der Membrandämpfer des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems nicht von Kraftstoff durchströmt. Das heißt, dass er keinen von einem Einlass getrennten Auslass umfasst, sondern der Einlass in einen Druckraum zugleich der Auslass aus diesem Druckraum ist. Es werden demnach durch die zwei hydraulisch voneinander getrennten Druckräume zwei Ausgleichsvolumina geschaffen, die aufgrund des gasgefüllten Dämpfungsvolumens des Membrandämpfers in der Lage sind ihr Volumen zu vergrößern, um Druck aufzunehmen, und anschließend ihr Volumen wieder zu verkleinern, um Druck abzugeben. Durch diese Maßnahme kann der konstruktive Aufwand in Bezug auf die Anbindung des Membrandämpfers an die unterschiedlichen Druckräume gering gehalten werden. Wird ein höherer Aufwand in Kauf genommen, kann der Membrandämpfer auch derart ausgelegt werden, dass ein Einlass und ein vom Einlass getrennter Auslass vorhanden sind.
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Des Weiteren bevorzugt ist ein erster Druckraum des Membrandämpfers über eine erste Verbindung an einen Zulaufbereich einer Hochdruckpumpe angeschlossen. Beispielsweise kann der erste Druckraum an einen Triebwerksraum der Hochdruckpumpe angeschlossen sein, über den der Zulauf geführt ist. Der Triebwerksraum bildet in diesem Fall einen Teil des Zulaufbereichs aus. In Abhängigkeit von der konkreten Anordnung des Membrandämpfers kann die Verbindung als Bohrung, Kanal, Leitung und/oder als Schlauch ausgebildet sein. Ist beispielsweise der Membrandämpfer in die Hochdruckpumpe integriert oder an die Hochduckpumpe angebaut, kann die Verbindung insbesondere als Bohrung oder als Kanal ausgeführt sein, die bzw. der in einem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe ausgebildet ist. Ist der Membrandämpfer nicht unmittelbar an oder in der Hochdruckpumpe angeordnet, kann die Verbindung insbesondere als Leitung oder Schlauch ausgeführt sein, über welche der Membrandämpfer mit dem Zulaufbereich der Hochdruckpumpe verbunden ist.
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Der zweite Druckraum des Membrandämpfers ist vorzugsweise über eine zweite Verbindung an einen vom Zulaufbereich getrennten Bereich einer Hochdruckpumpe angeschlossen. Hierbei kann es sich um einen Triebwerksraum handeln, sofern der Zulauf nicht über den Triebwerksraum geführt ist, oder um einen vom eigentlichen Triebwerksraum abgetrennten Bereich, wie beispielsweise einen Stößelraum, in dem eine Stößelbaugruppe aufgenommen ist. Auf diese Weise können im Triebwerksraum und/oder im Stößelraum auftretende Druckpulsationen gedämpft werden, die insbesondere auf die Hubbewegungen eines Pumpenkolbens und/oder einer Stößelbaugruppe zurückzuführen sind.
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Alternativ wird vorgeschlagen, dass der zweite Druckraum über eine zweite Verbindung an einen Rücklaufbereich einer Hochdruckpumpe angeschlossen ist. Denn auch dort können – in Abhängigkeit von der Bauart der Hochdruckpumpe – Druckpulsationen auftreten. Beispielsweise können dem Rücklaufbereich zugeführte Steuer- und/oder Leckagemengen zu Druckpulsationen führen, die Ventilen entstammen, die an die Hochdruckpumpe angeschlossen oder in diese integriert sind. Bei den Ventilen kann es sich insbesondere um Einspritzventile handeln, die der Einspritzung des mittels der Hochdruckpumpe auf Hochdruck geförderten Kraftstoffs dienen, und/oder um ein Überströmventil, das der Druckregelung dient. Umfasst der Rücklaufbereich eine Lagerrücklaufbohrung, können im Rücklaufbereich auftretende Druckpulsationen bis in einen Lagerbereich der Hochdruckpumpe vordringen und ggf. einen dort angeordneten Wellendichtring beschädigen. Durch die Anbindung des zweiten Druckraums an den Rücklaufbereich kann demnach zugleich eine Robustheitssteigerung eines im Lagerbereich angeordneten Wellendichtrings bewirkt werden.
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Die zweite Verbindung, über welche der zweite Druckraum an einen vom Zulaufbereich getrennten Bereich einer Hochdruckpumpe angeschlossen ist, kann wiederum als Bohrung, Kanal, Leitung und/oder Schlauch ausgeführt sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Membrandämpfer einen Haltering zur Halterung des Membrandämpfers innerhalb einer Ausnehmung eines Gehäuseteils. Hierbei kann es sich um ein Gehäuseteil des Membrandämpfers oder ein Gehäuseteil der Hochdruckpumpe handeln. Ist letzteres der Fall, kann eine besonders kompakt bauende Anordnung erreicht werden, da der Membrandämpfer ganz oder zumindest teilweise in die Ausnehmung des Gehäuseteils der Hochdruckpumpe eingesetzt werden kann.
