DE102018219943A1

DE102018219943A1 - Fuel injection system for a fuel mixture with a variable water content

Info

Publication number: DE102018219943A1
Application number: DE102018219943.4A
Authority: DE
Inventors: Peter Schenk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-11-21
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2020-05-28

Abstract

Eine Brennstoffeinspritzanlage (1), die insbesondere für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen (36) dient, umfasst eine Hochdruckpumpe (5) und einen Brennstoffverteiler (2), an dem ein Hochdruckeingang (30) und mehrere Hochdruckausgänge (32 - 34) vorgesehen sind, wobei über einen Ausgang (38) der Hochdruckpumpe (5) ein Brennstoffgemisch mit einem veränderbaren Wasseranteil zu dem Brennstoffverteiler (2) förderbar ist. Ferner ist eine Hochdruckleitung (8) vorgesehen, die einerseits mit dem Ausgang (38) der Hochdruckpumpe (5) und andererseits zumindest mittelbar mit dem Hochdruckeingang (30) des Brennstoffverteilers (2) verbunden ist. Die Hochdruckleitung (8) weist einen an den Ausgang (38) der Hochdruckpumpe (5) angrenzenden Druckausgleichsabschnitt (42) und zwischen dem Druckausgleichsabschnitt (42) und dem Hochdruckeingang (30) des Brennstoffverteilers (2) einen Verbindungsabschnitt (43) auf, wobei ein Leitungsquerschnitt (50) des Druckausgleichsabschnitts (42) größer ist als ein Leitungsquerschnitt (52) des Verbindungsabschnitts (43).A fuel injection system (1), which is used in particular for mixture-compressing, spark-ignition internal combustion engines (36), comprises a high-pressure pump (5) and a fuel distributor (2), on which a high-pressure inlet (30) and several high-pressure outlets (32 - 34) are provided, whereby A fuel mixture with a variable water content can be delivered to the fuel distributor (2) via an outlet (38) of the high-pressure pump (5). A high pressure line (8) is also provided, which is connected on the one hand to the outlet (38) of the high pressure pump (5) and on the other hand at least indirectly to the high pressure inlet (30) of the fuel distributor (2). The high pressure line (8) has a pressure compensation section (42) adjoining the outlet (38) of the high pressure pump (5) and a connecting section (43) between the pressure compensation section (42) and the high pressure inlet (30) of the fuel distributor (2) Line cross-section (50) of the pressure compensation section (42) is larger than a line cross-section (52) of the connecting section (43).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzanlage, die vorzugsweise für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen dient. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffeinspritzanlagen von Kraftfahrzeugen, bei denen eine direkte Einspritzung von Brennstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine erfolgt.The invention relates to a fuel injection system, which is preferably used for mixture-compressing, spark-ignition internal combustion engines. In particular, the invention relates to the field of fuel injection systems for motor vehicles, in which fuel is directly injected into combustion chambers of an internal combustion engine.

Aus der DE 10 2014 205 179 A1 ist eine Kraftstoffverteilerleiste für eine Brennkraftmaschine bekannt. Die bekannte Kraftstoffverteilerleiste weist ein längliches Gehäuse mit einem Hohlraum, einen Kraftstoffzufluss in den Hohlraum und zumindest zwei Kraftstoffabflüsse aus dem Hohlraum heraus für jeweils einen Kraftstoffinjektor auf. Dabei ist in dem Hohlraum ein Körper angeordnet, der eine Nut, welche die zwei Kraftstoffabflüsse miteinander verbindet, und im Bereich des Kraftstoffzuflusses eine radial um den Körper umlaufende Nut aufweist. Der Körper mit den zwei Nuten dient als Einsatz, mit der ein direkter Zufluss des Kraftstoffs von einer Pumpe zu den Injektoren gewährleistet ist, wobei dieser Körper ein inneres Volumen besitzen kann, das zur Dämpfung dient, sich aber nicht im direkten Kraftstofffluss befindet.From the DE 10 2014 205 179 A1 a fuel rail for an internal combustion engine is known. The known fuel rail has an elongated housing with a cavity, a fuel inflow into the cavity and at least two fuel outlets from the cavity, each for a fuel injector. In this case, a body is arranged in the cavity, which has a groove which connects the two fuel outflows to one another and a groove which extends radially around the body in the region of the fuel inflow. The body with the two grooves serves as an insert with which a direct inflow of the fuel from a pump to the injectors is ensured, whereby this body can have an internal volume which serves for damping but is not in the direct fuel flow.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße Hochdruckleitung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 haben den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise ermöglicht sind. Insbesondere können bei einer Realisierung einer Brennstoffeinspritzung mit einem Wasseranteil negative Auswirkungen auf und Beschädigungen von Komponenten, wie beispielsweise einer Hochdruckpumpe oder einer Abgasanlage, verhindert werden.The fuel injection system according to the invention with the features of claim 1 and the high-pressure line according to the invention with the features of claim 10 have the advantage that an improved design and mode of operation are made possible. In particular, when a fuel injection with a water content is implemented, negative effects on and damage to components, such as, for example, a high-pressure pump or an exhaust system, can be prevented.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzanlage und der erfindungsgemäßen Hochdruckleitung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 möglich.The measures listed in the subclaims enable advantageous developments of the fuel injection system and the high-pressure line according to the invention with the features of claim 10.

