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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für Brennstoffeinspritzanlagen zum Wärmen eines Brennstoffs und eine Brennstoffeinspritzanlage mit solch einer Heizeinrichtung. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffeinspritzanlagen für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen oder luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschinen.
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Aus der
DE 10 2006 028 639 A1 ist ein Verfahren zum Vorwärmen von Kraftstoff bekannt. Hierbei wird der Kraftstoff mit wenigstens einer Kraftstoffeinspritzdüse in wenigstens einen Brennraum eines Verbrennungsmotors eingespritzt, nachdem er mit wenigstens einer Heizeinrichtung vorgewärmt wurde. Hierbei wird der Kraftstoff mit einer der Gleichgewichtstemperatur im Wesentlichen entsprechenden Vorwärmtemperatur vorgewärmt. Die Aufwärmung des Kraftstoffs kann durch die ansteuerbare Heizeinrichtung in der Kraftstoffeinspritzdüse, dem Injektor und/oder durch einen in der Kraftstoffzuführung angeordneten Wärmetauscher und/oder durch Wärmeleitung, beispielsweise an heißen Teilen des Verbrennungsmotors, erfolgen.
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Eine Vorwärmung von Brennstoffen, wie sie aus der
DE 10 2006 028 639 A1 bekannt ist, hat je nach konkreter Ausgestaltung wesentliche Nachteile. Wenn über einen Wärmetauscher oder durch Wärmeleitung die Wärme des Verbrennungsmotors genutzt werden soll, dann steht die Vorheizung gerade bei kaltem Motor nicht zur Verfügung. Ein besseres Anspringen und die Reduzierung von Emissionen während der Startphase sind dann nicht möglich. Eine ansteuerbare Heizeinrichtung in der Einspritzdüse hat den Nachteil, dass sich die Kosten des Injektors wesentlich vergrößern. Ferner wirkt sich eine Heizeinrichtung im Injektor auch ungünstig auf die Baugröße und die Komplexität der elektrischen Anschlüsse des Brennstoffeinspritzventils aus, da neben der Heizeinrichtung auch die elektrische Versorgung der Heizeinrichtung realisiert werden muss.
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Außerdem hat eine elektrische Heizung generell den Nachteil, dass sich die Komplexität der diesbezüglichen Komponente vergrößert.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 8 haben den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und gegebenenfalls eine verbesserte Funktionsweise ermöglicht sind. Speziell kann eine verbesserte Erwärmung des Brennstoffs bei einer reduzierten Komplexität der Konstruktion erzielt werden. Außerdem können gegebenenfalls Vorteile hinsichtlich des benötigten Bauraums realisiert werden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Heizeinrichtung und der im Anspruch 8 angegebenen Brennstoffeinspritzanlage möglich.
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Speziell eignet sich die Brennstoffeinspritzanlage zur Direkteinspritzung von Brennstoff, insbesondere zur Benzindirekteinspritzung oder Dieseldirekteinspritzung. Die Brennstoff führende Komponente ist hierbei vorzugsweise als Brennstoffverteiler, insbesondere als Brennstoffverteilerleiste, ausgebildet. Solch ein Brennstoffverteiler kann zum Verteilen des Brennstoffs auf mehrere Brennstoffeinspritzventile, insbesondere Hochdruckeinspritzventile, dienen. Außerdem kann der Brennstoffverteiler als gemeinsamer Brennstoffspeicher für die Brennstoffeinspritzventile dienen. In vorteilhafter Weise umfasst solch ein Brennstoffverteiler mehrere Anschlusselemente, insbesondere Tassen, an denen eine Verbindung der Brennstoffeinspritzventile mit dem Brennstoffverteiler möglich ist. Im Betrieb spritzen die Brennstoffeinspritzventile den für den Verbrennungsvorgang erforderlichen Brennstoff vorzugsweise unter hohem Druck in den jeweiligen Verbrennungsraum ein. Der Brennstoff wird hierbei über eine Hochdruckpumpe verdichtet und mengengesteuert über eine Hochdruckleitung in den Brennstoffverteiler gefördert.
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Die Heizeinrichtung ermöglicht eine gezielte Erwärmung des Brennstoffs. Hierbei kann die an den Brennstoff abgegebene Wärme beispielsweise im Rahmen einer Steuerung oder Regelung auch gesteuert beziehungsweise geregelt werden. Speziell kann die Heizeinrichtung vor und während der Startphase eine Aufheizung des Brennstoffs ermöglichen. Dadurch können gerade während der Startphase auftretende Emissionen reduziert werden. Die Wärmequelle kann hierbei insbesondere in einem Brennstoffkanal in kleiner Entfernung zum Brennstoffeinspritzventil angeordnet werden. Dadurch kann eine einfache Ausgestaltung und zugleich eine wirkungsvolle Reduktion von Emissionen erzielt werden, da das Blindvolumen mit kalten Brennstoff dann gering ist. Insbesondere kann hierdurch eine Reduktion von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) im Abgas erreicht werden. Ferner kann die Dauer der Vorheizphase reduziert werden, was einen schnelleren Start der Brennkraftmaschine (des Motors) ermöglicht.