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Um die hydraulische Trennung der beiden Druckräume des Membrandämpfers zu bewirken, wird vorgeschlagen, dass der Haltering unter einer radialen und/oder axialen Vorspannung an einer die Ausnehmung begrenzenden Innenumfangsfläche des Gehäuseteils anliegt. Die radiale und/oder axiale Vorspannung macht eine zusätzliche Abdichtung, beispielsweise mittels eines Dichtelements in Form eines Dichtrings, entbehrlich. Der Haltering ist vorzugsweise umlaufend geschlossen ausgebildet, so dass keine Verbindung der beiden Druckräume über eine Öffnung im Haltering besteht. Eine etwaige geringe Leckage zwischen dem Haltering und der Innenumfangsfläche des Gehäuseteils wird als unschädlich angesehen.
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Bevorzugt umfasst der Membrandämpfer ein Deckelteil zur Begrenzung mindestens eines Druckraums. Das Deckelteil erleichtert die Montage des Membrandämpfers. Dies gilt insbesondere, wenn der Membrandämpfer in eine Ausnehmung eines Gehäuseteils einer in den Niederdruckbereich eingebundenen Hochdruckpumpe eingesetzt wird. Das Deckelteil ist demnach bevorzugt mit dem die Ausnehmung aufweisenden Gehäuseteil verbunden.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Membrandämpfer ein erstes zwischen den beiden Druckräumen angeordnetes gasgefülltes Dämpfungsvolumen und mindestens ein weiteres gasgefülltes Dämpfungsvolumen umfasst, das vollständig in einem der beiden Druckräume angeordnet ist. Das zweite gasgefüllte Dämpfungsvolumen, das wiederum von zwei Membranen umschlossen ist, wird demnach allseitig von Kraftstoff umströmt. Die Dämpfungswirkung beider Druckräume ist unterschiedlich groß, da dem einen Druckraum nur das erste gasgefüllte Dämpfungsvolumen zugeordnet ist, das zu mindestens 50% nutzbar ist, und dem anderen Druckraum das erste gasgefüllte Dämpfungsvolumen, ebenfalls zu mindestens 50% nutzbar, sowie das weitere gasgefüllte Dämpfungsvolumen, zu 100% nutzbar, zugeordnet sind. Der Membrandämpfer ist daher insbesondere zur Dämpfung von Druckpulsationen in zwei unabhängigen Bereichen geeignet, die unterschiedlich stark von Druckpulsationen belastet sind.
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Des Weiteren bevorzugt ist zwischen dem ersten gasgefüllten Dämpfungsvolumen und dem mindestens einen weiteren gasgefüllten Dämpfungsvolumen ein Haltering angeordnet, der die beiden gasgefüllten Dämpfungsvolumina auf Abstand hält. Der Haltering weist Öffnungen auf, um einen Zwischenraum zwischen den beiden gasgefüllten Dämpfungsvolumina mit dem zweiten Druckraum zu verbinden. Durch die Öffnungen ist sichergestellt, dass das erste gasgefüllte Dämpfungsvolumen auch für den zweiten Druckraum nutzbar bleibt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Membrandämpfer ein vollständig im ersten Druckraum angeordnetes erstes gasgefülltes Dämpfungsvolumen und ein vollständig im zweiten Druckraum angeordnetes zweites gasgefülltes Dämpfungsvolumen, wobei zwischen den beiden Dämpfungsvolumina eine Trennwand zur hydraulischen Trennung der beiden Druckräume angeordnet ist. Die Dämpfungswirkung beider Druckräume ist in diesem Fall gleich groß, vorausgesetzt, dass die beiden gasgefüllten Dämpfungsvolumina gleich groß ausgebildet sind. Bevorzugt ist die Trennwand zur hydraulischen Trennung der beiden Druckräume jeweils beabstandet zu den beiden gasgefüllten Dämpfungsvolumina angeordnet. Beide gasgefüllten Dämpfungsvolumina werden somit allseitig von Kraftstoff umströmt, so dass eine optimale Dämpfungswirkung erzielbar ist.
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Vorteilhafterweise ist in den Niederdruckbereich des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems eine Hochdruckpumpe eingebunden, in die der Membrandämpfer integriert ist. Hierzu kann der Membrandämpfer ganz oder teilweise in eine Ausnehmung eines Gehäuseteils der Hochdruckpumpe eingesetzt sein. Die Verbindungen des Membrandämpfers zu den von Druckpulsationen belasteten Bereichen können auf diese Weise kurz gehalten werden, da Druckpulsationen in der Regel durch die Hubbewegungen eines Pumpenkolbens der Hochdruckpumpe verursacht werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform eines in einem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems integrierten Membrandämpfers,
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2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines in einem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems integrierten Membrandämpfers und
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3 einen schematischen Längsschnitt durch eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines in einem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems integrierten Membrandämpfers.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der in der 1 dargestellte Membrandämpfer 1 weist ein gasgefülltes Dämpfungsvolumen 2 auf, das von zwei Membranen 3 umschlossen ist. Die Membranen 3 sind jeweils aus einem gewellten Metallblech gefertigt, das in der Lage ist, sich bei einer Druckbeaufschlagung zu verformen. Bei der Verformung einer Membran 3 wird das Gas im Dämpfungsvolumen 2 komprimiert, so dass hierüber die gewünschte Dämpfung erzielbar ist.