Die vorgeschlagene Brennstoffeinspritzanlage dient zur Einspritzung eines Brennstoffgemisches, wobei die Gemischzusammensetzung im Betrieb variieren soll. Das Brennstoffgemisch besteht hierbei aus Brennstoff und Wasser. Unter einem Brennstoff sind hierbei auch Mischungen mehrere Brennstoffe, wie zum Beispiel Benzin und Ethanol zu verstehen. Insbesondere kann eine direkte Wassereinspritzung realisiert werden, bei der Wasser in einer Emulsion mit zumindest einem Brennstoff, insbesondere Benzin, in Brennräume einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Hierbei kann das Wasser vor oder in einer Hochdruckpumpe dem Brennstoff zugeführt und zusammen mit diesem über den Brennstoffverteiler zu Hochdruckeinspritzventilen gefördert werden. Möglich ist aber auch eine abgewandelte Ausgestaltung, bei der das Brennstoffgemisch in einen Vorraum der Brennkammer oder in ein Saugrohr eingespritzt wird.The proposed fuel injection system is used to inject a fuel mixture, the mixture composition should vary during operation. The fuel mixture consists of fuel and water. In this context, a fuel is also understood to mean mixtures of several fuels, such as gasoline and ethanol. In particular, direct water injection can be implemented, in which water is injected in an emulsion with at least one fuel, in particular gasoline, into combustion chambers of an internal combustion engine. Here, the water can be supplied to the fuel upstream or in a high-pressure pump and conveyed together with it to high-pressure injection valves via the fuel distributor. However, a modified embodiment is also possible, in which the fuel mixture is injected into an antechamber of the combustion chamber or into an intake manifold.

Die Zusammensetzung des Gemisches, insbesondere der Emulsion, kann im Betrieb variieren. Beispielsweise kann die Zusetzung von Wasser nur in einem bestimmten Kennfeldbereich erforderlich beziehungsweise gewünscht sein. Beispielsweise kann Wasser beziehungsweise ein größerer Wasseranteil bei hoher Drehzahl und/oder hoher Last gewünscht sein. Beispielsweise muss im Fall eines Lastsprungs der Wasseranteil schnell erhöht werden, damit die zulässigen Temperaturen im Abgasstrang nicht überschritten werden. Wenn dieser Kennfeldbereich verlassen wird, beispielsweise bei einer Schubabschaltung, dann ist es vorteilhaft, wenn der eingespritzte Wasseranteil schnell reduziert werden kann und insbesondere wieder schnell gegen Null geht.The composition of the mixture, in particular the emulsion, can vary during operation. For example, the addition of water may only be required or desired in a certain map area. For example, water or a larger proportion of water at high speed and / or high load may be desired. For example, in the event of a load jump, the water content must be increased quickly so that the permissible temperatures in the exhaust system are not exceeded. If this map area is left, for example in the case of a fuel cut-off, it is advantageous if the injected water content can be reduced quickly and in particular quickly goes back to zero.

Bei solchen Änderungen ist eine kurze Verzugszeit zwischen der Zugabe des Wassers vor oder in der Hochdruckpumpe und dessen Einspritzung über die Hochdruckeinspritzventile erforderlich. Hierbei ergibt sich im Betrieb eine Totzeit zwischen der Förderung des Brennstoffgemisches am Ausgang der Hochdruckpumpe und dessen Ausgabe an den Hochdruckausgängen des Brennstoffverteilers beziehungsweise eine Totzeit zwischen der Förderung des Brennstoffgemisches am Ausgang der Hochdruckpumpe und der dann erfolgenden Einspritzung mittels der Brennstoffeinspritzventile.Such changes require a short delay between the addition of the water before or in the high-pressure pump and its injection via the high-pressure injection valves. In operation, there is a dead time between the delivery of the fuel mixture at the outlet of the high-pressure pump and its output at the high-pressure outlets of the fuel distributor, or a dead time between the delivery of the fuel mixture at the outlet of the high-pressure pump and the injection that then takes place by means of the fuel injection valves.

Wird beispielsweise bei einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine von einer reinen Benzineinspritzung in eine Einspritzung von Benzin und Wasser umgeschaltet, dann setzt die Kühlwirkung des Wasseranteils wegen der kleinvolumigen Hochdruckleitung schnell ein. Dadurch kann eine Anfettung zur Kühlung bei hohen Lasten vermieden werden, ohne dass Komponenten des Motors oder der Abgasanlage hierbei Schaden nehmen. Die Kühlwirkung, die durch das Verdampfen von Wasser entsteht, ermöglicht auch eine bessere Füllung des Brennraums. Ferner kann eine höhere Verdichtung und damit eine Wirkungsgradsteigerung ermöglicht werden, da die Klopfneigung verringert werden kann. Beispielsweise kann auch eine Reduzierung des Brennraumvolumens in Kombination mit einer Turboaufladung zur Reduzierung von CO₂-Emissionen umgesetzt werden.If, for example, a mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engine is switched from a pure gasoline injection to an injection of gasoline and water, the cooling effect of the water portion sets in quickly because of the small-volume high-pressure line. In this way, an enrichment for cooling at high loads can be avoided without damaging components of the engine or the exhaust system. The cooling effect created by the evaporation of water also enables the combustion chamber to be filled better. Furthermore, a higher compression and thus an increase in efficiency can be made possible because the tendency to knock can be reduced. For example, the combustion chamber volume can also be reduced in combination with turbocharging to reduce CO ₂ emissions.

Andererseits ist eine Begrenzung von Druckpulsationen erforderlich. Diesbezüglich hat sich gezeigt, dass speziell Druckspitzen am Ausgang der Hochdruckpumpe zu Funktionseinschränkungen oder Fehlfunktionen der Hochdruckpumpe führen können. Insbesondere bei einem am Ausgang der Hochdruckpumpe vorgesehenen Druckbegrenzungsventil wirken sich Druckspitzen nachteilig aus, so dass beispielsweise die Druckbegrenzung nicht mehr zuverlässig funktionieren kann oder sich der effektive Wirkungsgrad aufgrund eines ungewollten Öffnens reduziert. Bei einer herkömmlichen Ausgestaltung wird die Hochdruckleitung deshalb mit einem entsprechend großen Durchmesser ausgestaltet, der überhöhte, nicht zulässige Pulsationen verhindert.On the other hand, a limitation of pressure pulsations is necessary. In this regard, it has been shown that especially pressure peaks at the outlet of the high pressure pump can lead to functional restrictions or malfunctions of the high pressure pump. In particular in the case of a pressure relief valve provided at the outlet of the high pressure pump, pressure peaks have a disadvantageous effect, so that, for example, the pressure limitation can no longer function reliably or the effective efficiency is reduced due to an unwanted opening. In a conventional embodiment, the high-pressure line is therefore designed with a correspondingly large diameter, which prevents excessive, impermissible pulsations.

