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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Brennstoffspeicher für Brennstoffeinspritzanlagen und eine Brennstoffeinspritzanlage. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffeinspritzanlagen für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen.
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Aus der
DE 10 2008 035 492 A1 ist eine Railbaugruppe für eine Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem Versorgungsrohr zum Zuführen und Bereitstellen von unter Druck stehendem Kraftstoff mit mehreren am Versorgungsrohr befestigten Abzweigen zum fluidischen Verbinden des Versorgungsrohrs mit jeweils einem Kraftstoffinjektor bekannt.
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Bei der aus der
DE 10 2008 035 492 A1 bekannten Railbaugruppe wird eine gewisse Menge des Brennstoffs in dem Versorgungsrohr unter Druck bereitgestellt. Hierbei kann der Brennstoff in einer zeitlich gleichbleibenden Spezifikation und Qualität aus einem Tank angesaugt und über eine Brennstoffvorpumpe und eine Brennstoffhochdruckpumpe verdichtet und dann in das Versorgungsrohr geleitet werden. Hierbei ergeben sich mehrere Probleme. Durch eine nicht kontinuierliche Druckerzeugung der Brennstoffhochdruckpumpe und auch durch die intermittierende Entnahme von Brennstoff aus dem Versorgungsrohr durch die Brennstoffeinspritzventile entstehen in der Railbaugruppe kräftige Druckschwingungen, die ihrerseits negative Rückwirkungen auf eine Zumessgenauigkeit und eine Komponentenlebensdauer haben. Um dem zu begegnen, muss die Railbaugruppe, insbesondere das Versorgungsrohr, ein entsprechend großes, über die Struktur verteiltes Brennstoffvolumen haben, das dämpfend auf die Druckschwingungen wirkt. Dies kann jedoch ebenfalls nachteilig sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Brennstoffspeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 8 haben den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung ermöglicht ist. Insbesondere kann der Brennstoff in verbesserter Weise durch den Brennstoffspeicher geführt werden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffspeichers und der im Anspruch 8 angegebenen Brennstoffeinspritzanlage möglich.
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In vorteilhafter Weise können eine Funktionsweise der Dämpfung und eine Funktionsweise der Brennstoffdurchleitung zumindest teilweise voneinander entkoppelt werden. Hierdurch ist es möglich, dass einerseits eine wirkungsvolle Dämpfung von Druckschwingungen über die elastische Innenausstattung realisiert wird. Hierdurch können sich negativ auswirkende Rückwirkungen, insbesondere bezüglich einer Zumessgenauigkeit und einer Komponentenlebensdauer, vermieden werden. Zugleich kann ein Volumen des Innenraums der elastischen Innenausstattung zumindest weitgehend unabhängig von der Funktionsweise der Druckdämpfung vorgegeben werden. Hierbei kann auch eine günstige Ausgestaltung des Innenraums vorgegeben werden, um den Brennstoff zu den Anschlüssen und somit den Brennstoffeinspritzventilen zu führen. Hierdurch kann ein durch den Brennstoffspeicher geführtes Brennstofffluid schneller durch den Brennstoffspeicher geführt werden. Hierbei können auch mischende Effekte verringert werden. Hierdurch werden auch neue Anwendungen ermöglicht.