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Die Membranen 3 weisen jeweils einen umlaufenden Randbereich 16 auf, der flach ausgebildet ist und der Kontaktierung des Randbereichs 16 der jeweils anderen Membran 3 dient. Die Randbereiche 16 können zusätzlich verschweißt und/oder umbördelt sein, so dass das gasgefüllte Dämpfungsvolumen 2 gasdicht geschlossen ist. Die untere Membran 3 liegt über ihren Randbereich 16 auf einem Haltering 8 auf, der in eine Ausnehmung 9 eines Gehäuseteils 10 einer Hochdruckpumpe eingesetzt und gegenüber einer die Ausnehmung 9 begrenzenden Innenumfangsfläche 15 des Gehäuseteils 10 radial und axial vorgespannt ist. Die Ausnehmung 9 ist durch ein Deckelteil 11 verschlossen, das vorliegend topfförmig gestaltet ist und einen Flanschabschnitt 17 zur Befestigung am Gehäuseteil 10 besitzt. Ein unter axialer Vorspannung zwischen dem Deckelteil 11 und der oberen Membran 3 eingesetztes Federblech 18 trägt zur Lagefixierung der beiden Membranen 3 innerhalb der Ausnehmung 9 bei.
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Der von dem Deckelteil 11 umschlossene Raum wird durch den Haltering 8 und die Membranen 3 in einen ersten Druckraum 4 und einen zweiten Druckraum 5 unterteilt. Der erste Druckraum 4 ist über eine erste Verbindung 6 in Form einer Gehäusebohrung mit einem Zulaufbereich der Hochdruckpumpe verbunden. Der zweite Druckraum 5 ist über eine zweite Verbindung 7 mit einem Rücklaufbereich der Hochdruckpumpe verbunden. Auf diese Weise können sowohl im Zulaufbereich als auch im Rücklaufbereich auftretende Druckpulsationen gedämpft werden. Da beide Druckräume 4, 5 durch den Haltering 8 und die Membranen 3 hydraulisch voneinander getrennt sind, spielt das im Zulauf- bzw. Rücklaufbereich herrschende Druckniveau keine Rolle.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Membrandämpfers 1 für ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzsystem ist in der 2 dargestellt. Hier umfasst der Membrandämpfer 1 zwei gasgefüllte Dämpfungsvolumina 2. Das erste gasgefüllte Dämpfungsvolumen 2 ist wiederum von zwei Membranen 3 umschlossen, die an einem Haltering 8 abgestützt sind, der zugleich der Trennung der beiden Druckräume 4, 5 dient. Das zweite gasgefüllte Dämpfungsvolumen 2 kommt somit vollständig im zweiten Druckraum 5 zu liegen. Die das zweite gasgefüllte Dämpfungsvolumen 2 umschließenden Membranen 3 sind hierzu über einen Haltering 12 an der darunter liegenden Membran 3 abgestützt. Um einen zwischen den beiden gasgefüllten Dämpfungsvolumina 2 ausgebildeten Zwischenraum 14 an den zweiten Druckraum 5 anzuschließen, weist der Haltering 12 Öffnungen 13 auf. Über den zweiten Druckraum 5 ist demnach eine größere Dämpfungswirkung erzielbar als über den ersten Druckraum 4. Die Verbindung 7 verbindet den zweiten Druckraum 5 daher vorzugsweise mit einem Bereich der Hochdruckpumpe, der besonders stark von Druckpulsationen belastet ist.
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Eine Abwandlung der Ausführungsform der 2 ist in der 3 dargestellt. Hier weist der Membrandämpfer 1 wiederum zwei gasgefüllte Dämpfungsvolumina 2 auf. Die hydraulische Trennung wird jedoch nicht über den Haltering 8 bewirkt, sondern über eine Trennwand 19, die sich zwischen den beiden gasgefüllten Dämpfungsvolumina 2 erstreckt. Dabei hält die Trennwand 19 einen Abstand zu den beiden nächsten Membranen 3 ein, um ein allseitiges Umströmen der beiden von Membranen 3 umschlossenen gasgefüllten Dämpfungsvolumina 2 zu ermöglichen. Der Abstand ist durch beidseits der Trennwand 19 angeordnete Halteringe 12 vorgegeben, in denen Öffnungen 13 ausgebildet sind. Der Haltering 8 weist in dieser Ausführungsform ebenfalls Öffnungen 13 auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004047601 A1 [0005]