Je nach Anwendungsfall können sich sehr unterschiedliche Längen der Hochdruckleitung ergeben. Typische Längen liegen im Bereich von etwa 15 cm bis 100 cm. Beispielsweise kann die Hochdruckpumpe über eine Kurbelwelle angetrieben werden, so dass eine entsprechend große Distanz von der Hochdruckpumpe bis zum Brennstoffverteiler überbrückt werden muss. Bei einer herkömmlichen Ausgestaltung bedingt eine große Länge der Hochdruckleitung in Kombination mit einem großen Innendurchmesser jedoch eine wesentliche Verlängerung der Totzeit. Die Totzeit kann dann so groß sein, dass diese bei einer herkömmlichen Ausgestaltung gegen eine Wassereinspritzung spricht.Depending on the application, very different lengths of the high pressure line can result. Typical lengths are in the range of approximately 15 cm to 100 cm. For example, the high-pressure pump can be driven via a crankshaft, so that a correspondingly large distance from the high-pressure pump to the fuel distributor must be bridged. In a conventional embodiment, however, a large length of the high-pressure line in combination with a large inner diameter results in a substantial increase in the dead time. The dead time can then be so great that it speaks against water injection in a conventional embodiment.

Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung kann zum einen eine zuverlässige Funktionsweise der Hochdruckpumpe, insbesondere eines Druckbegrenzungsventils der Hochdruckpumpe, ermöglicht und zum anderen eine wesentliche Verkürzung der Totzeit erzielt werden. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine Wassereinspritzung ermöglicht werden. Insbesondere kann auch bei einer vergleichsweise langen Hochdruckleitung eine maximale Totzeit eingehalten werden, die für eine Wassereinspritzung erforderlich ist.On the one hand, the proposed configuration enables reliable operation of the high-pressure pump, in particular a pressure-limiting valve of the high-pressure pump, and on the other hand a significant reduction in the dead time. In this way, water injection can advantageously be made possible. In particular, even with a comparatively long high-pressure line, a maximum dead time that is required for water injection can be observed.

Die Totzeit kann hierbei auf einen typischen Betriebspunkt abgestimmt werden. Beispielsweise kann ein typischer Betriebspunkt für eine Wassereinspritzung bei 4.000 Umdrehungen durch einen effektiven Mitteldruck von 2 MPa (20 bar) charakterisiert sein. Die Totzeit kann dann auf diesen typischen Betriebspunkt bezogen sein. Bei einer herkömmlichen Ausgestaltung der Hochdruckleitung kann bei einer Länge der Hochdruckleitung von 60 cm die Totzeit bereits 1,4 Sekunden betragen. Im Unterschied dazu kann mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung der Hochdruckleitung eine wesentliche Verkürzung der Totzeit erzielt werden, so dass die gesamte Totzeit beispielsweise auf etwa 1,0 Sekunden eingestellt werden kann.The dead time can be matched to a typical operating point. For example, a typical operating point for a water injection at 4,000 revolutions can be characterized by an effective mean pressure of 2 MPa (20 bar). The dead time can then be related to this typical operating point. In a conventional design of the high-pressure line, the dead time can already be 1.4 seconds with a length of the high-pressure line of 60 cm. In contrast to this, the proposed design of the high-pressure line can significantly shorten the dead time, so that the total dead time can be set to about 1.0 seconds, for example.

Die Weiterbildung nach Anspruch 2 hat den Vorteil, dass eine wirksame Bedämpfung von Druckspitzen an der Hochdruckpumpe möglich ist. Besonders vorteilhaft ist hierbei eine Weiterbildung nach Anspruch 3. Beispielsweise kann die Hochdruckleitung im Druckausgleichsabschnitt einen konstanten Innendurchmesser aufweisen, der vorzugsweise entsprechend Anspruch 4 gewählt ist. Aus diesem Innendurchmesser ergibt sich dann die Länge des Druckausgleichabschnitts. Speziell ist bei einem gewählten Innendurchmesser von 6 mm eine Länge des Druckausgleichabschnitts von 20 cm gewählt, wobei aber auch Variationen im Bereich von ±50 % der Länge um diesen Wert im jeweiligen Anwendungsfall vorteilhaft sein können. In entsprechender Weise kann das im Druckausgleichsabschnitt zur Dämpfung dienende Volumen auch über den Innendurchmesser beeinflusst werden. Das Volumen ergibt sich dann aus dem Produkt der Länge des Druckausgleichabschnitts und dem aus dem Innendurchmesser berechneten Leitungsquerschnitt des Druckausgleichabschnitts. In den Ansprüchen 2 und 3 ist das Volumen mit Hilfe der Ludolfschen Zahl π, die näherungsweise 3,14159 ist, angegeben, wobei beispielsweise auch ovale Leitungsquerschnitte möglich sind.The development according to claim 2 has the advantage that an effective damping of pressure peaks on the high pressure pump is possible. A development according to claim 3 is particularly advantageous here. For example, the high-pressure line in the pressure compensation section can have a constant inner diameter, which is preferably selected in accordance with claim 4. The length of the pressure compensation section then results from this inner diameter. In particular, with a selected inner diameter of 6 mm, a length of the pressure compensation section of 20 cm is selected, although variations in the range of ± 50% of the length around this value can also be advantageous in the respective application. In a corresponding manner, the volume serving for damping in the pressure compensation section can also be influenced via the inner diameter. The volume then results from the product of the length of the pressure compensation section and the line cross section of the pressure compensation section calculated from the inside diameter. In claims 2 and 3, the volume is given with the help of Ludolf's number π, which is approximately 3.14159, with oval cross-sections also being possible, for example.

