DE102004001214A1

DE102004001214A1 - Zündspulenanordnung mit Zündkerzenverbinder

Info

Publication number: DE102004001214A1
Application number: DE102004001214A
Authority: DE
Inventors: Christopher John St. Clair Shores Treusch; Joe Zhi Northville Li; Robert Eugene Canton Wattleworth
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2004-01-06
Publication date: 2004-07-29
Also published as: US6848477B2; DE102004001214A8; US20040134550A1; GB2397341A; GB2397341B; GB0329799D0

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffdruckdämpfungssystem. Dieses umfasst einen unter Druck stehenden Kraftstoff; wenigstens eine Kraftstoffleitung (20) und wenigstens eine Drossel (50). Diese ist innerhalb wenigstens einer der wenigstens einen Kraftstoffleitung (20) angeordnet, wobei die Drossel (50) derart bemessen ist, eine maximale Puslationsgröße während des Betriebs des Systems deutlich auf einen Wert zu begrenzen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Wesentlichen auf ein Kraftstoffdruck-Dämpfungssystem und insbesondere auf ein preisgünstiges Kraftstoffdruck-Dämpfersystem und ein Verfahren zum Dämpfen von Pulsationen oder pulsierenden Schwankungen des Kraftstoffs in Kraftstoffsystemen.
Konventionelle Verfahren zur Dämpfung eines Kraftstoffsystems basieren ausschließlich auf dem Einbau eines weitere Nachgiebigkeit verursachenden Elements, wodurch das Massenmodul reduziert wird. Dies wird oft durch die Verwendung einer flexiblen Wand oder Wänden in einem Element erreicht, das in Strömungsverbindung mit dem pulsierenden Kraftstoff steht, um somit die Druckschwankungen innerhalb des Systems zu absorbieren.
Das Hinzufügen von Nachgiebigkeit ist jedoch nicht immer ausreichend, um alle unangenehmen Druckschwankungen in dem Kraftstoffsystem zu mindern, wobei dies außerdem zu einer ungewollten Schwankung der Kraftstoffeinspritzleistung als auch zu unangenehmen Geräuschen, Vibrationen und Rauheit führt. In einigen Systemen, bei denen das Hinzufügen von ausreichender Nachgiebigkeit möglich ist, ist es aber kommerziell nicht sinnvoll oder völlig unpraktikabel ein kundenspezifisch konstruiertes Nachgiebigkeits-Dämpfungssystem einzufügen. Durch die zusätzliche Nachgiebigkeit können bestimmte Elemente zu schwach werden, um gut zu funktionieren oder es sind kostenintensive Materialien erforderlich, um den gewünschten Effekt zu erreichen. Ein zusätzliches Problem tritt auf, wenn die Einspritzfrequenz eine der verschiedenen Resonanzfrequenzmoden der Kraftstoffleitung oder anderer Systemkomponenten überschreitet. Bei diesen Frequenzen kann sich die maximale Pulsationsgröße während des Betriebs des Systems auf ein Vielfaches der normalen Betriebslevel erhöhen. Der Versuch, diese Resonanzfrequenzprobleme durch das Hinzufügen von mehr Nachgiebigkeit einfach zu lösen, kann zu anderen ungewollten Effekten führen. Durch das Hinzufügen von Nachgiebigkeit können zwar mehr Pulsationen oder Schwankungen absorbiert werden, jedoch führt dies zu einer Verschiebung der Resonanzfrequenz. Da die Nachgiebigkeit erhöht wird, verschieben sich die Resonanzfrequenzmoden zu niedrigen Frequenzen. Wenn die Resonanzfrequenzmoden sich nach unten verschieben, können höhere Moden, die zuvor oberhalb des Betriebsfrequenzbereichs lagen, in den Betriebsfrequenzbereich des Kraftstoffsystems hinein verschoben werden. Somit kann das Hinzufügen von weiterer Nachgiebigkeit manchmal zu weitaus unangenehmeren Resonanzfrequenzmoden als vorher führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die oben stehenden Nachteile zu überwinden und insbesondere eine Vorrichtung zur Dämpfung von unangenehmen Druckschwankungen und zur Begrenzung der maximalen Pulsationsgröße während des Betriebs des Systems anzugeben.
