DE102018209130A1 - Fuel storage arrangement and internal combustion engine with such an arrangement - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffspeicheranordnung, umfassend einen ersten Kraftstoffspeicher (91) mit einem ersten Speichervolumen, einen zweiten Kraftstoffspeicher (92) mit einem zweiten Speichervolumen, wobei der erste Kraftstoffspeicher (91) mit dem zweiten Kraftstoffspeicher (92) hydraulisch verbunden ist, wobei das zweite Speichervolumen des zweiten Kraftstoffspeichers (92) kleiner ist als das erste Speichervolumen des ersten Kraftstoffspeichers (91), einen Zufuhranschluss (11), welcher am zweiten Kraftstoffspeicher (92) angeordnet ist, und wenigstens einen Abfuhranschluss (12), welcher am zweiten Kraftstoffspeicher (92) angeordnet ist.The present invention relates to a fuel storage arrangement comprising a first fuel reservoir (91) having a first storage volume, a second fuel reservoir (92) having a second storage volume, the first fuel reservoir (91) being hydraulically connected to the second fuel reservoir (92) second storage volume of the second fuel accumulator (92) is smaller than the first storage volume of the first fuel accumulator (91), a supply port (11) which is arranged on the second fuel accumulator (92), and at least one discharge port (12) which on the second fuel accumulator ( 92) is arranged.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffspeicheranordnung sowie eine Brennkraftmaschine mit einem Wassereinspritzsystem und einem Kraftstoffeinspritzsystem mit einer derartigen Kraftstoffspeicheranordnung.The present invention relates to a fuel storage arrangement and an internal combustion engine having a water injection system and a fuel injection system with such a fuel storage arrangement.
Brennkraftmaschinen mit Wassereinspritzsystemen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Durch eine Wassereinspritzung können Abgastemperaturen reduziert werden, sowie eine Klopfneigung im Betrieb reduziert werden. Bekannt sind hierbei üblicherweise separate Wassereinspritzsysteme, welche eine Wassereinspritzung ermöglichen, wie beispielsweise die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Kraftstoffspeicheranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine besonders einfache und kostengünstig zu realisierende Wasserspritzung möglich wird. Wasser wird dabei über die bereits vorhandenen Kraftstoffinjektoren einer Brennkraftmaschine gemeinsam mit Kraftstoff in Form einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion bei Bedarf eingespritzt. Hierbei kann erfindungsgemäß eine besonders kurze Reaktionszeit zwischen einer Entscheidung, dass Wasser zusätzlich in den Brennraum eingespritzt werden soll und der Umsetzung der zusätzlichen Wassereinspritzung erreicht werden. Trotzdem kann ein baulicher Aufwand für die Kraftstoffspeicheranordnung und das Wassereinspritzsystem minimal und dadurch sehr kostengünstig sein. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Kraftstoffspeicheranordnung einen ersten Kraftstoffspeicher mit einem ersten Speichervolumen und einen zweiten Kraftstoffspeicher mit einem zweiten Speichervolumen aufweist. Die beiden Kraftstoffspeicher sind dabei über mindestens eine Verbindungsleitung hydraulisch miteinander verbunden. Ferner ist das zweite Speichervolumen kleiner als das erste Speichervolumen. Ein Zufuhranschluss ist darüber hinaus am zweiten Kraftstoffspeicher angeordnet und ein Abfuhranschluss ist ebenfalls am zweiten Kraftstoffspeicher angeordnet. Der Abfuhranschluss ist hierbei mit einem Kraftstoffinjektor verbunden, welcher Kraftstoff direkt in einen Brennraum oder in einen Saugbereich einer Brennkraftmaschine einspritzen kann. Über den Zufuhranschluss keiner einerseits ausschließlich Kraftstoff und andererseits eine Kraftstoff-Wasser-Emulsion zugeführt werden, falls im Betrieb einer Brennkraftmaschine Wasser zusätzlich zum Kraftstoff eingespritzt werden soll.The fuel storage arrangement according to the invention with the features of claim 1 has the advantage over that a particularly simple and inexpensive to be realized water injection is possible. Water is injected via the existing fuel injectors of an internal combustion engine together with fuel in the form of a fuel-water emulsion as needed. In this case, according to the invention, a particularly short reaction time between a decision that water should additionally be injected into the combustion chamber and the implementation of the additional water injection can be achieved. Nevertheless, a construction effort for the fuel storage arrangement and the water injection system can be minimal and therefore very cost-effective. This is inventively achieved in that the fuel storage arrangement has a first fuel reservoir with a first storage volume and a second fuel storage with a second storage volume. The two fuel storage are hydraulically connected to each other via at least one connecting line. Furthermore, the second storage volume is smaller than the first storage volume. A supply port is also disposed on the second fuel reservoir and a discharge port is also disposed on the second fuel reservoir. The discharge port is in this case connected to a fuel injector, which can inject fuel directly into a combustion chamber or into a suction region of an internal combustion engine. On the one hand only fuel and on the other hand, a fuel-water emulsion are supplied via the supply port, if water is to be injected in addition to the fuel during operation of an internal combustion engine.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.