Eine Weiterbildung nach Anspruch 6 und/oder Anspruch 7 hat den Vorteil, dass eine wesentliche Reduzierung der Totzeit, aber dennoch eine zuverlässige Funktionsweise bei hohen Drücken gewährleistet ist. Speziell kann hierbei in Bezug auf typische Distanzen, die in einem Motorraum zu überbrücken sind, eine Totzeit vorgegeben werden, die zwischen 1,0 und 1,5 Sekunden und gegebenenfalls auch unter 1,0 Sekunden beträgt. Speziell sind vorteilhafte Ausgestaltungen realisierbar, wie sie in den Ansprüchen 8 und 9 angegeben sind.A further development according to claim 6 and / or claim 7 has the advantage that a substantial reduction in the dead time, but nevertheless a reliable functioning at high pressures is guaranteed. Specifically, a dead time can be specified in relation to typical distances to be bridged in an engine compartment, which is between 1.0 and 1.5 seconds and possibly also less than 1.0 seconds. In particular, advantageous configurations can be implemented, as specified in claims 8 and 9.

Je nach Ausgestaltung der Brennstoffeinspritzanlage können die an den einzelnen Hochdruckausgängen des Brennstoffverteilers auftretenden Verzugszeiten etwas voneinander abweichen. Diese Abweichungen können jedoch durch eine geeignete Zufuhr des Brennstoffgemisches, beispielsweise durch eine radiale Zufuhr in der Mitte eines rohrförmigen Brennstoffverteilers, reduziert werden, wenn dies im jeweiligen Anwendungsfall sinnvoll ist. Allerdings hat sich gezeigt, dass solche Variationen, die konstruktiv durch die Verteilung des Brennstoffgemisches über den Brennstoffverteiler bedingt sind, beispielsweise kleiner als 0,1 Sekunden vorgegeben werden können. Bei einer Optimierung gemäß Anspruch 9 kann die Optimierung der Totzeit in Bezug auf die mehreren Hochdruckausgänge auf eine minimale Totzeit, eine mittlere Totzeit oder auch eine maximale Totzeit erfolgen. Die Unterschiede sind hierbei jedoch in der Regel kleiner als 0,1 Sekunden, wenn ein entsprechend optimierter Brennstoffverteiler zum Einsatz kommt. Ein solcher optimierter Brennstoffverteiler kann beispielsweise je nach Hochdruckausgang mit anteiligen Verzugszeiten zwischen 0,01 Sekunden und 0,10 Sekunden zur gesamten Verzugszeit beitragen. Ferner können sich an den Brennstoffeinspritzventilen anteilige Verzugszeiten von beispielsweise 0,27 Sekunden ergeben. Ein weiterer Anteil für die Verzugszeit besteht vor dem Ausgang der Hochdruckpumpe, da das Brennstoffgemisch im Niederdruckbereich gemischt wird. An der Hochdruckpumpe kann sich entsprechend noch eine anteilige Verzugszeit von 0,22 Sekunden ergeben.Depending on the design of the fuel injection system, the delay times that occur at the individual high-pressure outlets of the fuel distributor may differ somewhat. However, these deviations can be reduced by a suitable supply of the fuel mixture, for example by a radial supply in the middle of a tubular fuel distributor, if this makes sense in the respective application. However, it has been shown that such variations, which are structurally dependent on the distribution of the fuel mixture over the fuel distributor, can be specified, for example, less than 0.1 seconds. In the case of an optimization according to claim 9, the optimization of the dead time in relation to the plurality of high pressure outputs can take place to a minimum dead time, an average dead time or also a maximum dead time. However, the differences are usually less than 0.1 seconds if an appropriately optimized fuel distributor is used. Such an optimized fuel distributor, for example depending on the high-pressure outlet, can contribute to the total delay time with proportional delay times between 0.01 seconds and 0.10 seconds. Proportional delay times of for example, 0.27 seconds. A further portion of the delay time is before the high-pressure pump leaves, since the fuel mixture is mixed in the low-pressure range. Accordingly, a proportional delay time of 0.22 seconds can result on the high pressure pump.

FigurenlisteFigure list

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:

1 eine Brennstoffeinspritzanlage mit einer Hochdruckleitung in einer schematischen Darstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
2 den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Hochdruckleitung der Brennstoffeinspritzanlage des Ausführungsbeispiels in einer schematischen Schnittdarstellung.

Preferred exemplary embodiments of the invention are explained in more detail in the following description with reference to the accompanying drawings, in which corresponding elements are provided with corresponding reference symbols. Show it:

1 a fuel injection system with a high pressure line in a schematic representation according to an embodiment of the invention and
2nd the in 1 II marked section of the high pressure line of the fuel injection system of the embodiment in a schematic sectional view.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine Brennstoffeinspritzanlage 1 in einer schematischen Darstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Brennstoffeinspritzanlage 1 einen Brennstoffverteiler 2, eine Brennstoffpumpe 3 und eine Zumesseinheit 4 auf. Die Zumesseinheit 4 kann beispielsweise eine Wasserpumpe 4A und ein Dosierventil 4B aufweisen. Ferner ist eine Hochdruckpumpe 5 vorgesehen. Die Brennstoffpumpe 3 fördert flüssigen Brennstoff, insbesondere Benzin, aus einem Tank (Brennstofftank) 6 zu der Hochdruckpumpe 5. Die Zumesseinheit 4 dient zum zeitweisen Zumessen von Wasser aus einem Vorratsbehälter (Wassertank) 7 in den geförderten Brennstoff. Die Zumessung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel an der Hochdruckpumpe 5. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann die Zumessung auch vor der Hochdruckpumpe 5 erfolgen. In einer zwischen dem Brennstoffverteiler 2 und der Hochdruckpumpe 5 vorgesehenen Hochdruckleitung 8 wird dann je nach Betriebszustand der flüssige Brennstoff oder ein Gemisch aus dem flüssigen Brennstoff und Wasser gefördert. Hierbei kann ein positiver Anteil an Wasser in dem Gemisch je nach Ausgestaltung fest vorgegeben sein oder auch zeitlich variieren. Wird die Zumessung über die Zumesseinheit 4 abgeschaltet, dann verschwindet der Anteil an Wasser in dem Gemisch vorzugsweise bis auf Null. 1 shows a fuel injection system 1 in a schematic representation according to an embodiment. In this embodiment, the fuel injection system 1 a fuel distributor 2nd , a fuel pump 3rd and a metering unit 4th on. The metering unit 4th can, for example, a water pump 4A and a metering valve 4B exhibit. There is also a high pressure pump 5 intended. The fuel pump 3rd promotes liquid fuel, especially gasoline, from a tank (fuel tank) 6 to the high pressure pump 5 . The metering unit 4th serves for the temporary metering of water from a storage container (water tank) 7 in the extracted fuel. In this exemplary embodiment, the metering is carried out on the high-pressure pump 5 . In a modified embodiment, the metering can also take place before the high-pressure pump 5 respectively. In one between the fuel rail 2nd and the high pressure pump 5 provided high pressure line 8th depending on the operating state, the liquid fuel or a mixture of the liquid fuel and water is then conveyed. Depending on the configuration, a positive proportion of water in the mixture can be fixed or can vary over time. If the metering is via the metering unit 4th switched off, the proportion of water in the mixture preferably disappears to zero.

Der Brennstoffverteiler 2 dient zum Speichern und Verteilen von Brennstoff auf Brennstoffeinspritzventile 9, 10, 11 der Brennstoffeinspritzanlage 1 und verringert dabei auch mögliche Druckschwankungen beziehungsweise Pulsationen. Der Brennstoffverteiler 2 kann zum Dämpfen von Druckpulsationen, die beim Schalten der Brennstoffeinspritzventile 9 bis 11 auftreten können, dienen. Der Brennstoffverteiler 2 ist so ausgestaltet, dass beispielsweise beim Ein- oder Ausschalten der Zumesseinheit 4 eine kurze Verzugszeit in Bezug auf die Zugabe des Wassers an der Hochdruckpumpe 5 und der Einspritzung des Wassers über die Brennstoffeinspritzventile 9 bis 11 erreicht ist.The fuel distributor 2nd is used to store and distribute fuel on fuel injectors 9 , 10th , 11 the fuel injection system 1 and also reduces possible pressure fluctuations or pulsations. The fuel distributor 2nd can be used to dampen pressure pulsations when switching fuel injectors 9 to 11 can occur serve. The fuel distributor 2nd is designed so that, for example, when the metering unit is switched on or off 4th a short delay in relation to the addition of water to the high pressure pump 5 and the injection of water through the fuel injectors 9 to 11 is reached.

Der Brennstoffverteiler 2 weist einen rohrförmigen Grundkörper 15 auf, der sich entlang einer Längsachse 16 erstreckt. An dem rohrförmigen Grundkörper 15 sind ein Hochdruckeingang 30 und mehrere Hochdruckausgänge 32, 33, 34 angebracht. In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich der Hochdruckeingang 30 axial an dem Grundkörper 15. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann der Hochdruckeingang 30 auch radial an dem Grundkörper 15 angeordnet sein. Die Hochdruckausgänge 32, 33, 34 sind entlang der Längsachse 16 betrachtet verteilt angeordnet, um den Brennstoff zu den Brennstoffeinspritzventilen 9 bis 11 zu führen.The fuel distributor 2nd has a tubular base body 15 on that along a longitudinal axis 16 extends. On the tubular body 15 are a high pressure inlet 30th and several high pressure outlets 32 , 33 , 34 appropriate. In this embodiment, the high pressure inlet is located 30th axially on the base body 15 . In a modified embodiment, the high pressure inlet 30th also radially on the base body 15 be arranged. The high pressure outlets 32 , 33 , 34 are along the longitudinal axis 16 considered distributed to the fuel to the fuel injectors 9 to 11 respectively.

Wenn der Betriebsmodus gewechselt wird, um zusätzlich Wasser aus dem Vorratsbehälter 7 über die Zumesseinheit 4 zuzumessen, dann gelangt das Brennstoffgemisch, das dann aus Brennstoff und einem positiven, also von Null verschiedenen, Wasseranteil besteht, nach der Hochdruckpumpe 5 über die Hochdruckleitung 8 und den Brennstoffverteiler 2 zu den Einspritzventilen 32, 33, 34, bis es dann direkt in Brennkammern 35 einer Brennkraftmaschine 36 eingespritzt wird. Zur Vereinfachung der Darstellung ist hier nur eine Brennkammer 35 dargestellt. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann das Brennstoffgemisch beispielsweise auch in ein Saugrohr 37 eingespritzt werden. Da die Hochdruckleitung 8 und der Brennstoffverteiler 2 optimiert ausgebildet sind, ergibt sich eine kurze Verzugszeit, bis die Brennstoffeinspritzventile 9 bis 11 das Gemisch mit dem vorgegebenen Wasseranteil einspritzen.When the operating mode is changed to add water from the reservoir 7 via the metering unit 4th then the fuel mixture, which then consists of fuel and a positive, i.e. non-zero, water component, reaches the high-pressure pump 5 via the high pressure line 8th and the fuel rail 2nd to the injectors 32 , 33 , 34 until it is then directly in the combustion chambers 35 an internal combustion engine 36 is injected. To simplify the illustration, there is only one combustion chamber 35 shown. In a modified embodiment, the fuel mixture can, for example, also in an intake manifold 37 be injected. Because the high pressure line 8th and the fuel rail 2nd are optimized, there is a short delay before the fuel injectors 9 to 11 inject the mixture with the specified amount of water.

