Beschreibung

Vorrichtung zur Regelung, eines vom Volumenstrom bestimmten Druckverlaufs, innerhalb eines vorgegebenen Grenzbereichs.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung, eines vom Volumenstrom bestimmten Druckverlaufs gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs 1.

Bei Brennkraftmaschinen haben sich Direkteinspritzsysteme in den letzten Jahren durchgesetzt. Ein solches Konzept ist bei Dieselmotoren das Common Rail Einspritzsystem. Dieses besteht im wesentlichen aus einer Vorförderpumpe, einer Hochdruckpumpe, einem Hochdruckspeicher, Einspritzventilen mit Leckage- leitungen zum Kraftstofftank und Regeleinrichtungen. Durch eine Druckerniedrigung, beispielsweise durch eine Blende, in einer Niederdruck-Kraftstoffleitung, z.B. der Leckageleitung von Injektoren wird die hydraulische Stabilität der Einsprit ^¬ zungen erhöht, d.h. die Streuung von kleinen Einspritzmengen erniedrigt. Dies wirkt sich positiv auf Laufruhe und Abgas ^¬ verhalten einer Brennkraftmaschine aus. Idealerweise bewegt sich der Druck innerhalb der Kraftstoffleitung in einem bestimmten Bereich, der durch eine definierte Obergrenze und Untergrenze definiert ist.

Aus der Druckschrift DE 43 25 789 Al ist eine Vorrichtung be ^¬ kannt, bei der die Vorrichtung mit einer Vielzahl von Schlitzen in jeweils gleich breite aber unterschiedlich lange Lamellen unterteilt ist. Aufgrund der unterschiedlichen Lamel- lenlänge haben diese eine unterschiedliche Federungseigen ^¬ schaft, demzufolge bei geringeren Durchsatzströmen zunächst in erster Linie die längeren Lamellen, die weniger biegesteif sind, ausgelenkt werden. Aufgrund der Schlitze zwischen den Lamellen ist aber ein gleichmäßiger Druckabfall über den ge- samten Querschnitt nicht möglich.

Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe be ^¬ steht nun darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die mit

Hilfe eines variabel einstellbaren Durchfluss-querschnitts einen konstanten und gleichmäßigen Druckabfall über den gesamten Querschnitt ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa ^¬ tentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er ^¬ findung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesonde- re darin, dass durch die Einhaltung eines definierten Druckfensters durch eine geeignete Wahl der Geometrie, des Materi ^¬ als und der Bauteildicke, je nach Volumenstrom, immer ein konstanter Druckabfall über die Vorrichtung erhalten wird. Auch ist dieser Druckabfall und/oder Druckverlauf über die gesamte Durchfluss-querschnittsflache der Vorrichtung gleich ^¬ mäßig. Die Vorrichtung ist auch kostengünstiger und ermöglicht, im Vergleich zu elektrisch angesteuerten Druckreglern einen weniger komplizierten Aufbau.

Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

Figur 1 : mindestens zwei Blendenelemente der Vorrichtung in einer Leitung, Figur 2: eine Ausführungsform der Vorrichtung mit sechs Blen- denelementen,

Figur 3: eine Ausführungsform der Vorrichtung mit zwei Blendenelementen .

Figur 1 zeigt eine Druckleitung 1 mit zwei blattförmigen Blendenelementen 2 die diametral gegenüberliegend angeordnet, an einem Ende mit der Innenwand der Druckleitung 1 verbunden sind und sich in Richtung ihrer freier Enden stetig aufeinander zubewegen. Die Blendenelemente 2 bestehen vorzugsweise aus Kunststoff und sind federnd vorgespannt.

Durch die beiden Blendenelemente 2 wird an ihren freien Enden ein variabel einstellbarer Durchflussquerschnitt festgelegt. Die beiden Blendenelemente 2 sind derart vorgespannt, dass

sich bei nicht vorhandenem Volumenstrom V ein minimaler Durchflussquerschnitt ergibt. Aufgrund der Geometrie der Blendenelemente 2 ergibt sich in Strömungsrichtung eine ste ^¬ tige Verringerung des Durchflussquerschnitts.