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In vorteilhafter Weise kann dann ein den Brennstoffeinspritzventilen zugeführtes Brennstofffluid aus zumindest einer Brennstoffkomponente und zumindest einer Zusatzkomponente gemischt werden. Hierfür kann in vorteilhafter Weise eine Fördereinrichtung vorgesehen sein, über die das Brennstofffluid mittels der Brennstoff führenden Komponente in den Innenraum der elastischen Innenausstattung des Brennstoffspeichers geführt wird, wobei die Fördereinrichtung ausgestaltet ist, das Brennstofffluid aus zumindest einer Brennstoffkomponente und zumindest einer Zusatzkomponente zu mischen. Bei der Brennstoffkomponente kann es sich beispielsweise um einen Benzinbrennstoff (Benzin) handeln. Bei einer Zusatzkomponente kann es sich um eine brennbare Zusatzkomponente oder eine nicht brennbare Zusatzkomponente handeln. Solch eine Zusatzkomponente wird von der Fördereinrichtung vorzugsweise für begrenzte Zeiträume und speziell während bestimmter Betriebsarten zudosiert. Hierdurch kann unter anderem eine Einflussnahme auf die Verbrennung, einen Brennstoffverbrauch, auf im Abgas enthaltene und durch die Zudosierung entsprechend reduzierte Schadstoffe, einen Kohlendioxidausstoß oder dergleichen Einfluss genommen werden. Hierbei spielt die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids eine wesentliche Rolle, da dann nicht mehr ein Brennstoff mit zeitlich gleichbleibender Spezifikation und Qualität, sondern ein Brennstofffluid mit zeitlich wechselnder Zusammensetzung gefördert und den Brennstoffeinspritzventilen zugeführt werden soll. Hierbei ergibt sich außerdem die Anforderung, den Brennstoffeinspritzventilen das Brennstofffluid während gewünschter Zeiträume in der vorgegebenen Zusammensetzung zuzuführen.
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Wenn beispielsweise zunächst nur die Brennstoffkomponente gefördert wird und dann eine bestimmte Zusatzkomponente der Brennstoffkomponente zudosiert wird, dann kann über die elastische Innenausstattung eine vorteilhafte Durchleitung des Brennstofffluids erreicht werden. Bei einem großen Speichervolumen einer Railbaugruppe ergibt sich hingegen der Nachteil, dass ein Brennstofffluid, das die Zusatzkomponente enthält, mit bereits in der Railbaugruppe in großer Menge gespeichertem Brennstofffluid, das die Brennstoffkomponente nicht enthält, gemischt wird. Hierdurch kommt es zum einen zur Verdünnung der Zusatzkomponente in Bezug auf das den Brennstoffeinspritzventilen zugeführte Brennstofffluid. Zum anderen vergrößert sich entsprechend der Zeitraum, bis die Zusatzkomponente nach Beendigung der Zudosierung wieder weitgehend aus der Railbaugruppe gespült wird.
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Somit kann durch die elastische Innenausstattung eine vorteilhafte Durchleitung des Brennstofffluids erzielt werden. Dies ermöglicht zusätzliche Funktionsweisen wie die Zudosierung einer Zusatzkomponente zu der Brennstoffkomponente während eines begrenzten Zeitraums, um insbesondere den Verbrennungsvorgang und/oder die Abgaszusammensetzung vorteilhaft zu beeinflussen.
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Ferner ist es vorteilhaft, dass die Fördereinrichtung so ausgestaltet ist, dass die zumindest eine Zusatzkomponente während einer Zumesszeit für die Zusatzkomponente in einem begrenzten Abschnitt des durch die Brennstoff führende Komponente geführten Brennstofffluids enthalten ist, und dass die elastische Innenausstattung so ausgestaltet ist, dass der Abschnitt des Brennstofffluids mit der Zusatzkomponente zumindest in einem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine mit einer Strömungsgeschwindigkeit den Brennstoffspeicher passiert, die die gleiche Größenordnung wie die Strömungsgeschwindigkeit durch die Fördereinrichtung hat. Unter der gleichen Größenordnung ist hierbei eine Übereinstimmung innerhalb eines Faktors von 10 zu verstehen. Somit ergibt sich ein Bereich des 0,1-fachen bis 10-fachen. Vorzugsweise können sich diese Flussgeschwindigkeiten auch nur um maximal den Faktor 5, insbesondere maximal den Faktor 2, unterscheiden.
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Bei der Ausgestaltung des Brennstoffspeichers ist es vorteilhaft, dass ein zwischen einer den Innenraum der elastischen Innenausstattung begrenzenden Innenwand der Innenausstattung und dem Speichermodul gebildeter Zwischenraum mit zumindest einem flüssigen Stoff und/oder zumindest einem festen Stoff ausgefüllt ist. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass der zumindest eine flüssige Stoff beziehungsweise der zumindest eine feste Stoff ein druckdynamisches Verhalten aufweist, das zumindest näherungsweise einem druckdynamischen Verhalten eines über den Innenraum der elastischen Verbindung zu führenden Brennstofffluids und/oder eines Benzinbrennstoffs entspricht. Die elastische Innenausstattung und der gegebenenfalls vorgesehene feste Stoff, mit dem der Zwischenraum ausgefüllt ist, können gegebenenfalls aus einem einzigen Werkstoff gebildet sein.