Ebenso ergeben sich schnelle Wechsel zu anderen Betriebsmodi. Beispielsweise kann der Anteil an Wasser auch mit einer kurzen Verzugszeit wieder reduziert werden. Insbesondere kann der Wasseranteil auch mit einer kurzen Verzugszeit zumindest im Wesentlichen auf Null reduziert werden. Durch eine schnelle Erhöhung des Wasseranteils wird es beispielsweise möglich, bei hoher Last Brennstoff einzusparen, da keine Anfettung des Brennstoff-Luft-Gemisches erforderlich ist oder eine solche Anfettung zumindest reduziert werden kann. Durch eine schnelle Reduzierung des Wasseranteils kann bei einer Lastabsenkung, insbesondere bei einem Wechsel in einen Schubbetrieb, eine unerwünschte Kühlung der Brennkammer verhindert werden.There are also quick changes to other operating modes. For example, the proportion of water can be reduced again with a short delay. In particular, the water content can be reduced at least essentially to zero even with a short delay time. A rapid increase in the water content makes it possible, for example, to save fuel under high load, since no enrichment of the fuel-air mixture is necessary or such enrichment can at least be reduced. By rapidly reducing the water content, undesired cooling of the combustion chamber can be prevented when the load is lowered, in particular when changing over to overrun mode.

Die Hochdruckpumpe 5 weist an ihrem Ausgang 38 ein Druckbegrenzungsventil 39 auf. Wenn das Druckbegrenzungsventil 39 aktiviert wird, dann kann das unter hohem Druck stehende Brennstoffgemisch beispielsweise wieder in einen Förderraum der Hochdruckpumpe 5 zurückgeführt werden, wie es in der 1 schematisch durch eine Rückführleitung 40 veranschaulicht ist. Somit ist in diesem Ausführungsbeispiel der Ausgang 38 der Hochdruckpumpe 5 an dem Druckbegrenzungsventil 39 vorgesehen. The high pressure pump 5 points at their exit 38 a pressure relief valve 39 on. If the pressure relief valve 39 is activated, then the fuel mixture, which is under high pressure, can, for example, be returned to a delivery chamber of the high-pressure pump 5 be returned as it is in the 1 schematically through a return line 40 is illustrated. Thus, in this embodiment, the output is 38 the high pressure pump 5 on the pressure relief valve 39 intended.

Die Brennstoffeinspritzanlage 1 und die Hochdruckleitung 8 der Brennstoffeinspritzanlage 1 entsprechend dem Ausführungsbeispiel sind im Folgenden auch unter Bezugnahme auf die 2 weiter beschrieben.The fuel injection system 1 and the high pressure line 8th the fuel injection system 1 according to the embodiment are also below with reference to 2nd further described.

2 zeigt den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Hochdruckleitung 8 der Brennstoffeinspritzanlage 1 des Ausführungsbeispiels in einer schematischen Schnittdarstellung. Die Hochdruckleitung 8 weist eine Gesamtlänge 41 auf. Über die Gesamtlänge 41 betrachtet ist die Hochdruckleitung 8 zumindest näherungsweise in einen Druckausgleichsabschnitt 42 und einen Verbindungsabschnitt 43 aufgeteilt. Hierbei kann gegebenenfalls ein Übergangsabschnitt 44 vorgesehen sein. Der Druckausgleichsabschnitt 42 und der Verbindungsabschnitt 43 sind so ausgebildet, dass sich die Gesamtlänge 41 zumindest näherungsweise aus einer Länge 45 des Druckausgleichsabschnitt 42 und einer Länge 46 des Verbindungsabschnitts 43 zusammensetzt. Falls ein Übergangsabschnitt 44 vorgesehen ist, so ist eine Länge 47 des Übergangsabschnitts 44 vorzugsweise relativ kurz und gegenüber der Gesamtlänge 41 vernachlässigbar. 2nd shows the in 1 II marked section of the high pressure line 8th the fuel injection system 1 of the embodiment in a schematic sectional view. The high pressure line 8th has an overall length 41 on. Over the entire length 41 the high-pressure line is considered 8th at least approximately in a pressure compensation section 42 and a connecting section 43 divided up. If necessary, a transition section can be used 44 be provided. The pressure equalization section 42 and the connecting section 43 are designed so that the total length 41 at least approximately from a length 45 the pressure equalization section 42 and a length 46 the connecting section 43 put together. If a transition section 44 is a length 47 the transition section 44 preferably relatively short and compared to the total length 41 negligible.

Der Druckausgleichsabschnitt 42 erstreckt sich von einem Ende 48 der Hochdruckleitung 8 bis zu dem Verbindungsabschnitt 43 beziehungsweise dem Übergangsabschnitt 44. Der Verbindungsabschnitt 43 erstreckt sich von einem anderen Ende 49 der Hochdruckleitung 8 bis zu dem Druckausgleichsabschnitt 42 beziehungsweise dem Übergangsabschnitt 44. The pressure equalization section 42 extends from one end 48 the high pressure line 8th up to the connecting section 43 or the transition section 44 . The connecting section 43 extends from another end 49 the high pressure line 8th up to the pressure equalization section 42 or the transition section 44 .

Das Ende 48 der Hochdruckleitung 8 befindet sich direkt an dem Ausgang 38 der Hochdruckpumpe 5 beziehungsweise des Druckbegrenzungsventils 39. Das andere Ende 49 der Hochdruckleitung 8 befindet sich direkt an dem Hochdruckeingang 30 des Brennstoffverteilers 2. Hierbei sind geeignete Hochdruckverbindungen, insbesondere Hochdruckanschlüsse, realisiert.The end 48 the high pressure line 8th is located directly at the exit 38 the high pressure pump 5 or the pressure relief valve 39 . The other end 49 the high pressure line 8th is located directly at the high pressure inlet 30th of the fuel distributor 2nd . Suitable high-pressure connections, in particular high-pressure connections, are implemented here.

