DE102018219947A1

DE102018219947A1 - Brennstoffverteiler für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102018219947A1
Application number: DE102018219947.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Rehwald
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

Ein Brennstoffverteiler (2), der für eine Brennstoffeinspritzanlage (1) zur Einspritzung eines Brennstoffgemisches mit einem veränderbaren Wasseranteil dient, umfasst einen rohrförmigen Grundkörper (15) und mehrere Hochdruckausgänge (42 - 45), wobei ein Verteilerraum (41) ausgebildet ist, über den im Betrieb das Brennstoffgemisch zu den Hochdruckausgängen (42 - 45) führbar ist. Der Verteilerraum (41) ist zumindest teilweise durch einen Innenraum (40) des rohrförmigen Grundkörpers (15) gebildet. Ein Innenquerschnitt (50) des Innenraums (40) des rohrförmigen Grundkörpers (15) ist nicht größer als 16 mm* π. Ferner ist eine Brennstoffeinspritzanlage (1) mit solch einem Brennstoffverteiler (2) angegeben.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Brennstoffverteiler, insbesondere eine Brennstoffverteilerleiste für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffeinspritzanlagen von Kraftfahrzeugen, bei denen eine direkte Einspritzung von Brennstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine erfolgt.
Aus der DE 10 2014 205 179 A1 ist eine Brennstoffverteilerleiste für eine Brennkraftmaschine bekannt. Die bekannte Brennstoffverteilerleiste weist ein längliches Gehäuse mit einem Hohlraum, einen Brennstoffzufluss in den Hohlraum und zumindest zwei Brennstoffabflüsse aus dem Hohlraum heraus für jeweils einen Brennstoffinjektor auf. Dabei ist in dem Hohlraum ein Körper angeordnet, der eine Nut, welche die zwei Brennstoffabflüsse miteinander verbindet, und im Bereich des Brennstoffzuflusses eine radial um den Körper umlaufende Nut aufweist. Der Körper mit den zwei Nuten dient als Einsatz, mit der ein direkter Zufluss des Brennstoffs 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 Brennstofffluss befindet. Durch die Zumischung von Wasser kann ein Brennstoffverbrauch reduziert werden, wenn diese in einem Kennfeldbereich erfolgt, in dem die Brennkraftmaschine normalerweise mit Anfettung, also Brennstoffüberschuss, betrieben wird. Durch den als Einleger dienenden Körper soll zwischen den Betriebsmodi mit und ohne Wasserzumischung schnell gewechselt werden können.
Die aus der DE 10 2014 205 179 A1 bekannte Brennstoffverteilerleiste hat zunächst den Nachteil, dass der als Einleger dienende Körper aufwendig herzustellen ist, da er als dickwandiges Rohr mit Nuten ausgeführt ist. Damit der Einleger im länglichen Gehäuse angeordnet werden kann, muss dieses außerdem sehr groß ausgebildet sein. Im Betrieb steht dann aber nur ein Teil des Hohlraums des länglichen Gehäuses für die Aufnahme von Brennstoff zur Verfügung, da ein großer Teil des Hohlraums von dem Körper beansprucht wird. In Bezug auf die erzielte Dämpfungswirkung ergeben sich daher hohe Herstellungskosten.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Brennstoffverteiler mit den Merkmalen des Anspruchs 1, der erfindungsgemäße Brennstoffverteiler mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 11 haben den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise ermöglicht sind. Insbesondere kann eine kostengünstig herstellbare und/oder einen geringen Bauraum benötigende Ausgestaltung realisiert werden, um eine verbesserte Einspritzung von Brennstoff mit einem veränderbaren Wasseranteil in Kombination mit einem guten Dämpfungsverhalten zu realisieren.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffverteilers, des im Anspruch 10 angegebenen Brennstoffverteilers und der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 11 möglich.
Der vorgeschlagene Brennstoffeinspritzanlage dient zur Einspritzung eines Brennstoffgemisches, wobei die Gemischzusammensetzung im Betrieb variieren soll. Der vorgeschlagene Brennstoffverteiler dient für solch eine Brennstoffeinspritzanlage. 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. Die Einspritzung kann aber beispielsweise auch in einen Vorraum beziehungsweise in ein Saugrohr erfolgen.