Durch die Beaufschlagung der Blendenelemente 2 mit einem Volumenstrom V werden die beiden Blendenelemente 2 durch diesen in Richtung der Pfeile F zur Innenwand der Leitung 1 ausgelenkt und vergrößern damit den Durchflussquerschnitt. Bei ei- ner geringeren Beaufschlagung der Blendenelemente 2 durch den Volumenstrom V bewegen sich die Blendenelemente 2 aufgrund der Vorspannung in Richtung der Pfeile G wieder bis maximal zu der Ausgangsposition des Durchflussquerschnittes zurück. Durch die vorgespannten und beweglichen Blendenelemente wird es ermöglicht, bei wechselndem Volumenstrom V annähernd einen konstanten Druckabfall zu erzielen.

Der annähernd konstante Druckabfall basiert dabei auf folgen ^¬ den Gleichungen: (1) Ui * Ai * p = U ₂ * A ₂ * p

(2) pi - p ₂ = p/2*u ₂ ² - p/2*ui ²

Dabei entspricht:

Ui: der Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Mediums vor

Eintritt in die Blende, U ₂ : der Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Mediums nach

Austritt aus der Blende, p: der Dichte des flüssigen Mediums, deren Wert sich über die

Blende nicht verändert

Ai: der Durchflussquerschnittsflache am Blendeneintritt, A ₂ : der Durchflussquerschnittsflache am Blendenaustritt, de ^¬ ren Wert durch die vorgespannten Blendenelemente festgelegt wird,

Pi: dem statischen Druck vor der Blende, p ₂ : dem statischen Druck nach der Blende, p/2*ui ² : dem kinetischen Druck vor der Blende, p/2*u ₂ ² : dem kinetischen Druck nach der Blende.

Bei einer änderung des Volumenstroms V und einer damit ver ^¬ bundenen Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit ui erhöht sich bei einem konstanten Wert für die Durchflussquerschnittsfla ^¬ che A ₂ die Strömungsgeschwindigkeit U ₂ . Damit verbunden ist laut Gleichung (2) eine Erhöhung des Differenzbetrages des kinetischen Druckes (p/2*u ₂ ² - p/2*ui ² ) . Damit Gleichung (2) erfüllt bleibt, muss somit der Druckabfall (pi~p ₂ ) steigen . Für den Fall, dass die Durchflussquerschnittsflache A ₂ varia ^¬ bel ist, vergrößert sich diese bei einem steigenden Volumen- ström V. Der Wert der Strömungsgeschwindigkeit U ₂ steigt auf ^¬ grund eines erhöhten Wertes der Durchflussquerschnittsflache A ₂ , nicht so stark an wie im Falle einer konstanten Durch- flussquerschnittsflache A ₂ . Aufgrund der niedrigeren Strö ^¬ mungsgeschwindigkeit U ₂ ist der Differenzbetrag des kineti- sehen Drucks daher kleiner als der Differenzbetrag bei kon ^¬ stanter Durchflussquerschnittsflache A ₂ . Somit ist in diesem Falle auch der Druckabfall über die Blende geringer. Durch eine Variation der Durchflussquerschnittsflache A ₂ lässt sich somit, abhängig vom Volumenstrom V, ein über die Blende annä- hernd konstanter Druckabfall einstellen.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit sechs Blendenelementen 3. Auch hier sind die einzelnen Blendenelemente 3 jeweils an der Innenwand der Druckleitung 1 be- festigt. Die Blendenelemente 3 sind derart geformt und nach

Art eines Trichters angeordnet, dass sich jeweils benachbarte Blendenelemente überlappen. Somit ist gewährleistet, dass kein Spalt zwischen den Blendenelementen 3 entsteht. Dadurch wird ein über die Durchflussquerschnittsflache ungleichmäßig verlaufender Druckabfall verhindert. Durch die Blendenelemente 3 wird dabei ein kreisförmiger Durchflussquerschnitt 4 de ^¬ finiert, der abhängig vom Volumenstrom größer oder kleiner wird.

Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Blendenelemente 5 derart ausgebildet, dass sich an den freien Enden ein elipsenähnlicher Spalt 6 ergibt, dessen

Durchflussquerschnitt abhängig vom Volumenstrom größer oder kleiner wird.