Bei der vorliegenden Erfindung werden die Nachteile von herkömmlichen Nachgiebigkeitsdämpfungen durch das Einführen von einer oder mehreren Drosseln überwunden, die mit den Systemnachgiebigkeitsdämpfern oder der inhärenten Nachgiebigkeit zusammenwirken, um eine gewünschte Dämpfung der Druckschwankungen auf praktische und kosteneffektive Art und Weise zu erreichen und in einer Art, die die zusätzlichen harmonischen Moden nicht in den Betriebsfrequenzbereich des Kraftstoffsystems verschiebt.
Die Erfindung fügt speziell angepasste Drosseln in eine Kraftstoffleitung ein, um die maximale Pulsationsgröße während des Betriebs des Systems als auch die Dämpfung der Gesamtpulsationen des Systems zu steuern.
Vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung ist das Vermeiden von unangenehmen Druckschwankungen in einem Kraftstoffsystem in einer praktischen und kostengünstigen Art und Weise.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die maximale Pulsationsgröße während des Betriebs des Systems begrenzt wird, ohne zusätzliche harmonische Frequenzmoden in den Betriebsfrequenzbereich des Kraftstoffsystems zu verschieben.
Besonders vorteilhaft ist, dass die oben genannten Vorteile erreicht werden, ohne dass dem Kraftstoffsystem zusätzliche Nachgiebigkeit hinzugefügt wird.
Diese und andere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Zeichnungen, der detaillierten Beschreibung und den Ansprüchen verdeutlicht. Es zeigen:
1: eine Ansicht eines bekannten hydraulischen Systems, bspw. ein Kraftstoffsystem mit einem üblichen nachgiebigen Dämpfer;
2: eine Ansicht eines hydraulischen Systems, beispielsweise ein Kraftstoffsystem mit einer Drossel in einer Kraftstoffleitung;
3: eine Ansicht eines Kraftstoffsystems eines Kraftfahrzeugs mit einer Drossel in einer Kraftstoffleitung und einem nachgiebigem Dämpfer in Strömungsverbindung mit dem Kraftstoff;
4: eine perspektivische Ansicht einer Drossel mit einer Öffnung, da bei können falls notwendig auch verschiedene Öffnungen in einer Reihe verwendet werden, um eine einzelne Drossel zu bilden;
5: eine perspektivische Ansicht einer Drossel, die durch eine Reduktion des Durchmesser der Kraftstoffleitung gebildet ist;
6: eine perspektivische Ansicht einer Drossel, die von einem Verbindungsstück in dem Fluidkanal oder der Kraftstoffleitung gebildet ist;
7: eine perspektivische Ansicht einer Drossel, die durch teilweise Blockade in der Kraftstoffleitung gebildet wird.
8: ein zweifacher Graph eines Kraftstoffsystems ohne Dämpfer oder Drosseln;
9: einen Graph eines Kraftstoffsystems von 8 mit einem eingebauten Dämpfer;
10: einen Graph eines Kraftstoffsystems aus 9 mit zwei eingebauten Drosseln;
11: einen Graph zur Darstellung des Verhältnisses der Drosselabmessung gegenüber der maximalen Pulsationsgröße während des Betriebs des Systems.
Im Folgenden wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. 1 zeigt ein konventionelles hydraulisches Pulsationsdämpfungssystem, wie es beispielsweise in einem Kraftstoffsystem verwendet wird. Pulsierende Drücke, Druckpulsationen oder -vibrationen sind in vielen hydraulischen Systemen die natürliche Folge von Eingangsgrößen in und Ausgangsgrößen des Sys tems. Wie oben beschrieben, können diese Druckpulsationen beim Betrieb des Systems über den gesamten Betriebsfrequenzbereich an der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ungewollte Druckschwankungen, Geräusche, Vibrationen und/oder Rauheiten hervorrufen. Bei bestimmten Betriebsfrequenzen können diese Vibrationen mit den harmonischen Schwingungen des Kraftstoffsystems übereinstimmen, wobei manchmal Drücke entstehen oder verursacht werden, die den Wert während des Betriebs im nicht harmonischen Frequenzbereich um ein Zehnfaches überschreiten. Konstrukteure von Fluid- oder Kraftstoffsystemen sind gezwungen, Systeme zu entwickeln, die in Frequenzbereichen arbeiten, die die wichtigsten harmonischen Frequenzen oder Oberwellen des Systems vermeiden, obwohl gleichzeitig eine akzeptable Gesamtgeräuschentwicklung basierend auf normalen Vibrations- oder Pulsationsgrößen erreicht werden soll. Da diese Harmonischen oder Oberwellen komponentenabhängig sind, kann das Hinzufügen oder Verändern eines Dämpfers die harmonischen Frequenzmoden des System verändern, wobei manchmal zuvor ungesehene harmonische Frequenzmoden in den Betriebsfrequenzbereich verschoben werden können, wobei diese Verschiebung selbst durch kleinste Veränderungen an Dämpfern vermieden werden können.