Die Zusammensetzung des Gemisches, insbesondere der Emulsion, kann im Betrieb verändert werden. Beispielsweise kann die Zusetzung von Wasser nur in einem bestimmten Kennfeldbereich erforderlich beziehungsweise gewünscht sein. Beispielsweise kann ein größerer Wasseranteil bei hoher Drehzahl und/oder hoher Last gewünscht sein. 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. Hierfür ist eine kurze Verzugszeit zwischen der Zugabe des Wassers vor oder in der Hochdruckpumpe und dessen Einspritzung über die Brennstoffeinspritzventile erforderlich. Das Volumen des Verteilerraums des Brennstoffverteilers wirkt sich erhöhend auf diese Verzugszeit aus. Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung des Brennstoffverteilers kann eine wesentliche Reduzierung dieses Volumens erreicht werden. Die Reduzierung hängt hierbei vom jeweiligen Anwendungsfall ab. Beispielsweise kann sich solch eine Reduzierung gegenüber einem herkömmlichen Volumen ergeben, welches bei einem Außendurchmesser eines rohrförmigen Grundkörpers eines herkömmlichen Brennstoffverteilers von etwa 20 mm bis 35 mm je nach Länge typischerweise in einem Bereich von 30 cm³ bis 80 cm³ liegt. Denkbar ist beispielsweise eine Ausgestaltung, bei der das Volumen des Verteilerraums des vorgeschlagenen Brennstoffverteilers etwa 8 cm³ beträgt.
Der Vorteil des vorgeschlagenen Brennstoffverteilers besteht aber nicht nur in einem möglichst kleinen hydraulischen Volumen des Verteilerraums. Durch die Reduzierung des Innenquerschnitts beziehungsweise des Innendurchmessers des rohrförmigen Grundkörpers kann auch eine geringere Formsteifigkeit ermöglicht werden. Auch bedeutet eine kleinere Außenfläche, dass sich eine kleinere Abstrahlfläche und damit eine Reduzierung einer Geräuschabstrahlung durch Luftschall ergeben. Außerdem werden durch eine entsprechend verringerte Innenfläche des Brennstoffverteilers, insbesondere des rohrförmigen Grundkörpers, Druckschwankungen im Rohrsystem vermindert an die mechanischen Strukturen übertragen.
Der Brennstoffverteiler weist vorzugsweise Funktionseinheiten auf, an denen die Hochdruckausgänge ausgebildet sind. Solche Funktionseinheiten können jeweils als Funktionsblock ausgestaltet werden, wobei die Herstellung vorzugsweise durch Gießen oder Schmieden eines Rohlings mit anschließender mechanischer Bearbeitung erfolgt. Die mechanische Bearbeitung erfolgt vorzugsweise in einer Einheit, wobei beispielsweise eine Ventilaufnahmebohrung, eine Befestigungsschraubenbohrung und eine Rohraufnahmebohrung ausgebildet werden. Hierdurch können sehr kleine Maß-, Form- und Positionsabweichungen realisiert werden. Dies erlaubt eine exakte Positionierung der Brennstoffeinspritzventile auf beispielsweise einer Motorstruktur. Speziell hierbei ergeben sich wesentliche Vorteile aufgrund einer geringeren Formsteifigkeit im Vergleich zu einem herkömmlichen und somit großen rohrförmigen Grundkörper, denn die geringe Formsteifigkeit ermöglicht dann eine genaue Montage des Brennstoffverteilers, der beispielsweise als Lötbaugruppe mit Brennstoffeinspritzventilen ausgestaltet sein kann, auch bei möglichen Form- und Lageabweichungen der Anbaugeometrie. Selbst ein geringfügiger Verzug des Brennstoffverteilers, insbesondere des rohrförmigen Grundkörpers, der beispielsweise bei einem Lötprozess auftreten kann, erlaubt dann noch eine spaltfreie Anbindung von mehreren, also zwei oder mehr als zwei, Funktionsblöcken zur Anbaustruktur. Somit kann die Voraussetzung für ein sicheres und dauerhaltbares Befestigen, insbesondere Verschrauben, gewährleistet werden. Schraubverbindungen können über das Anzugsmoment von Verbindungsschrauben dann spaltfrei realisiert werden. Dadurch wird unabhängig von der Anzahl der Funktionsblöcke beziehungsweise der Anschraubstellen, deren Formabweichung und der Formabweichung der Anbaustruktur eine zuverlässige Befestigung sichergestellt. Hierbei wird durch den geringeren Innenquerschnitt ein verringerter Außenquerschnitt des rohrförmigen Grundkörpers ermöglicht, wodurch sich aufgrund der geringeren Formsteifigkeit eine flexiblere Ausgestaltung des Brennstoffverteilers ergibt, was die genannten Vorteile ermöglicht.