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Außerdem kann die Wärmequelle auch in den Brennstoffverteiler integriert werden, ohne den konstruktiven Aufwand wesentlich zu erhöhen. Dadurch kann das Design des Brennstoffverteilers vereinfacht werden. Gegebenenfalls ist auch ein geringerer Verbrauch von Granulat oder dergleichen zur Herstellung des Brennstoffverteilers möglich. In Bezug auf den vorgegebenen Bauraum, der beispielsweise in einen Motorraum eines Kraftfahrzeugs für die Brennstoffeinspritzanlage zur Verfügung steht, ergibt sich außerdem eine Reduzierung von Konstruktionsschwierigkeiten. Hierbei kann eine einfache und kompakte Ausgestaltung ermöglicht werden.
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Die Heizung des Brennstoffs kann in vorteilhafter Weise mit Hilfe von elektromagnetischer Induktion erfolgen. Hierbei wird mittels elektromagnetischer Induktion eine Wärmequelle erhitzt, an der der Brennstoff vorbeigeführt wird und/oder durch die der Brennstoff geleitet wird. Hierbei kann für die Heizung das Prinzip der Foucaultschen Ströme genutzt werden. Die Wärmequelle kann insbesondere als Stahlelement ausgestaltet sein und durch ein hochfrequentes wechselndes Magnetfeld beheizt werden. Somit kann eine induktive Heizeinrichtung realisiert werden.
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Daher ist es vorteilhaft, dass die Induktionseinrichtung zumindest einen Induktor aufweist. Der Induktor kann beispielsweise in Form einer Spule oder spulenähnlich realisiert werden. Der Induktor kann auch aus einer Hochfrequenzlitze gebildet sein, die in Form einer Spule gewickelt ist. Der Induktor kann in vorteilhafter Weise die Wärmequelle entlang einer Strömungsrichtung, in der der Brennstoff im Bereich der Wärmequelle geführt ist, zumindest abschnittsweise umschließen. Speziell ist es dadurch möglich, dass die Wärmequelle innerhalb eines Bauteils, insbesondere innerhalb der Komponente, angeordnet ist, während der Induktor außerhalb des Bauteils angeordnet ist. Hierbei kann allerdings eine geeignete Ummantelung oder eine Integration in ein Gehäuse des Bauteils, insbesondere der Komponente, erfolgen, um den Induktor gegenüber der Umgebung zu schützen.
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Die Wärmequelle kann in vorteilhafter Weise aus einem ferromagnetischen Werkstoff gebildet sein, um ein geringes Streufeld und somit einen hohen Wirkungsgrad bei der Wärmeerzeugung zu erzielen. Die Wärmequelle kann in vorteilhafter Weise aus einem Stahl gebildet sein, der neben einem hohen Wirkungsgrad bei der Wärmeerzeugung auch eine hohe Beständigkeit gegenüber dem Brennstoff aufweist.
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Vorteilhaft ist es, dass die Wärmequelle Strömungskanäle aufweist, durch die der Brennstoff geführt wird. Hierbei können die Strömungskanäle in vorteilhafter Weise als Durchgangsbohrungen ausgebildet sein, die nebeneinander in der Wärmequelle ausgestaltet sind. Hierdurch ist eine verbesserte Wärmeübertragung auf den Brennstoff aufgrund der vergrößerten Übertragungsfläche möglich. Hierbei können die Strömungskanäle auch um einen Kern der Wärmequelle angeordnet sein. Der Kern der Wärmequelle ermöglicht aufgrund seines Volumens die Entstehung größerer Ströme, was den Wirkungsgrad der Wärmeerzeugung verbessert.
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In vorteilhafter Weise umfasst der Stromgenerator eine Frequenzanpassungseinrichtung, die den zu der Induktionseinrichtung geführten Strom zumindest näherungsweise mit einer vorgegebenen Frequenz ausgibt. Hierdurch kann der Wirkungsgrad der Wärmeerzeugung weiter optimiert werden. Dabei ist auch eine Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall denkbar.