Somit grenzt der Druckausgleichsabschnitt 42 an den Ausgang 38 der Hochdruckpumpe 5 an. Der Verbindungsabschnitt 43 grenzt an den Hochdruckeingang 30 des Brennstoffverteilers 2 an. Die Hochdruckleitung 8 weist im Druckausgleichsabschnitt 42 einen Leitungsquerschnitt 50 auf, der beispielsweise durch einen Innendurchmesser 51 gegeben sein kann. Die Multiplikation des Quadrats des halben Innendurchmessers 51 mit der Ludolfschen Zahl π ergibt dann den Leitungsquerschnitt 50. Entsprechend weist die Hochdruckleitung 8 im Verbindungsabschnitt 43 einen Leitungsquerschnitt 52 auf, der beispielsweise durch einen Innendurchmesser 53 gegeben sein kann. Die Multiplikation des Quadrats des halben Innendurchmessers 53 mit der Ludolfschen Zahl π ergibt dann den Leitungsquerschnitt 52. Im Übergangsbereich 44 verringert sich der Leitungsquerschnitt in einer Durchflussrichtung 54 von dem Leitungsquerschnitt 50 auf den Leitungsquerschnitt 52.Thus, the pressure compensation section borders 42 to the exit 38 the high pressure pump 5 at. The connecting section 43 borders on the high pressure inlet 30th of the fuel distributor 2nd at. The high pressure line 8th points in the pressure equalization section 42 a cable cross section 50 on, for example, by an inner diameter 51 can be given. Multiplication of the square of half the inner diameter 51 with the Ludolf number π then gives the cable cross-section 50 . The high-pressure line points accordingly 8th in the connection section 43 a cable cross section 52 on, for example, by an inner diameter 53 can be given. Multiplication of the square of half the inner diameter 53 with the Ludolf number π then gives the cable cross-section 52 . In the transition area 44 the line cross-section decreases in one flow direction 54 from the wire cross section 50 on the cable cross section 52 .

Die Druckregelung der Hochdruckpumpe 5 kann über die Drehzahl in Kombination mit einem Drucksensor, eine Blende in Kombination mit einem Drucksensor oder auch durch einen mechanisch oder elektrisch betätigten Druckregler beziehungsweise Druckbegrenzer, der gegebenenfalls in Kombination mit einem Drucksensor arbeiten kann, erfolgen. Hierdurch stellt sich am Ausgang 38 der Hochdruckpumpe 5 ein Druck p ein. Bei einer Betätigung der Brennstoffeinspritzventile 9 bis 11 kommt es aufgrund des Druckes p zu einem Fluss des Brennstoffgemisches mit dem veränderbaren Wasseranteil in der Durchflussrichtung 54. Der Druckausgleichsabschnitt 42 weist ein Volumen V auf, das sich als Produkt aus dem Leitungsquerschnitt 50 und der Länge 45 des Druckausgleichsabschnitts 42 ergibt. Beispielsweise können der Innendurchmesser 51 gleich 6 mm und die Länge 45 des Druckausgleichsabschnitts gleich 20 cm gewählt werden. Das Volumen V ergibt sich dann zu 1800 mm³ * π. Das Volumen kann hierbei auch um bis zu 50 % erhöht oder verringert werden, wenn dies im jeweiligen Anwendungsfall sinnvoll ist, so dass sich ein Bereich von 900 mm³ * π bis 2700 mm³ * π ergibt.The pressure control of the high pressure pump 5 can take place via the speed in combination with a pressure sensor, an orifice plate in combination with a pressure sensor or also by a mechanically or electrically operated pressure regulator or pressure limiter, which can optionally work in combination with a pressure sensor. This will result in the exit 38 the high pressure pump 5 a pressure p a. When the fuel injection valves are actuated 9 to 11 Because of the pressure p, the fuel mixture flows with the variable water content in the flow direction 54 . The pressure equalization section 42 has a volume V, which is the product of the line cross-section 50 and the length 45 of the pressure compensation section 42 results. For example, the inside diameter 51 equal to 6 mm and the length 45 of the pressure compensation section can be selected equal to 20 cm. The volume V is then 1800 mm ³ * π. The volume can also be increased or decreased by up to 50% if this makes sense in the respective application, so that a range of 900 mm ³ * π to 2700 mm ³ * π results.

Durch die Einbauverhältnisse und den jeweiligen Anwendungsfall, beispielsweise den Antrieb der Hochdruckpumpe 5 über eine Kurbelwelle 55, ergibt sich eine erforderliche Gesamtlänge 41 der Hochdruckleitung 8. Ferner hat sich gezeigt, dass der Innendurchmesser 53 aus hydraulischen Gründen nicht kleiner als 2 mm gewählt werden sollte. Dies entspricht einem Leitungsquerschnitt 53 von mindestens 1 mm² * π. Der Leitungsquerschnitt 52 beziehungsweise der Innendurchmesser 53 des Verbindungsabschnitts 43 der Hochdruckleitung 8 kann so groß gewählt werden, dass die gewünschte Totzeit aus vorzugsweise einem Bereich von 1,0 Sekunden bis 1,5 Sekunden erzielt ist. Um die Untergrenze für den Innendurchmesser 53 des Verbindungsabschnitts 43 von 2 mm nicht zu unterschreiten, kann eine geeignete Verringerung des Volumens V des Druckausgleichsabschnitts 42 erfolgen. Beispielsweise kann hierbei der Vorzugswert von 1800 mm³ * π für das Volumen V so weit bis zum Mindestwert von 900 mm³ * π reduziert werden, dass die gewünschte Totzeit aus dem Bereich von 1,0 Sekunden bis 1,5 Sekunden erzielt ist.Due to the installation conditions and the respective application, for example the drive of the high pressure pump 5 via a crankshaft 55 , there is a required total length 41 the high pressure line 8th . It has also been shown that the inner diameter 53 should not be less than 2 mm for hydraulic reasons. This corresponds to a cable cross section 53 of at least 1 mm ² * π. The cable cross section 52 or the inside diameter 53 the connecting section 43 the high pressure line 8th can be chosen so large that the desired dead time is preferably achieved in a range from 1.0 seconds to 1.5 seconds. Around the lower limit for the inner diameter 53 the connecting section 43 Not less than 2 mm, a suitable reduction in the volume V of the pressure compensation section 42 respectively. For example, the preferred value of 1800 mm ³ * π for the volume V are reduced to the minimum value of 900 mm ³ * π so that the desired dead time from the range of 1.0 seconds to 1.5 seconds is achieved.