Wenn der Innenquerschnitt kreisförmig ausgestaltet ist, dann wird vorzugsweise eine Weiterbildung nach Anspruch 2 realisiert. Bei einer möglichen Ausgestaltung, bei der der rohrförmige Grundkörper in mehrere Abschnitte unterteilt ist, bezieht sich der Innendurchmesser des Innenraums auf den rohrförmigen Grundkörper, wobei zwischen den Abschnitten auch größere Innenquerschnitte beziehungsweise Innendurchmesser des Verteilerraums möglich sind. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des Innenraums sind gemäß Anspruch 3 und/oder Anspruch 4 möglich. Ein minimaler Innenquerschnitt beziehungsweise ein minimaler Innendurchmesser des Innenraums können hierbei so gewählt werden, dass bei einem reduzierten hydraulischen Volumen dennoch vorteilhafte hydraulische Eigenschaften erzielt werden, die insbesondere die Realisierung hoher Systemdrücke ermöglichen. Beispielsweise sind Systemdrücke bis 35 MPa (350 bar) zur direkten Einspritzung eines Brennstoffgemisches mit Benzin in Brennräume einer Brennkraftmaschine vorteilhaft, um niedrige Verbrauchs- und Emissionswerte zu erzielen. Gegebenenfalls können auch höhere Systemdrücke, beispielsweise bis 50 MPa (350 bar) sinnvoll sein. In Abhängigkeit von dem Werkstoff beziehungsweise den Werkstoffen, die bei der Herstellung des Brennstoffverteilers, insbesondere des rohrförmigen Grundkörpers, zum Einsatz kommen, ergeben sich insbesondere eine erforderliche Wandstärke für den rohrförmigen Grundkörper beziehungsweise ein erforderliches Durchmesserverhältnis von einem Außendurchmesser und einem Innendurchmesser des rohrförmigen Grundkörpers. Beispielsweise kann sich für einen Druckbereich von bis zu 35 MPa für einen Bereich des Innendurchmessers von 4 mm bis 8 mm ein Bereich für den Außendurchmesser des rohrförmigen Grundkörpers von entsprechend 6,8 mm bis 14 mm ergeben. Wird der Innendurchmesser aus dem besonders bevorzugten Bereich von 5,5 mm bis 6 mm gewählt, dann kann sich ein Außendurchmesser des rohrförmigen Grundkörpers entsprechend aus einem Bereich von 9,5 mm bis 12 mm ergeben. Gegenüber einer herkömmlichen Ausgestaltung mit einem Außendurchmesser aus einem Bereich von 20 mm bis 35 mm kann daher eine wesentliche Reduzierung der Abmessungen und somit des Bauraumbedarfs erzielt werden. Dadurch kann der Brennstoffverteiler deutlich kleiner und deutlich leichter ausgestaltet werden. Dies verbessert zum einen die Bauraumsituation auf einer vorzugsweise kleinen und kompakten Brennkraftmaschine. Zum anderen wird ein Leichtbau ermöglicht, der zur Reduzierung des Brennstoffverbrauchs sowie zur Verringerung der Bauteilbeanspruchungen durch Vibrationen beiträgt. Somit können je nach Anwendungsfall Vorteile gegenüber einer herkömmlichen Ausgestaltung durch eine Verkleinerung des Innenquerschnitts des Innenraums des rohrförmigen Grundkörpers beziehungsweise des Innendurchmessers des Innenraums erzielt werden. Entsprechend der Weiterbildung nach Anspruch 5 wird hierbei die Wandstärke vorzugsweise in Bezug auf den erforderlichen Systemdruck optimiert, also möglichst klein vorgegeben.
Durch eine Weiterbildung nach Anspruch 6 können weitere Vorteile erzielt werden. Hierbei sind die Funktionseinheiten vorzugsweise so ausgebildet, dass an diesen nicht nur die Hochdruckausgänge, sondern auch Haltebohrungen oder dergleichen realisiert sind, die eine mechanische Befestigung an beispielsweise einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine ermöglichen. Durch die mechanische Befestigung kann hierbei zugleich eine Fixierung der Brennstoffeinspritzventile am Zylinderkopf erzielt werden. Die Funktionseinheiten können dann entsprechend ihrer mehrfachen Funktionalität so ausgestaltet werden, dass sich große Befestigungsflächen zum rohrförmigen Grundkörper ergeben. Dies wird auch dadurch ermöglicht, dass durch die Integration der Befestigungsbeziehungsweise Haltefunktion in die Funktionseinheiten keine separaten Halter an dem rohrförmigen Grundkörper angeordnet werden müssen. Die großen Befestigungsflächen ermöglichen insbesondere große Lötflächen. Dadurch kann eine vorteilhafte Verbindung durch Hartlöten realisiert werden. Somit ist es weiterhin möglich, die Funktionseinheiten mit dem rohrförmigen Grundkörper durch Löten zu verbinden. Die Funktionseinheiten sind hierbei vorzugsweise entsprechend einer vereinheitlichten Bauform realisiert. Durch das Umschließen des rohrförmigen Grundkörpers ergeben sich eine hohe Festigkeit und eine hohe Dichtheit der Verbindung, insbesondere der Lötverbindung, durch eine entsprechend große Befestigungsfläche, insbesondere Lötfläche.
