Utility value analysis of using a torsional vibration damper or coupling on common rail fuel pumps

Abstract

The high-pressure pumps of common rail engines are exposed to excitations that lead to wear and fatigue. A torsional vibration damper or a torsional elastic coupling could reduce the vibratory stress caused by these excitations and protect the pump. In the course of this thesis an evaluation of possible solution options is done, based on the solution-oriented utility value analysis. Several product types in different positions are considered. The result shows that a steel spring coupling, which is integrated in the pump gear, is the best solution considering the requirements. The calculation and design of the product is done outside the scope of this work. Furthermore, the design of a test setup to validate the effectiveness of the product is carried out by applying a“systems engineering” approach. The investigation indicates that the validation can be done on a test bench for the fuel injection system on which the pump is being operated.Two digital sensors with a sufficiently high resolution are suggested as a measurementsystem to confirm fulfilment of the main requirements.

Die Hochdruckpumpen von Common-Rail-Motoren sind Anregungen ausgesetzt, die zu Verschleiß und Ermüdung führen. Ein Torsionsschwingungsdämpfer oder eine torsionselastische Kupplung könnten die durch diese Erregungen verursachte Schwingungsbelastung reduzieren und die Pumpe schützen. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Bewertung möglicher Lösungsoptionen auf Basis der lösungsorientierten Nutzwertanalyse durchgeführt. Es werden mehrere Produkttypen in unterschiedlichen Positionen betrachtet. Das Ergebnis zeigt, dass eine Stahlfederkupplung, die in das Pumpenzahnrad integriert ist, die beste Lösung in Bezug auf die Anforderungen darstellt. Die Berechnung und Gestaltung des Produkts werden nicht innerhalb dieser Arbeit durchgeführt. Darüber hinaus wird ein Versuchsaufbau zur Validierung der Wirksamkeit des Produkts mit Hilfe eines systemtechnischen Ansatzes entwickelt. Die Untersuchung zeigt, dass die Validierung auf einem Prüfstand für das Kraftstoffeinspritzsystem, an dem die Pumpe betrieben wird, durchgeführt werden kann. Zwei Digitalsensoren mit einer ausreichend hohen Auflösung werden als Messsystem zur Bestätigung der Erfüllung der Hauptanforderungen vorgeschlagen.