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Somit kann ein Brennstoffspeicher realisiert werden, der ein geringes, strömungswirksames Volumen aufweist, dabei aber druckdynamische Eigenschaften aufweist, die bekannten Brennstoffspeichern entsprechen. Hierbei wird eine Funktionsteilung beziehungsweise Funktionsentkoppelung genutzt. Die verschiedenen Funktionen wie Druckabfangen, Druckdynamik dämpfen und Durchleitung des Fluids, werden durch jeweils ein Bauteil in der Baugruppe des Brennstoffspeichers realisiert. Das eigentliche Speichermodul, insbesondere eine Außenwand, kann hierbei weiterhin die Kräfte aus dem Innendruck aufnehmen. Die elastische Innenausstattung kann in das Speichermodul eingezogen werden und weist ein geringeres Innenvolumen auf. Hierdurch ist gegeben, dass der Brennstoff mit hoher Strömungsgeschwindigkeit durch den Brennstoffspeicher fließt. Der Zwischenraum kann dann mit der Flüssigkeit oder dem Restkörper ausgefüllt werden, die das gleiche druckdynamische Verhalten wie der Brennstoff haben. Somit kann gewährleistet werden, dass das Speichermodul mit der Innenausstattung ein Dämpfungsverhalten aufweisen, das bekannten Brennstoffspeichern entspricht. Ferner kann die Anforderung, das Brennstofffluid durchzuleiten, erfüllt werden.
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Somit kann der Brennstoffverbrauch von Brennkraftmaschinen, insbesondere Otto-Motoren, abgesenkt werden. Hierbei kann die Zusammensetzung des Brennstoffs, der den Brennstoffeinspritzventilen zugeführt wird, gezielt dynamisch variiert werden. Aus Gründen der Einfachheit kann das Brennstofffluid hierbei direkt vor einer Hochdruckpumpe aus zwei Komponenten gemischt werden. Um die gewünschte ausreichende Dynamik zu gewährleisten, ist hierbei das Innenvolumen der Innenausstattung gegenüber dem Volumen von bekannten Brennstoffspeichern erheblich reduziert, wobei die dadurch auftretenden Druckschwingungen in vorteilhafter Weise von der elastischen Innenausstattung und der Füllflüssigkeit (flüssiger Stoff) oder dem Füllkörper (fester Stoff) aufgenommen werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Brennstoffspeicher in einer auszugsweisen, schematischen Darstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Brennstoffeinspritzanlage 1 mit einem Brennstoffspeicher 2 in einer auszugsweisen, schematischen Darstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel. Die Brennstoffeinspritzanlage 1 kann speziell für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen dienen. Der Brennstoffspeicher 2 eignet sich besonders für solch eine Brennstoffeinspritzanlage 1. Die Brennstoffeinspritzanlage 1 weist einen Haupttank 3 und einen Nebentank 4 auf. Aus dem Haupttank 3 wird Brennstoff über eine Leitung 5 zu einer Fördereinrichtung 6 geführt. Hierbei kann eine (nicht dargestellte) Vorpumpe vorgesehen sein. Entsprechend wird aus dem Nebentank 4 über eine gegebenenfalls vorgesehene Vorpumpe Brennstoff über eine Leitung 7 zu der Fördereinrichtung 6 geführt.
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Die Fördereinrichtung 6 weist ein Ventil 8, das als gedrosseltes Ventil 8 ausgestaltet ist, und ein Zumessventil 9, das als gedrosseltes Zumessventil 9 ausgestaltet ist, sowie eine Hochdruckpumpe 10 auf. Hierbei führt die Leitung 5 über das Ventil 8 zu der Hochdruckpumpe 10, und die Leitung 7 führt über das Zumessventil 9 zu der Hochdruckpumpe 10.
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Eine als Brennstoffleitung 11 ausgestaltete Brennstoff führende Komponente 11 verbindet die Fördereinrichtung 6 mit einem Anschluss 12 eines Speichermoduls 13 des Brennstoffspeichers 2.