Eine vorteilhafte Weiterbildung ist auch nach Anspruch 7 möglich. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass Spannungskonzentrationen und eine damit einhergehende Überbeanspruchung des Werkstoffes beziehungsweise der Werkstoffe des Brennstoffverteilers vermieden werden.
Wenn der rohrförmige Grundkörper auf mehrere Abschnitte, also auf zwei oder mehr als zwei Abschnitte, aufgeteilt ist, dann wird vorzugsweise eine vorteilhafte Weiterbildung nach Anspruch 8 realisiert. Hierbei können die Funktionseinheiten in vorteilhafter Weise auch eine Verbindungsfunktion realisieren, entsprechend der die Abschnitte des rohrförmigen Grundkörpers über die Funktionseinheiten sowohl mechanisch als auch hydraulisch miteinander verbunden werden können. Diese Ausgestaltung hat auch den Vorteil, dass die hydraulische Anbindung der Hochdruckausgänge, die an den Funktionseinheiten vorgesehen sind, an den Verteilerraum des Brennstoffverteilers vollständig an der Funktionseinheit ausgestaltet werden können. Insbesondere sind dann keine Bohrungen oder dergleichen in dem rohrförmigen Grundkörper erforderlich. Bei einer weiteren möglichen Ausgestaltung gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 9 ist allerdings auch eine Ausgestaltung möglich, bei der rohrförmige Grundkörper aus einem Stück gefertigt und verbaut wird. Die Funktionseinheiten können an die jeweilige Ausgestaltung des rohrförmigen Grundkörpers angepasst werden, so dass sich durch eine Vereinheitlichung der Geometrie des rohrförmigen Grundkörpers sowie der Geometrie der Funktionsblöcke eine kostengünstige Herstellung des Brennstoffverteilers entsprechend einem modularen Baukastensystem realisieren lässt. Hierbei kann auch in einfacher Weise eine Anpassung an unterschiedlich große Brennkraftmaschinen oder dergleichen zum Einsatz kommen. Insbesondere kann in einfacher Weise eine Anpassung an unterschiedliche Abstände und an eine unterschiedliche Anzahl an Hochdruckausgängen erfolgen.
Figurenliste
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 einem Brennstoffverteiler in einer schematischen, räumlichen Darstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 den in 1 gezeigten Brennstoffverteiler in einer auszugsweisen, schematischen, räumlichen Schnittdarstellung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 den in 1 gezeigte Brennstoffverteiler in einer auszugsweisen, schematischen, räumlichen Schnittdarstellung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel und
4 den in 1 gezeigten Brennstoffverteiler in einer auszugsweisen, schematischen, räumlichen Schnittdarstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Brennstoffeinspritzanlage 1 mit einem Brennstoffverteiler 2 in einer schematischen, räumlichen Darstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Brennstoffeinspritzanlage 1 eine Brennstoffpumpe 3 und eine als Vorpumpe 4 ausgebildete Zumesseinheit 4 auf. Ferner ist eine Hochdruckpumpe 5 vorgesehen. Die Brennstoffpumpe 3 fördert flüssigen Brennstoff, insbesondere Benzin, aus einem Tank 6 zu der Hochdruckpumpe 5. Die Zumesseinheit 4 dient zum zeitweisen Zumessen von Wasser aus einem Vorratsbehälter 7 in den geförderten Brennstoff. Die Zumessung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel vor der Hochdruckpumpe 5. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann die Zumessung auch an der Hochdruckpumpe 5 erfolgen. In einem zwischen dem Brennstoffverteiler 2 und der Hochdruckpumpe 4 vorgesehenen Hochdruckleitung 8 wird dann ein Brennstoffgemisch mit einer von einem Betriebszustand abhängigen Wasseranteil gefördert. Hierbei kann ein positiver Anteil an Wasser in dem Brennstoffgemisch je nach Ausgestaltung fest vorgegeben sein oder in Stufen oder stufenlos verändert werden. Wird die Zumessung über die Zumesseinheit 4 abgeschaltet, dann verschwindet der Anteil an Wasser in dem Gemisch vorzugsweise bis auf Null.
Der Brennstoffverteiler 2 dient zum Speichern und Verteilen von Brennstoff auf Brennstoffeinspritzventile 9, 10, 11, 12 und verringert dadurch die Druckschwankungen beziehungsweise Pulsationen. Der Brennstoffverteiler 2 kann auch zum Dämpfen von Druckpulsationen, die beim Schalten der Brennstoffeinspritzventile 9 bis 12 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 vor der Hochdruckpumpe 5 und der Einspritzung des Wassers über die Brennstoffeinspritzventile 9 bis 12 erreicht ist.