Bei Kraftstoffsystemen resultieren Druckpulsationen von Druckschwankungen im Kraftstoff, der dem System von der Kraftstoffpumpe zugeführt wird, weiter von Pulsationen, die als natürliches Ergebnis der Druckentspannung oder der Abgabe an jeder Einspritzdüse beim Einspritzen auftreten und auch von dem Zusammenwirken der Eingangs- und Ausgangsgrößen an den Komponenten des Kraftstoffsystems herrühren. In einem herkömmlichen System wird häufig ein Dämpfer 10 verwendet, der in Strömungsverbindung mit der Kraftstoffleitung 20 steht, um Kraftstoffdruckschwankungen zu absorbieren. In einigen Systemen kann dieser Dämpfer 10 einfach als eine dünne Wand in einer der Kraftstoffsystemkomponenten ausgebildet sein, die sich bei Druckerhöhungen verformt. In komplizierteren diskreten Dämpfern, beispielsweise wie der dargestellte, wird eine flexible Membran 30 von einer Feder 40 abgestützt, um die Energie der Pulsationen in der Kraftstoffleitung 20 zu absorbieren. Weitere oder nachgiebigere Dämpfer werden in herkömmlichen Systemen eingebaut, um Energie zu absorbieren und somit die Pulsationen und ihre unerwünschten Effekte zu reduzieren. Zu den unerwünschten Effekten der Puslation gehören übermäßige Geräusche, Vibration und Rauheit. Unerwünschte Geräusche, Vibration und Rauheit sind alle mit der maximalen Pulsationsgröße während des Betriebs des Systems verbunden. Durch die Reduzierung dieser Größe, können ebenso die unerwünschten Effekte reduziert werden. Jedoch kann das Hinzufügen von weiteren Dämpfern oder das Verändern von momentan verwendeten Dämpfern in einem System, die zusätzlichen harmonischen Frequenzmoden in einen Betriebsfrequenzbereich des Systems verschieben, wodurch neue maximale Pulsationsgrößen während des Betriebs des Systems entstehen, die wiederum durch zusätzliche Veränderungen an dem Dämpfungssystem überwunden werden müssen. Dies kann zu einem Kompromiss der Gesamtsystemperformance führen, um bestimmte Oberwellen oder Harmonische zu vermeiden.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines hydraulischen Systems, beispielsweise ein Kraftstoffsystem, das eine Drossel 50 enthält. Es wird bemerkt, dass alle Systeme eine inhärente Nachgiebigkeit als Folge der Materialkomponenten, der Konstruktion und der Konfiguration aufweisen. Bei einigen der heutigen Konstruktionen sind Dämpfungsfunktionen des Systems in die Kraftstoffleitungswandkonstruktion eingebaut. In einigen Systemen kann diese eingebaute Nachgiebigkeit all die erforderlichen Nachgiebigkeitsbedürfnisse zur Performance des Systems erfüllen. In diesem Fall können diskrete Dämpfer nicht mehr notwendig sein, genauso, wenn andere Systemkomponenten diese Funktion bereitstellen. Durch die geeignete Abmessung der Drossel, kann man die maximale Pulsationsgröße während des Betriebs des Systems reduzieren, ohne neue und ungewollte harmonische Frequenzmoden einzuführen. Dabei ist eine optimale Drosselabmessung eine Funktion von vielen Variablen. Die Abmessung der Drossel kann neben anderen Größen vom effektiven Kraftstoffleitungsdurchmesser, der gewünschten maximale Pulsationsgröße und dem Systemdämpfungskoeffizienten beeinflusst werden. Bei gegebenem wirksamen Kraftstoffleitungsdurchmesser und einem Systemdämpfungskoeffizienten kann die allgemeine Gleichung bezüglich der Drosselabmessung r für eine maximale Pulsationsgröße M_L mit folgender Formel ausgedrückt werden ML = A + Br + Cr2,wobei A, B und C Konstanten sind, die von Systemkomponenten und von der in der Gleichung verwendeten Abmessung r abhängen. Unter gewissen Umständen, bei denen r ziemlich klein ist, kann die Gleichung adäquat durch die Gleichung ausgedrückt werden ML = A + Br.