Vorzugsweise ist das erste Speichervolumen um einen Faktor
Da sowohl der Zufuhranschluss als auch der Abfuhranschluss am kleineren zweiten Speichervolumen angeordnet ist, wird der frisch zugeführte Kraftstoff und bei einem Wassereintrag die Kraftstoff-Wasser-Emulsion in das kleinere zweite Speichervolumen zugeführt und in kürzester Zeit wieder über den Abfuhranschluss aus dem zweiten Speichervolumen abgeführt. Somit kann auch bei einem längeren Betrieb mit Wassereinspritzung vermieden werden, dass sich große Wasseranteile im ersten größeren Speichervolumen ansammeln. Somit wird die Zufuhr und Abfuhr am Kraftstoffspeicher von der eigentlichen Dämpfungsfunktion des Kraftstoffspeichers getrennt. Nach Beendigung der zusätzlichen Wassereinspritzung wird das Kraftstoff-Wasser-Gemisch aus dem kleinen zweiten Speichervolumen schnell durch Kraftstoff ausgespült. Since both the supply port and the discharge port is arranged at the smaller second storage volume, the freshly supplied fuel and at a water entry the fuel-water emulsion is fed into the smaller second storage volume and discharged in the shortest possible time via the discharge port from the second storage volume. Thus, even with a longer operation with water injection can be avoided that accumulate large amounts of water in the first larger storage volume. Thus, the supply and discharge at the fuel storage is separated from the actual damping function of the fuel storage. Upon completion of the additional water injection, the fuel-water mixture from the small second storage volume is quickly purged of fuel.
Vorzugsweise ist der Zufuhranschluss radial am zweiten Kraftstoffspeicher angeordnet. Hierbei ist der Zufuhranschluss besonders bevorzugt mittig am zweiten Kraftstoffspeicher, welcher vorzugsweise eine längliche, rohrförmige Gestalt aufweist, angeordnet.Preferably, the supply port is arranged radially on the second fuel reservoir. In this case, the supply port is particularly preferably arranged centrally on the second fuel reservoir, which preferably has an elongated, tubular shape.
Weiter bevorzugt ist der wenigstens eine Abfuhranschluss ebenfalls radial am zweiten Kraftstoffspeicher angeordnet. Vorzugsweise ist hierbei für jeden Zylinder einer Brennkraftmaschine ein Abfuhranschluss vorgesehen, um eine Versorgung mit Kraftstoff sicherzustellen. Bei mehreren Abfuhranschlüssen sind diese Vorzugsweise symmetrisch und in gleichen Abständen zueinander benachbart angeordnet.More preferably, the at least one discharge port is also arranged radially on the second fuel storage. Preferably, a discharge port is provided for each cylinder of an internal combustion engine to ensure a supply of fuel. In the case of a plurality of discharge ports, these are preferably arranged symmetrically and adjacent to one another at equal intervals.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Kraftstoffspeicher und der zweite Kraftstoffspeicher längliche Bauteile, insbesondere rohrförmig längliche Bauteile, welche parallel und benachbart zueinander angeordnet sind. Hierdurch kann ein kompakter und kostengünstiger Aufbau realisiert werden.According to a further preferred embodiment of the invention, the first fuel reservoir and the second fuel reservoir are elongated components, in particular tubular elongated components, which are arranged parallel and adjacent to each other. As a result, a compact and inexpensive construction can be realized.