Der Brennstoffverteiler 2 weist einen rohrförmigen Grundkörper 15 auf, der sich entlang einer Längsachse 16 erstreckt. An dem rohrförmigen Grundkörper 15 können eine Hochdruck-Anschlussstück 17 und ein Drucksensor-Anschlussstück 18 angebracht sein, um die Hochdruckleitung 8 und einen Drucksensor 19 an den Brennstoffverteiler anzuschließen. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann zumindest ein Anschlussstück 17, 18 auch als Endstück ausgebildet sein, das den rohrförmigen Grundkörper 15 an einem Ende 20, 21 verschließt. Die Hochdruckleitung 8 kann dann gegebenenfalls auch über einen radialen Anschluss angeschlossen werden, der vorzugsweise in einem mittleren Bereich 22 angebracht wird.
Der Brennstoffverteiler 2 weist mehrere Funktionseinheiten 30 bis 33 auf. Die Funktionseinheiten 30 bis 33 sind vorzugsweise mit einer vereinheitlichten Bauform realisiert. Ferner sind die Funktionseinheiten 30 bis 33 vorzugsweise jeweils als einstückiger Funktionsblock ausgestaltet. Die Funktionseinheiten 30 bis 33 können beispielsweise jeweils durch Gießen oder Schmieden eines Rohlings mit anschließender mechanischer Bearbeitung hergestellt werden. Die Ausgestaltung und Funktionsweise der Funktionseinheiten 30 bis 33 ist exemplarisch anhand der Funktionseinheit 30 beschrieben.
Die Funktionseinheit 30 weist ein hohlzylinderförmiges Halteteil 34 auf, an dem eine Durchgangsbohrung 35 ausgebildet ist. Eine entsprechende Durchgangsbohrung 35A ist beispielsweise an der Funktionseinheit 31 ausgestaltet. Durch die Durchgangsbohrung 35 erstreckt sich ein als Befestigungsschraube 36 ausgebildetes Befestigungsmittel 36. Die Befestigungsschraube 36 ermöglicht beispielsweise eine Befestigung an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, wobei diese Befestigung direkt oder auch mittelbar über eine Haltestruktur erfolgen kann.
Die Funktionseinheit 30 weist außerdem ein Anschlussteil 37 auf, das unter anderem die Funktion einer Tasse 38 zum hydraulischen Anbinden des Brennstoffeinspritzventils 9 realisiert. Ferner weist die Funktionseinheit 30 ein Befestigungsteil 39 auf, das die Funktion hat, die Funktionseinheit 30 mit dem rohrförmigen Grundkörper 15 zu verbinden. Somit sind durch die Funktionseinheit 30 mehrere Funktionen realisiert.
Die Ausgestaltung des Brennstoffverteilers 2 des ersten Ausführungsbeispiels ist auch unter Bezugnahme auf die 2 und 3 weiter beschrieben.
2 zeigt den in 1 gezeigten Brennstoffverteiler 2 in einer auszugsweisen, schematischen, räumlichen Schnittdarstellung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist der rohrförmige Grundkörper 15 als einstückiges Verteilerrohr 15 ausgebildet. Durch einen Innenraum 40 des rohrförmigen Grundkörpers 15 ist hierdurch in diesem Ausführungsbeispiel zumindest im Wesentlichen auch ein Verteilerraum 41 des Brennstoffverteilers 2 gebildet. Über den Verteilerraum 41 ist im Betrieb das Brennstoffgemisch zu Hochdruckausgängen 42 bis 45 des Brennstoffverteilers 2 führbar, die an den Funktionseinheiten 30 bis 33 vorgesehen sind. Der Innenraum 40 des rohrförmigen Grundkörpers 15 weist einen Innenquerschnitt 50 auf. Der Innenquerschnitt 50 ist in diesem Ausführungsbeispiel als kreisförmiger Innenquerschnitt 50 ausgebildet, so dass sich ein Innendurchmesser 51 des Innenraums 40 ergibt. Der Innenquerschnitt 50 des Innenraums 40 ist nicht größer als 16 mm² * π, was auf zwei Stellen gerundet 50 mm² ergibt, vorgegeben. Dementsprechend ist der Innendurchmesser 51 des Innenraums 40 nicht größer als 8 mm vorgegeben.