Die Totzeit ergibt sich dann im Betrieb für das geförderte Brennstoffgemisch zwischen dem Ausgang 38 der Hochdruckpumpe 5 und den Hochdruckausgängen 32, 33, 34 des Brennstoffverteilers 2.The dead time then arises during operation for the fuel mixture conveyed between the outlet 38 the high pressure pump 5 and the high pressure outlets 32 , 33 , 34 of the fuel distributor 2nd .

Umgekehrt kann es gegebenenfalls auch möglich sein, das Volumen V bis zu dem Höchstwert von 2700 mm³ * π zu erhöhen und gleichzeitig eine gewünschte Totzeit im Bereich von beispielsweise 1,0 Sekunden bis 1,5 Sekunden zu erzielen. Je nach Ausgestaltung der Brennstoffeinspritzanlage 1 kann dies sinnvoll sein, um eine bessere Bedämpfung von Druckspitzen am Ausgang 38 der Hochdruckpumpe 5 zu erreichen.Conversely, it may also be possible to increase the volume V up to the maximum value of 2700 mm ³ * π and at the same time to achieve a desired dead time in the range from, for example, 1.0 seconds to 1.5 seconds. Depending on the design of the fuel injection system 1 this can be useful to better dampen pressure peaks at the outlet 38 the high pressure pump 5 to reach.

Somit kann eine Hochdruckleitung 8 für eine Brennstoffeinspritzanlage 1 realisiert werden, die zur Verbindung der Hochdruckpumpe 5 mit dem Brennstoffverteiler 2 dient, wobei die Hochdruckleitung 8 zumindest im Wesentlichen auf den Druckausgleichsabschnitt 42 und den Verbindungsabschnitt 43 aufgeteilt ist. Der Druckausgleichsabschnitt 42 grenzt hierbei direkt an den Ausgang 38 der Hochdruckpumpe 5 an. Der Verbindungsabschnitt 43 ist zumindest mittelbar mit dem Hochdruckeingang 30 des Brennstoffverteilers 2 verbunden. Vorzugsweise ist hierbei eine direkte Verbindung realisiert.Thus, a high pressure line 8th for a fuel injection system 1 be realized to connect the high pressure pump 5 with the fuel distributor 2nd serves, the high pressure line 8th at least essentially on the pressure compensation section 42 and the connecting section 43 is divided. The pressure equalization section 42 borders directly on the exit 38 the high pressure pump 5 at. The connecting section 43 is at least indirectly with the high pressure input 30th of the fuel distributor 2nd connected. A direct connection is preferably implemented here.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102014205179 A1 [0002]

Claims

Fuel injection system (1), which is used in particular for mixture-compressing, spark-ignition internal combustion engines (36), with a high-pressure pump (5) and a fuel distributor (2), on which a high-pressure inlet (30) and several high-pressure outlets (32 - 34) are provided, with over an outlet (38) of the high-pressure pump (5), a fuel mixture with a variable water content can be conveyed to the fuel distributor (2), characterized in that a high-pressure line (8) is provided, which on the one hand connects to the outlet (38) of the high-pressure pump (5) and on the other hand at least indirectly connected to the high pressure inlet (30) of the fuel distributor (2), and that the high pressure line (8) has a pressure equalization section (42) adjacent to the outlet (38) of the high pressure pump (5) and between the pressure equalization section (42) and The high pressure inlet (30) of the fuel distributor (2) has a connecting section (43), a line cross section (50) of the pressure compensator hs section (42) is larger than a line cross section (52) of the connecting section (43).

Fuel injection system after Claim 1 , characterized in that the pressure compensation section (42) of the high pressure line (8) has a volume (V) which is in a range from 900 mm ³ * π to 2700 mm ³ * π.

Fuel injection system after Claim 1 or 2nd , characterized in that the pressure compensation section (42) of the high pressure line (8) has a volume (V) which is at least approximately equal to 1800 mm ³ * π.

Fuel injection system according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the pressure compensation section (42) of the high pressure line (8) has an inner diameter (51) which is in a range from 5 mm to 8 mm.

Fuel injection system according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the pressure compensation section (42) of the high pressure line (8) has an inner diameter (51) which is at least approximately equal to 6 mm.

Fuel injection system according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the connecting section (43) of the high pressure line (8) has an inner diameter (53) which is at least 2 mm.

Fuel injection system according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the connecting section (43) of the high pressure line (8) has an inner diameter (53) which is at least approximately 2 mm.

Fuel injection system according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that a length (45) and / or the line cross-section (50) of the pressure compensation section (42) and the line cross-section (52) of the connecting section (43) are predetermined such that during operation a dead time given for the fuel mixture conveyed between the Output (38) of the high pressure pump (5) and the high pressure outputs (32 - 34) of the fuel distributor (2) is not more than 1.5 s.

Fuel injection system according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that a length (45) and / or the line cross-section (50) of the pressure compensation section (42) and the line cross-section (52) of the connecting section (43) are predetermined such that during operation a dead time given for the fuel mixture conveyed between the Output (38) of the high pressure pump (5) and the high pressure outputs (32 - 34) of the fuel distributor (2) is in a range from about 1.0 s to about 1.5 s.

High-pressure line (8) in a fuel injection system (1) according to one of the Claims 1 to 9 for connecting a high pressure pump (5) to a fuel distributor (2), with a pressure compensation section (42) and a connection section (43), a line cross section (50) of the pressure compensation section (42) being larger than a line cross section (52) of the connection section ( 43).