Die Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Kraftstoffspeicher erfolgt vorzugsweise über eine erste Verbindungsleitung und eine zweite Verbindungsleitung. Bevorzugt sind die beiden Verbindungsleitungen an den Kraftstoffspeichern möglichst weit voneinander entfernt angeordnet, was sich positiv auf die Dämpfungseigenschaften innerhalb des Kraftstoffsystems auswirkt. Besonders bevorzugt sind die erste Verbindungsleitung am ersten Ende des ersten und zweiten Kraftstoffspeichers angeordnet und die zweite Verbindungsleitung am zweiten Ende des ersten und zweiten Kraftstoffspeichers angeordnet. The connection between the first and second fuel storage is preferably via a first connecting line and a second connecting line. Preferably, the two connecting lines are arranged as far away from each other at the fuel reservoirs, which has a positive effect on the damping properties within the fuel system. Particularly preferably, the first connecting line are arranged at the first end of the first and second fuel reservoir and the second connecting line is arranged at the second end of the first and second fuel reservoir.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind der erste und zweite Kraftstoffspeicher in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Das gemeinsame Gehäuse sind vorzugsweise ein Gussbauteil und der erste und zweite Kraftstoffspeicher sind bevorzugt zylindrische Ausnehmungen im Gussbauteil. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Kraftstoffspeicheranordnung besonders kostengünstig als Massenbauteil hergestellt werden. Der erste und zweite Kraftstoffspeicher können dann beispielsweise durch spanende Bearbeitung oder Laser oder dgl. erzeugt werden.According to an alternative embodiment of the invention, the first and second fuel storage are arranged in a common housing. The common housing are preferably a cast component and the first and second fuel reservoirs are preferably cylindrical recesses in the cast component. As a result, the fuel storage arrangement according to the invention can be produced particularly cost-effectively as a mass component. The first and second fuel storage may then be generated, for example, by machining or lasers or the like.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in der hydraulischen Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Kraftstoffspeicher eine Drosseleinrichtung angeordnet. Die Drosseleinrichtung ermöglicht dabei eine möglichst gute hydraulische Trennung, um zu verhindern, dass eine Kraftstoff-Wasser-Emulsion im zu großer Menge in das erste Speichervolumen kommt und ferner können durch die Drosseleinrichtung Schwingungen vor Erreichen des ersten Speichervolumens gedämpft werden.According to a further preferred embodiment of the invention, a throttle device is arranged in the hydraulic connection between the first and second fuel storage. The throttle device allows the best possible hydraulic separation, to prevent a fuel-water emulsion comes in too large amount in the first storage volume and also can be damped by the throttle device vibrations before reaching the first storage volume.
Weiter bevorzugt umfasst die Kraftstoffspeicheranordnung wenigstens einen Injektor, welcher am Abfuhranschluss angeordnet ist. Der Injektor ist dabei bevorzugt direkt am Abfuhranschluss angeordnet und ist weiter bevorzugt für eine Direkteinspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingerichtet.More preferably, the fuel storage arrangement comprises at least one injector, which is arranged at the discharge port. The injector is preferably arranged directly at the discharge port and is further preferably set up for a direct injection of fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem Wassereinspritzsystem und einem Kraftstoffeinspritzsystem eine Kraftstoffspeicheranordnung gemäß der Erfindung umfasst. Dass Wassereinspritzsystem ist dabei derart mit dem Kraftstoffeinspritzsystem verbunden, dass bei Bedarf Wasser in das Kraftstoffeinspritzsystem zugeführt werden kann und dann über den bereits vorhandenen Kraftstoffinjektor eine Kraftstoff-Wasser-Emulsion eingespritzt werden kann. Somit kann der Kraftstoffinjektor einerseits ausschließlich Kraftstoff einspritzen und andererseits auch eine Kraftstoff-Wasser-Emulsion einspritzen. Vorzugsweise wird das Wasser bei Bedarf in das Kraftstoffeinspritzsystem an einer Position zugeführt, welche außerhalb der Kraftstoffspeicheranordnung liegt. Dadurch kann der Kraftstoffspeicheranordnung eine Kraftstoff-Wasser-Emulsion zugeführt werden, welche schon gut vermischt ist, so dass die Gefahr einer Einspritzung von falschen Kraftstoff-Wasser-Verhältnissen, insbesondere die Gefahr einer reinen Wassereinspritzung bzw. einer Einspritzung mit einem zu hohen Wasseranteil, vermieden werden.Furthermore, the present invention relates to an internal combustion engine having a water injection system and a fuel injection system comprising a fuel storage arrangement according to the invention. The water injection system is connected to the fuel injection system in such a way that, if required, water can be supplied to the fuel injection system and then a fuel-water emulsion can be injected via the already existing fuel injector. Thus, the fuel injector on the one hand only inject fuel and on the other hand inject a fuel-water emulsion. Preferably, the water is supplied as needed into the fuel injection system at a position which is outside of the fuel storage arrangement. As a result, the fuel storage arrangement can be supplied with a fuel-water emulsion which is already well mixed, so that the risk of injection of incorrect fuel-water ratios, in particular the risk of pure water injection or injection with an excessively high water content, is avoided become.