Außerdem ist der Innenquerschnitt 50 des Innenraums 40 des rohrförmigen Grundkörpers 15 mindestens 4 mm² * π, was auf zwei Stellen gerundet 13 mm² ergibt, groß vorgegeben. Dementsprechend ist der Innendurchmesser 51 mindestens 4 mm groß vorgegeben. Hierdurch ergibt sich eine vorteilhafte Verteilung des Brennstoffgemisches auf die Hochdruckausgänge 42 bis 45, wobei eine Verzugszeit bei einer Änderung des Wasseranteils kurz ist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Innenquerschnitt 50 des Innenraums 40 nicht größer als 9 mm² * π, was auf zwei Stellen gerundet 28 mm² ergibt, groß vorgegeben. Dementsprechend ist der Innendurchmesser 51 bei dieser bevorzugten Ausgestaltung nicht größer als 6 mm vorgegeben. Außerdem ist der Innenquerschnitt 50 des rohrförmigen Grundkörpers 15 bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung mindestens 7 mm², insbesondere mindestens 7,1 mm², groß gewählt. Dem entspricht ein Innendurchmesser 51, der mindestens 3 mm, insbesondere mindestens 3,0 mm, groß vorgegeben ist. Bei diesen Werten ergibt sich ein besonders kleines Volumen, ohne dass die Herstellbarkeit von beispielsweise einer Innenbohrung, durch die der Innenraum 40 des rohrförmigen Grundkörpers 15 gebildet werden kann, wesentlich beeinträchtigt ist, wenn der rohrförmige Grundkörper 15 (beziehungsweise Abschnitte 90A bis 90E des rohrförmigen Grundkörpers 15) entlang der Längsachse 16 vergleichsweise kurz ausgebildet ist (beziehungsweise sind).
Eine Wandstärke 52 des rohrförmigen Grundkörpers 15 ist in Bezug auf den erforderlichen Systemdruck optimiert. Insbesondere kann eine Optimierung auf einen maximalen Systemdruck aus einem Bereich von 35 MPa bis 50 MPa erfolgen. Dadurch kann insbesondere ein Außendurchmesser 53 beziehungsweise entsprechend ein Außenquerschnitt 54 vorgegeben sein. Durch den kleinen Innenquerschnitt 50 ergibt sich auch eine entsprechend kleine Innenfläche (Innenwand) 55 des rohrförmigen Grundkörpers 15, die den Innenraum 40 beziehungsweise den Verteilerraum 41 begrenzt. Dadurch werden hydraulische Druckschwankungen vermindert übertragen. Damit reduziert sich auch eine akustische Übertragung von Druckschwingungen, die in der Form von Luftschall beispielsweise an einer Außenfläche (Außenseite) 56 des rohrförmigen Grundkörpers 15 abgestrahlt werden können.
Zwischen der zylindermantelförmigen Außenseite 56 des rohrförmigen Grundkörpers 15 und einer zylindermantelförmigen Rohraufnahmebohrung 57, die in dem Befestigungsteil 39 der Funktionseinheit 30 ausgebildet ist, ergibt sich eine große, vorzugsweise zylindermantelförmige Befestigungsfläche 58. Die Befestigungsfläche 58 ermöglicht insbesondere eine große Lötfläche 58 zur Ausgestaltung einer Verbindung durch Hartlöten. Hierbei sind an dem Befestigungsteil 39 der Funktionseinheit 30 Stützübergänge 59, 60 ausgebildet. Das Befestigungsteil 39 mit den Stützübergängen 59, 60 umschließt den rohrförmigen Grundkörper 15 an seiner Außenseite 56 umfänglich. Ferner nehmen eine radiale Dicke 61 des Stützübergangs 59 und eine radiale Dicke 62 des Stützübergangs 60 entlang der Längsachse 16 betrachtet von der Funktionseinheit 30 weg jeweils ab. Hierdurch werden Spannungskonzentrationen und eine damit mögliche Überbeanspruchung des Werkstoffs beziehungsweise der Werkstoffe vermieden.
Somit kann der rohrförmige Grundkörper 15 mit einem stark reduzierten Innenquerschnitt 50 ausgestaltet werden. Die Verbindung des dadurch kleinen rohrförmigen Grundkörpers 15 mit der Funktionseinheit 30 kann dann (trotz des kleinen Außendurchmessers 53 beziehungsweise Außenquerschnitts 54) über eine Hartlötverbindung realisiert werden. Der rohrförmige Grundkörper 15 und die Funktionseinheit 30 können hierbei aus korrosionsbeständigem Edelstahl gefertigt sein. Auch die Anschlussstücke 17, 18 können über Hartlötverbindungen mit dem rohrförmigen Grundkörper 15 verbunden werden.