Dabei kann die Abmessung r abhängig von der Konfiguration der Drossel variieren, das heißt, eine Drosselkonfiguration mit einer Öffnung hat eine abweichende Definition von r als eine Drossel, die auf dem Prinzip einer teilweisen Blockade in der Kraftstoffleitung basiert.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kraftstoffsystems mit eingebautem Kraftstoffdämpfer 10 und einer Drossel 50. Bei diesem Beispiel ist der Dämpfer 10 als innen angeordneter Dämpfer ausgebildet. Die Drossel 50 ist zu dem Dämpfer beabstandet angeordnet. Das Einbauen der Drossel 50 in ein existierendes System kann eine kostengünstige Art zur Reduzierung von ungewollten Geräuschen, Vibrationen und Rauheiten darstellen, ohne kostenintensive Veränderungen an dem Dämpfer oder an den Kraftstoffsystemkonfigurationen vorzunehmen. Durch das Hinzufügen einer Drossel 50 wird es dem Konstrukteur ermöglicht, zusätzliche ungewollte harmonische Frequenzen zu vermeiden.
4 beschreibt eine Drossel mit einer Öffnung. In diesem speziellen Beispiel ist eine Öffnung 60 mit einem speziellen Durchmesser in einer Platte 70 ausgebildet. Die Platte 70 wird dann an der Innenseite der Kraftstoffleitung 20 befestigt, sodass der Kraftstoff durch die Öffnung 60 hindurchfließen muss, wenn er durch die Kraftstoffleitung 20 gepumpt wird. Als Drossel können sowohl runde als auch polygonale Löcher dienen, obwohl vom Herstellungsstandpunkt runde Löcher bevorzugt sind. Dabei können mehrere restriktive oder drosselnde Strukturen unabhängig von der Konfiguration gleichzeitig in Reihe oder auch parallel verwendet werden, um, falls notwendig, eine einzelne Drossel auszubilden.
5 zeigt eine Drossel 50, die durch eine Reduzierung des Durchmessers der Kraftstoffleitung 20 gebildet wird. Die Verengung kann durch Quetschen oder Crimpen hergestellt werden und zusätzlich als Einsatz neben anderen Methoden in die Kraftstoffleitung 2U eingebaut werden. Wenn man eine längere Drossel realisieren möchte, ist diese Art der Drossel einfach auszubilden. Dabei kann die Länge der Drossel verschiedene Charakteristiken beeinflussen, beispielsweise harmonische Frequenzen und die Performance der Drossel bei der Vibrationsdämpfung.
6 zeigt eine Möglichkeit eine Drossel 50 in die Struktur eines Verbindungsstücks 90 einzubauen. Das Verbindungsstück 90 wird verwendet, um zwei verschiedene Teile einer Kraftstoffleitung 20 miteinander zu verbinden. Der Einbau der Drossel 50 in ein Verbindungsstück 90 kann eine kosteneffektive Möglichkeit darstellen, um eine Drossel in ein existierendes Kraftstoffsystem einzubauen.
7 zeigt eine Drossel 50, die durch eine teilweise Blockade der Kraftstoffleitung 20 gebildet wird. Diese Art einer blockierenden Drossel kann die Form eines einfachen Hindernisses einnehmen, das einen Teil der Kraftstoffleitung 20 abdeckt oder kann auch derart ausgebildet sein, andere Funktionen aufzunehmen, beispielsweise das Abstützen eines internen Dämpfers 10. Wenn der interne Dämpfer 10 richtig konstruiert ist, kann er durch seine eigene Anwesenheit in der Kraftstoffleitung 20 selbst als blockierende Drossel dienen.
8 zeigt einen doppelten Graph eines ungedämpften Kraftstoffsystems. Dabei zeigt der obere Graph (kPa vs. Zeit), dass die größten Pulsationen bei höheren Frequenzen auftreten. Der untere Graph (kPa Pk vs. Hz) zeigt die Spitzenfrequenz, die bei ungefähr 500 Hz auftritt.
9 zeigt ein Diagramm der Druckschwankung in einer konventionellen Zweireihen-Achtzylinder-Kraftstoffsystem mit zwei nachgiebigen Dämpfern. Es wird auf die Größe der maximalen Pulsationsgröße in dem oberen Graph hingewiesen. In dem oberen Graph (kPa vs. Zeit) tritt die maximale Pulsationsgröße während des Betriebs des Systems bei viel niedrigeren Frequenzen auf als bei der ungedämpften Kraftstoffleitung von 8. Der untere Graph (kPa Pk vs. Hz) zeigt, dass die Spitzenfrequenz nun signifikant niedriger im Spektrum ist, wobei jedoch die Größe deutlich größer ist. Damit wird dargestellt, wie Dämpfer die Gesamtpulsationen reduzieren können, jedoch neue harmonische Frequenzmoden einführen können und die Pulsationsgröße an diesen neuen Punkten vergrößern und damit weitere Probleme bereiten.