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Wenn die Brennstoff führende Komponente als Brennstoffverteiler ausgebildet ist, dann sind in vorteilhafter Weise mehrere Brennstoffeinspritzventile vorgesehen, die jeweils zumindest mittelbar mit einem Anschlusselement des Brennstoffverteilers verbunden sind, wobei im Bereich jeder der Anschlussstellen eine Wärmequelle angeordnet ist, der jeweils eine Induktionseinrichtung zugeordnet ist. Somit kann für jedes Brennstoffeinspritzventil eine Aufheizung des Brennstoffs in unmittelbarer Nähe erfolgen, so dass sich geringe Blindmengen ergeben. Die Anschlussstellen sind vorzugsweise als Tassen des Brennstoffverteilers ausgebildet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Brennstoffeinspritzanlage mit einer Heizeinrichtung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer auszugsweisen, schematischen, räumlichen Darstellung;
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2 den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Brennstoffeinspritzanlage des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung in einer schematischen, auszugsweise geschnittenen Darstellung und
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3 eine schematische Darstellung einer Heizeinrichtung der Brennstoffeinspritzanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Brennstoffeinspritzanlage 1 mit einer Heizeinrichtung 2 entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel in einer auszugsweisen, schematischen, räumlichen Darstellung. Die Brennstoffeinspritzanlage 1 weist eine Brennstoff führende Komponente 3 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel als Brennstoffverteilerleiste 3 ausgestaltet ist. Die Brennstoffverteilerleiste 3 weist einen rohrförmigen Grundkörper 4 und Tassen 5, 5A, 5B auf. Die Tassen 5, 5A, 5B stellen Anschlusselemente 5, 5A, 5B des Brennstoffverteilers 3 dar. Hierdurch sind Anschlussstellen 5, 5A, 5B gebildet, an denen Brennstoffeinspritzventile 6, 6A, 6B der Brennstoffeinspritzanlage 1 mit der Brennstoffverteilerleiste 3 verbindbar sind.
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Die Brennstoffverteilerleiste 3 weist einen Brennstoffanschluss 7 auf, der mit einer Brennstoffpumpe, insbesondere einer Hochdruckpumpe, verbindbar ist. Im Betrieb wird über den Brennstoffanschluss 7 Brennstoff in den rohrförmigen Grundkörper 4 der Brennstoffverteilerleiste 3 geführt. Entsprechend der Ansteuerung der Brennstoffeinspritzventile 6, 6A, 6B wird der Brennstoff aus dem rohrförmigen Grundkörper 4 in die Brennstoffeinspritzventile 6, 6A, 6B nachgefördert.
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Die Heizeinrichtung 2 weist Induktionseinrichtungen 8, 8A, 8B auf. Die Induktionseinrichtungen 8, 8A, 8B sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils als Induktor 8, 8A, 8B ausgebildet. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann solch eine Induktionseinrichtung 8, 8A, 8B allerdings auch mehrere Induktoren und/oder weitere Bauteile, insbesondere elektrische Bauteile, aufweisen.
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Die Ausgestaltung der Heizeinrichtung 2, insbesondere der Induktionseinrichtung 8, ist im Folgenden auch unter Bezugnahme auf die 2 weiter beschrieben.
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2 zeigt den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Brennstoffeinspritzanlage 1 des ersten Ausführungsbeispiels in einer schematischen, auszugsweise geschnittenen Darstellung. Das Brennstoffeinspritzventil 6 weist ein Anschlussstück 10 auf, das in die Tasse 5 eingefügt ist. Im montierten Zustand ist das Brennstoffeinspritzventil 6 entlang einer Längsachse 11 ausgerichtet. Die Längsachse 11 stellt zugleich die Längsachse 11 der Tasse 5 dar. In dem Anschlussstück 10 ist ein Brennstoffkanal 12 ausgebildet. Ferner ist innerhalb der Tasse 5 ein Innenraum gebildet, der durch eine geeignete Dichtung gegenüber der Umgebung abgedichtet ist.
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Innerhalb des rohrförmigen Grundkörpers 4 ist ein Brennstoffraum 14 ausgebildet, in dem sich der über den Brennstoffanschluss 7 zugeführte Brennstoff befindet. Der Brennstoffraum 14 ist über eine Bohrung 15, die einen Brennstoffkanal 15 bildet, mit dem Innenraum 13 der Tasse 5 verbunden.
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Die Heizeinrichtung 2 weist den Induktor 8 auf, der in diesem Ausführungsbeispiel in Form einer Spule ausgestaltet ist. Der Induktor 8 umschließt hierbei einen Hals 16 der Tasse 5, durch den die Bohrung 15 führt. In der Bohrung 15 ist eine Wärmequelle 17 angeordnet, die als Körper 17, insbesondere Metallkörper 17, ausgebildet ist. Die Wärmequelle 17 ist zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Werkstoff und/oder zumindest teilweise aus einem Stahl gebildet. Der Metallkörper 17 weist mehrere Durchgangsbohrungen 18, 19, 20, 21 auf, die Strömungskanäle 18 bis 21 bilden. In der geschnittenen Darstellung sind hierbei nur die Durchgangsbohrungen 18 bis 21 gezeigt. Die Durchgangsbohrungen 18 bis 21 sind vorzugsweise gleichmäßig um einen Kern 23 der Wärmequelle 17 angeordnet. Hierbei sind die Durchgangsbohrungen 18 bis 21 umfänglich verteilt um den Kern 23 angeordnet. Bezüglich der Längsachse 11, die in diesem Ausführungsbeispiel auch die Längsachse 11 der Wärmequelle 17 darstellt, können die Durchgangsbohrungen 18 bis 21 vorzugsweise um übereinstimmende Winkel zueinander versetzt angeordnet sein.