3 zeigt den in 1 gezeigten Brennstoffverteiler 2 in einer auszugsweisen, schematischen, räumlichen Schnittdarstellung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel. Bei der sich beispielsweise an ein Gießen oder Schmieden des Rohlings anschließenden mechanischen Bearbeitung werden eine Ventilaufnahmebohrung 70, eine Rohraufnahmebohrung 57, eine Querbohrung 72, die bezüglich der Längsachse 16 betrachtet radial durch das Befestigungsteil 39 verläuft, und eine Verbindungsbohrung 73, die die Querbohrung 72 mit der Ventilaufnahmebohrung 70 verbindet, in der Funktionseinheit 30 ausgestaltet. Ferner wird bei dieser mechanischen Bearbeitung auch die zur Befestigung dienende Durchgangsbohrung 35 (siehe auch 1) ausgestaltet. Bei einer Montage der Brennstoffeinspritzanlage 1 wird das Brennstoffeinspritzventil 9 mit seinem Brennstoffstutzen 74 in einer Montagerichtung 75 entlang einer Längsachse 76 der Ventilaufnahmebohrung 70 in die Ventilaufnahmebohrung 70 eingefügt. Das Anschlussteil 37 dient hierdurch auch als Tasse 38. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsbohrung 73 ebenfalls axial an der Längsachse 76 angeordnet. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen denkbar.
In dem rohrförmigen Grundkörper 15 ist eine der Funktionseinheit 30 zugeordnete Öffnung 77 ausgebildet, die sich durch die Wand 78 des rohrförmigen Grundkörpers 15 erstreckt. Durch die Dimensionierung der Öffnung 77 und/oder die Dimensionierung der Verbindungsbohrung 73 kann gegebenenfalls eine Drosselwirkung erzielt werden. Dies ist insbesondere durch eine gezielte Wahl von Durchmesser und Länge möglich, so dass sich über die Verbindungsquerschnitte in der Funktionseinheit 30 eine hydraulische Drosselung ergeben kann. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Hochdruckausgang 42 des Brennstoffverteilers 2, der an der Funktionseinheit 30 angeordnet ist, durch die Ventilaufnahmebohrung 70 gebildet. Durch die Verbindung des Befestigungsteils 39 mit dem rohrförmigen Grundkörper 15 an der Befestigungsfläche 58 erfolgt eine Abdichtung gegenüber einem offenen Teil 79 der Querbohrung 72. Dadurch kann eine Herstellung der Funktionseinheit 30 vereinfacht werden.
Je nach Anwendungsfall kann es sinnvoll sein, dass auch das Volumen von dem Innenraum 40 über die Öffnung 77, die Querbohrung 72, die Verbindungsbohrung 73 und die Ventilaufnahmebohrung 70 bis zu dem montierten Brennstoffstutzen 74 auf ein Mindestmaß reduziert wird, indem optimal kleine Durchmesser für die Brennstoffführung vorgegeben sind. Dadurch kann eine Verzugszeit bei einer Veränderung des Wasseranteils im Brennstoffgemisch, die sich bis zur Einspritzung des Brennstoffgemisches durch das Brennstoffeinspritzventil 9 ergibt, weiter verringert werden, wenn dies im jeweiligen Anwendungsfall sinnvoll ist.
4 zeigt den in 1 gezeigten Brennstoffverteiler 2 in einer auszugsweisen, schematischen, räumlichen Schnittdarstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem anhand der 1 bis 3 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist der rohrförmige Grundkörper 15 in dem zweiten Ausführungsbeispiel auf mehrere Abschnitte 90 aufgeteilt, von denen exemplarisch ein Abschnitt 90 dargestellt ist. Die Aufteilung des rohrförmigen Grundkörpers 15 auf solche Abschnitte 90 ist in der 1 durch Bezugszeichen 90A bis 90E illustriert. Die Bezugszeichen 90A bis 90E dienen jedoch nur zur Illustration, wie eine solche Aufteilung erfolgen kann, da bei dem anhand der 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel der rohrförmige Grundkörper 15 einstückig ausgestaltet ist.