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An dem Speichermodul 13 können auch weitere Anschlüsse vorgesehen sein, um beispielsweise eine Verbindung mit einem weiteren Brennstoffspeicher oder den Anschluss eines Drucksensors zu ermöglichen. Zur Vereinfachung der Darstellung ist hier nur ein einziger Anschluss 12 dargestellt.
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An dem Speichermodul 13 des Brennstoffspeichers 2 sind außerdem Ausgänge 14, 15, 16 vorgesehen, an denen das Speichermodul 13 mit Brennstoffeinspritzventilen 17, 18, 19 verbunden ist. Die Verbindungen können hierbei direkt oder mittelbar bestehen. Die Anzahl der Ausgänge kann variabel sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind drei Ausgänge 14, 15, 16 aufgeführt.
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Der Brennstoffspeicher 2 weist eine elastische Innenausstattung 25 auf. Die elastische Innenausstattung 25 ist innerhalb des Speichermoduls 13 angeordnet und weist einen Innenraum 26 auf. Hierbei ist über den Innenraum 26 der elastischen Innenausstattung 25 eine hydraulische Verbindung zwischen der mit dem Anschluss 12 verbundenen Brennstoffleitung 11 und den mit den Ausgängen 14 bis 16 verbundenen Brennstoffeinspritzventilen 17 bis 19 hergestellt. Der Innenraum 26 ist hierbei durch eine zusammenhängende Innenwand 27 begrenzt. Zwischen der den Innenraum 26 begrenzenden Innenwand 27 der elastischen Innenausstattung 25 und dem Speichermodul 13 ist ein Zwischenraum 28 gebildet. Der Zwischenraum 28 ist mit zumindest einem Stoff 29 ausgefüllt. Bei dem Stoff 29 kann es sich um einen flüssigen Stoff 29 oder einen festen Stoff 29 handeln. Hierbei sind gegebenenfalls auch kombinierte Ausgestaltungen aus zumindest einem flüssigen Stoff 29 und zumindest einem festen Stoff 29 möglich. Der Stoff 29 weist ein druckdynamisches Verhalten auf, das einem druckdynamischen Verhalten des über den Innenraum 26 geführten Brennstofffluids beziehungsweise des im Haupttank 3 bevorrateten Brennstoffs, insbesondere Benzinbrennstoffs, entspricht. Somit werden die Druckschwingungen, die bei der Förderungen von der Hochdruckpumpe 10 und bei der Entnahme über die Brennstoffeinspritzventile 17 bis 19 verursacht sind, wirkungsvoll bedämpft. Zugleich kann über das verringerte Volumen des Innenraums 26 die Durchleitung des Brennstofffluids durch den Brennstoffspeicher 2 mit höherer Strömungsgeschwindigkeit realisiert werden.
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In diesem Ausführungsbeispiel sind an dem Speichermodul 13 mehrere Abzweigstutzen 30, 31, 32 ausgebildet, die an einem rohrförmigen Grundkörper 33 des Speichermoduls 13 angefügt sind. Die Ausgänge 14 bis 16 befinden sich an den Abzweigstutzen 30 bis 32. Die elastische Innenausstattung 25 weist dementsprechend rohrförmige Ansätze 34, 35, 36 auf, die sich jeweils in den zugeordneten Abzweigstutzen 30 bis 32 des Speichermoduls 13 erstrecken. Die rohrförmigen Ansätze 34 bis 36 der elastischen Innenausstattung 25 sind hierbei an einen rohrförmigen Abschnitt 37 der elastischen Innenausstattung 25 angefügt, der sich durch den rohrförmigen Grundkörper 33 des Speichermoduls 13 erstreckt.
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Der den Zwischenraum 28 ausfüllende Stoff 29 erstreckt sich entsprechend auch in die Teile des Zwischenraums 28, die zwischen den rohrförmigen Ansätzen 34 bis 36 der elastischen Innenausstattung 25 und den Abzweigstutzen 30 bis 32 gebildet sind. Die zusammenhängende Innenwand 27 der Innenausstattung 25 dichtet hierbei den Innenraum 26 gegenüber dem Zwischenraum 28, in dem sich der Stoff 29 befindet, ab. Die elastische Innenausstattung 25 kann auf diese Weise in Form einer elastischen Innenverrohrung 25 ausgestaltet sein.