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Die Strömungskanäle 18 bis 21 erstrecken sich in diesem Ausführungsbeispiel entlang einer Strömungsrichtung 24, in der der Brennstoff im Bereich der Wärmequelle 17 geführt ist. Die Strömungsrichtung 24 ist hierbei parallel zu der Längsachse 11.
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Dem Induktor 8 wird ein Strom mit einer vorgegebenen Frequenz zugeführt. Durch elektromagnetische Induktion heizt der Induktor 8 die Wärmequelle 17. Die Wärmequelle 17 gibt die Wärme an den Brennstoff ab, der aus dem Brennstoffraum 14 durch die Strömungskanäle 18 bis 21 der Wärmequelle 17 in den Innenraum 13 der Tasse 5 beziehungsweise ein den Brennstoffkanal 12 des Anschlussstücks 10 des Brennstoffeinspritzventils 3 fließt. Somit wird dem Brennstoffeinspritzventil 6 entsprechend vorgewärmter Brennstoff zugeführt. Je nach Betriebspunkt kann die Wärmequelle 17 auch abgeschaltet werden.
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Speziell beim Start der Brennkraftmaschine kann die Wärmequelle 17 von dem Induktor 8 geheizt werden. Hierbei ergibt sich eine geringe Blindmenge an Brennstoff. Diese Blindmenge ist durch einen Brennstoff im Innenraum 13 der Tasse 5 und durch bereits im Brennstoffeinspritzventil 6 vorgesehenen Brennstoff bedingt. Diese Blindmenge kann jedoch weitgehend reduziert werden, ohne dass die Wärmequelle 17 in dem Brennstoffeinspritzventil 6 angeordnet werden muss. Hierdurch vereinfacht sich die Ausgestaltung des Brennstoffeinspritzventils 6 wesentlich.
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Die Ansteuerung des Brennstoffeinspritzventils 6 kann dadurch auf herkömmliche Weise mittels Steuerleitungen 27 erfolgen. Der Strom kann über separate Leitungen 28 an die Induktionseinrichtung 8 geführt werden. Entsprechend sind für die Brennstoffeinspritzventile 6, 6A, 6B Steuerleitungen 27A, 27B vorgesehen. Ferner sind für die Induktionseinrichtungen 8A, 8B separate Leitungen 28A, 28B vorgesehen, die unabhängig von den Steuerleitungen 27A, 27B sind.
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Die Steuerleitungen 27, 27A, 27B und die Leitungen 28, 28A, 28B können über ein geeignetes Leitungsgehäuse 29 zu einem Stecker 30 geführt werden. An dem Stecker 30 ist ein gemeinsamer Anschluss an ein Steuergerät 31 (3) möglich.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Heizeinrichtung 2 der Brennstoffeinspritzanlage 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Heizeinrichtung 2 weist einen DC/AC-Wandler 35 auf, der einen Gleichstrom in einen Wechselstrom wandelt. Ferner ist eine Frequenzanpassungseinrichtung 36 vorgesehen, die den über die Leitungen 28, 28A, 28B geführten Strom mit einer vorgegebenen Frequenz ausgibt. Hierbei kann eine Frequenzumsetzung erfolgen. Beispielsweise kann der Strom aus einem Hertzbereich in einen Kilohertzbereich transformiert werden. Der DC/AC-Wandler 35 und die Frequenzanpassungseinrichtung 36 sind Bestandteile eines Stromgenerators 37 der Heizeinrichtung 2. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Leitungen 28, 28A, 28B über das Steuergerät 31 der Brennstoffeinspritzanlage 1 geführt. Ferner werden die Leitungen 28, 28A, 28B zusammen mit den Steuerleitungen 27, 27A, 27B zu der Anordnung 38 mit der Brennstoffverteilerleiste 3 und den zugehörigen Brennstoffeinspritzventilen geführt. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Brennstoffeinspritzventile in der 3 nicht gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel sind Induktionseinrichtungen 8, 8A, 8B vorgesehen, die durch Induktoren 8, 8A, 8B gebildet sind. Jeder der Induktionseinrichtungen 8, 8A, 8B ist eine Wärmequelle 17, 17A, 17B zugeordnet. Somit kann der zu den Brennstoffeinspritzventilen geführte Brennstoff gewärmt werden, wie es entsprechend anhand der 1 und 2 beschrieben ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006028639 A1 [0002, 0003]