Weiter bevorzugt umfasst das Kraftstoffeinspritzsystem eine Kraftstoffpumpe, insbesondere eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe und das Wassereinspritzsystem ist an der Kraftstoffpumpe mit dem Kraftstoffeinspritzsystem verbunden. Hierbei ist vorzugsweise ein Absperrventil in der Wassereinspritzvorrichtung in einer Wasserleitung, die zur Kraftstoffpumpe führt, angeordnet. Bei geöffnetem Absperrventil kann die Kraftstoffpumpe dabei neben Kraftstoff auch Wassereinspritzsystem ansaugen und so auf ein entsprechendes Druckniveau für eine Einspritzung bringen. Gleichzeitig erfolgt eine sehr gute Vermischung zwischen Wasser und Kraftstoff, um eine möglichst homogene Kraftstoff-Wasser-Emulsion zu erreichen. Wenn das Absperrventil geschlossen ist, saugt die Kraftstoffpumpe kein Wasser an, so dass ausschließlich Kraftstoff zur Kraftstoffspeicheranordnung zugeführt wird und dementsprechend auch ausschließlich Kraftstoff in die Brennkraftmaschine eingespritzt wird.More preferably, the fuel injection system comprises a fuel pump, in particular a high-pressure fuel pump, and the water injection system is connected to the fuel injection system at the fuel pump. In this case, a shut-off valve is preferably arranged in the water injection device in a water line leading to the fuel pump. When the shut-off valve is open, the fuel pump can suck in addition to fuel and water injection system and thus bring to a corresponding pressure level for injection. At the same time there is a very good mixing between water and fuel to achieve the most homogeneous fuel-water emulsion. When the shut-off valve is closed, the fuel pump sucks no water, so that only fuel is supplied to the fuel storage arrangement and accordingly only fuel is injected into the internal combustion engine.
Das Absperrventil wird vorzugsweise mittels einer Steuereinheit betätigt, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, bei Bedarf, beispielsweise bei der Gefahr des Auftretens von Klopfens oder dem Wunsch der Reduzierung der Abgastemperaturen, Wasser in das Kraftstoffeinspritzsystem zuzuführen.The shut-off valve is preferably actuated by means of a control unit, the control unit being designed to supply water to the fuel injection system as required, for example in the event of the risk of knocking or the desire to reduce the exhaust gas temperatures.
Somit kann durch die erfindungsgemäße Idee einerseits ausschließlich Kraftstoff eingespritzt werden oder bei Bedarf Wasser dem Kraftstoff zugesetzt werden und in kürzester Zeit entsprechend eine Kraftstoff-Wasser-Emulsion eingespritzt werden bzw. wieder beendet werden.Thus, by the idea according to the invention, on the one hand, only fuel can be injected or, if necessary, water can be added to the fuel and, in shortest time, a fuel-water emulsion can be injected or terminated again.
Figurenlistelist of figures
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Zeichnung ist:
-
1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffspeicheranordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, -
2 eine schematische Ansicht der Kraftstoffspeicheranordnung von1 , und -
3 eine schematische Ansicht einer Kraftstoffspeicheranordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
1 a schematic view of an internal combustion engine with a fuel storage arrangement according to a first embodiment of the invention, -
2 a schematic view of the fuel storage arrangement of1 , and -
3 a schematic view of a fuel storage arrangement according to a second embodiment of the invention.
Bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungPreferred embodiments of the invention
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die
Die Brennkraftmaschine
Das Kraftstoffeinspritzsystem
Wie aus
Die Verbindung der Bauteile der Kraftstoffspeicheranordnung
Wie weiter aus
Am zweiten Kraftstoffspeicher
Weiter bezeichnet das Bezugszeichen
Wir aus
Weiterhin umfasst die Brennkraftmaschine
Wie aus
Die Brennkraftmaschine
Die Brennkraftmaschine
Wie aus
Für den Betriebsmodus, in welchem zusätzlich zum Kraftstoff noch Wasser in den Brennraum
Da das Speichervolumen des zweiten Kraftstoffspeichers
Falls in der ersten und zweiten Verbindungsleitung
Somit kann sichergestellt werden, dass im Betrieb möglichst eine geringe Menge an Wasser im ersten Kraftstoffspeicher
Weiterhin wird beim Abstellen der Brennkraftmaschine ferner auch das Wassereinspritzsystem
Es sei angemerkt, dass für eine möglichst schnelle Reaktion bei einem Wasserbedarf der Brennkraftmaschine das Volumen des Leitungsabschnitts
Somit kann erfindungsgemäß eine Brennkraftmaschine mit Wassereinspritzung bereitgestellt werden, bei der eine sehr kurze Ansprechzeit für die Wassereinspritzung ermöglicht wird und trotzdem ein ausreichend großes Speichervolumen in einer Kraftstoffspeicheranordnung
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