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Der rohrförmige Grundkörper 33 und die rohrförmigen Ansätze 34 bis 36 des Speichermoduls 13 können beispielsweise in druckfester Ausgestaltung aus einem Aluminium beziehungsweise einer Aluminiumlegierung gebildet sein. Ein gegebenenfalls als flüssiger Stoff 29 eingesetztes Druckfluid kann mit einer hydraulischen Kapazität gewählt werden, die einem herkömmlichen Brennstoffspeicher entspricht. Die elastische Innenausstattung 25 kann zumindest teilweise aus einem Gummi beziehungsweise künstlichem Gummiwerkstoff gebildet sein.
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In der 1 sind Schaltstellungen des Ventils 8 und des Zumessventils 9 dargestellt, bei der ein über die Hochdruckpumpe 10 gefördertes Brennstofffluid aus der im Haupttank 3 bevorrateten Brennstoffkomponente und der im Nebentank 4 bevorrateten Zusatzkomponente gemischt wird. Diese Mischung kann beispielsweise für eine bestimmte Betriebsart während einer begrenzten Zeitdauer gefördert werden. Über das gedrosselte Ventil 8 und das gedrosselte Zumessventil 9 kann hierbei auch die Zusammensetzung des Brennstofffluids aus der Brennstoffkomponente und der Zusatzkomponente geeignet eingestellt und gegebenenfalls variiert werden. Außerdem kann insbesondere das Zumessventil 9 in eine Sperrstellung gestellt werden, so dass das über die Hochdruckpumpe 10 geförderte Brennstofffluid dann nur aus der im Haupttank 3 bevorrateten Brennstoffkomponente gebildet ist. Prinzipiell ist es auch denkbar, dass bei einer abgewandelten Ausgestaltung auch Mischungen aus mehr als zwei Komponenten ermöglicht werden.
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Über die Fördereinrichtung 6 kann somit die in dem Nebentank 4 bevorratete Zusatzkomponente so zudosieren, dass diese während einer Zumesszeit für diese Zusatzkomponente in einen begrenzten Abschnitt des über die Hochdruckpumpe 10 geförderten und durch die Brennstoffleitung 11 geführten Brennstofffluids enthalten ist. Durch die Ausgestaltung der elastischen Innenausstattung 25 kann der Innenraum 26 mit einem vergleichsweise geringen Volumen realisiert werden, so dass der Abschnitt des Brennstofffluids mit der Zusatzkomponente zumindest in einem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine den Brennstoffspeicher 2 mit einer vergleichsweise hohen Strömungsgeschwindigkeit passiert. Hierbei kann die Strömungsgeschwindigkeit, die an der Hochdruckpumpe 10 erreicht wird, zu einer Strömungsgeschwindigkeit des Brennstofffluids durch den Innenraum 26 führen, die in der gleichen Größenordnung wie die Strömungsgeschwindigkeit an der Hochdruckpumpe 10 der Fördereinrichtung 6 liegt. Aufgrund des verringerten Volumens des Innenraums 26 werden hierbei innerhalb des Innenraums 26 auch Vermischungen mit einem vorher geförderten, anders zusammensetzten Brennstofffluid vermieden. Das über das Ventil 8 und das Zumessventil 9 eingestellte Mischungsverhältnis des Brennstofffluids wird dadurch zumindest näherungsweise auch an den Brennstoffeinspritzventilen 17 bis 19 realisiert. Somit können die Zeitdauer, über die das Zusatzfluid den Brennstoffeinspritzventilen 17 bis 19 in relevanter Konzentration zugeführt wird, und der Anteil der Zusatzkomponente an dem den Brennstoffeinspritzventilen 17 bis 19 zugeführten Brennstofffluid in verbesserter Weise eingestellt werden. Zugleich wird hierbei eine vorteilhafte Dämpfung von Druckpulsationen realisiert.
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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 102008035492 A1 [0002, 0003]