10 zeigt den Effekt des Hinzufügens von zwei geeignet bemessenen Drosseln zu einem herkömmlichen Kraftstoffsystem nach 9. In dem oberen Graph (kPa vs. Zeit) wird auf die deutliche Reduzierung der maximalen Pulsationsgröße während des Betriebs des Systems hingewiesen. Der untere Graph (kPa Pk vs. Hz) zeigt eine substanzielle Reduzierung der maximalen Pulsationsgröße bei einer kritischen harmonischen Frequenz von etwa 60Hz, die durch das Hinzufügen des Dämpfers eingeführt wurde. Obwohl Drosseln im Allgemeinen die Performance der Systeme verbessern, kann die richtige Bemessung der Drosseln für das System die Performance optimieren, insbesondere dann, wenn es das Ziel ist, die maximale Pulsationsgröße während des Betriebs des Systems zu reduzieren.
11 zeigt einen Graph einer Drosselabmessung (Öffnungsdurchmesser von einer Drossel mit Öffnung in diesem Fall) gegenüber der maximalen Pulsationsgröße während des Betriebs. Es wird die Beziehung zwischen der Drosselabmessung und der Pulsationsgröße dargestellt. Für diesen Graph wurden drei Kraftstoffleitungsdurchmesser analysiert: 12, 7 mm, 19 mm und 76 mm. Für eine gegebene Kraftstoffleitungsgröße zeigt der Graph, wie ein gegebener Drosselöffnungsdurchmesser (X-Achse) die maximale Pulsationsgröße (Y-Achse) beeinflusst. Es wird deutlich, dass bei der Kurve der Leitung mit 12,7 mm Durchmesser eine optimale Drosselgröße für ein gegebenes System existiert. Es wird auf die schlechte Performance der kleinsten Drossel hingewiesen, aufgrund des großen Druckabfalls dieser Drossel in der speziellen Kraftstoffsystemkonfiguration, die zum Aussetzen vom Einspritzen führt und zu einem Erhöhen der Kraftstoffdruckpulsationen.

Claims

Ein Kraftstoffdruckdämpfungssystem zur Verwendung in einem Kraftstoffsystem umfassend: (a) unter Druck stehenden Kraftstoff; (b) wenigstens eine Kraftstoffleitung (20); (c) wenigstens eine Drossel (50), die innerhalb wenigstens einer der wenigstens einen Kraftstoffleitung (20) angeordnet ist, wobei die Drossel (50) derart bemessen ist, eine maximale Puslationsgröße während des Betriebs des Systems deutlich auf einen Wert zu begrenzen.
Ein Kraftstoffdruckdämpfungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens einen nachgiebigen Dämpfer (10).
Ein Kraftstoffdruckdämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (50) wenigstens eine Öffnung (60) aufweist.
Ein Kraftstoffdruckdämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (50) durch Reduzieren eines Durchmessers von wenigstens einer der wenigstens Kraftstoffleitungen (20) gebildet ist.
Kraftstoffdruckdämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (50) an einer Verbindung (90) in wenigstens einer der wenigstens einen Kraftstoffleitungen (20) ausgebildet ist.
Kraftstoffdruckdämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Drossel (50) durch teilweises Blockieren zumindest einer Kraftstoffleitung (20) gebildet ist.
Ein Kraftstoffdruckdämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert der maximalen Pulsationsgröße M_L während des Betriebs des Systems und eine Abmessung r der Drossel (50) im Wesentlichen durch die Formel M_L = A + Br bestimmt sind.
Ein Kraftstoffdruckdämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der maximalen Pulsationsgröße M_L während des Betriebs des Systems und eine Abmessung r der Drossel (50) im Wesentlichen linear zueinander sind.
Kraftstoffdruckdämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der maximalen Pulsationsgröße M_L während des Betriebs des Systems und eine Abmessung r der Drossel im Wesentlichen invers zueinander sind.
Kraftstoffdruckdämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der maximalen Pulsationsgröße Mr, während des Betriebs des Systems und eine Abmessung r der Drossel im Wesentlichen durch die Formel M_L = A + Br + Cr² bestimmt sind.