Der Brennstoffverteiler 2 des zweiten Ausführungsbeispiels weist zwischen den Abschnitten 90 im Bereich der Funktionseinheit 30 Abstände auf, wobei der halbe Abstand 91 schematisch verdeutlicht ist. Hierdurch bleibt ein Teil 92 im Inneren des Befestigungsteils 39 der Funktionseinheit 30 frei. Der Teil 92 trägt dann ebenfalls zum Verteilerraum 41 bei. Somit ergibt sich der Verteilerraum 41 des Brennstoffverteilers 2 in diesem Ausführungsbeispiel sowohl aus dem Innenraum 40 des aufgeteilten rohrförmigen Grundkörpers 15 als auch aus solchen Teilen 92 innerhalb der Funktionseinheiten 30 bis 33. Der Querschnitt beziehungsweise Durchmesser des Teils 92 ergibt sich hierbei aus dem Querschnitt beziehungsweise dem Durchmesser der Rohraufnahmebohrung 57 und ist somit gleich dem Außenquerschnitt 54 beziehungsweise dem Außendurchmesser 53 des rohrförmigen Grundkörpers 15. In diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Ventilaufnahmebohrung 70 außerdem so weit entlang der Längsachse 76, dass sich eine Verschneidung 93 mit der Rohraufnahmebohrung 57 ergibt. Durch diese Verschneidung 93 ist eine Öffnung 94 gebildet, über die der Hochdruckausgang 42 an den Verteilerraum 41 des Brennstoffverteilers 2 angebunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Abstand 95 zwischen der Längsachse 76 der Ventilaufnahmebohrung 70, auf der im montierten Zustand das Brennstoffeinspritzventil 9 angeordnet ist, und der Längsachse 16 des rohrförmigen Grundkörpers 15 ein wesentlicher Ausführungsparameter, da sich durch das tangentiale Anschneiden der Rohraufnahmebohrung 57 die Größe der Öffnung 94 ergibt. Gegebenenfalls kann die Ventilaufnahmebohrung 70 auch abgewandelt, insbesondere als Stufenbohrung, ausgeführt werden.
Somit verbleibt in diesem Ausführungsbeispiel zwischen zwei benachbarten Abschnitten 90 (90A bis 90E) jeweils ein durch Teile 92 gegebener Innenraum der Funktionseinheit 30 in der Rohraufnahmebohrung 57, der zum einen Teil des Verteilerraums 41 ist und über den zum anderen die Anbindung des jeweiligen Hochdruckausgangs 42 erfolgt. Über dem Innenraum 96 der Funktionseinheit 30 ergibt sich dann die Verbindung mit dem Innenraum 40 des rohrförmigen Grundkörpers 15.
Somit ist der Verteilerraum 41 je nach Ausgestaltung entweder zumindest im Wesentlichen bereits durch den Innenraum 40 des rohrförmigen Grundkörpers 15 gebildet oder teilweise durch den Innenraum 40 des rohrförmigen Grundkörpers 15 und teilweise durch Teile 92 beziehungsweise Innenräume 96 in den Rohraufnahmebohrungen 57 der Funktionseinheiten 30 bis 33 gebildet.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014205179 A1 [0002, 0003]

Claims

Brennstoffverteiler (2), der für eine Brennstoffeinspritzanlage (1) zur Einspritzung eines Brennstoffgemisches mit einem veränderbaren Wasseranteil dient, mit einem rohrförmigen Grundkörper (15) und mehreren Hochdruckausgängen (42 - 45), wobei ein Verteilerraum (41) ausgebildet ist, über den im Betrieb das Brennstoffgemisch zu den Hochdruckausgängen (42 - 45) führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerraum (41) zumindest teilweise durch einen Innenraum (40) des rohrförmigen Grundkörpers (15) gebildet ist und dass ein Innenquerschnitt (50) des Innenraums (40) des rohrförmigen Grundkörpers (15) nicht größer als 16 mm² * π ist.
Brennstoffverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendurchmesser (51) des Innenraums (40) nicht größer als 8 mm ist.
Brennstoffverteiler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenquerschnitt (50) des Innenraums (40) des rohrförmigen Grundkörpers (15) mindestens 4 mm² * π groß ist und/oder dass ein Innendurchmesser (51) des Innenraums (40) mindestens 4 mm groß ist
Brennstoffverteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenquerschnitt (50) des Innenraums (40) des rohrförmigen Grundkörpers (15) nicht größer als 9 mm² * π ist und/oder dass ein Innendurchmesser (51) des Innenraums (40) nicht größer als 6 mm ist und/oder dass der Innenquerschnitt (50) des Innenraums (40) des rohrförmigen Grundkörpers (15) mindestens 7 mm² groß ist und/oder dass ein Innendurchmesser (51) des Innenraums (40) mindestens 3 mm groß ist
Brennstoffverteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke (52) das rohrförmigen Grundkörpers (15) in Bezug auf einen erforderlichen Systemdruck optimiert ist.
Brennstoffverteiler nach einen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Funktionseinheiten (30 - 33) vorgesehen sind, an denen die Hochdruckausgänge (42 - 45) ausgebildet sind, und dass jede der Funktionseinheiten (30 - 33) den rohrförmigen Grundkörper (15) umfänglich umschließt.
Brennstoffverteiler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Funktionseinheiten (30 - 33) Stützübergänge (59, 60) ausgebildet sind, die den rohrförmigen Grundkörper (15) umfänglich umschließen und dass der rohrförmige Grundkörper (15) entlang seiner Längsachse (16) an den Stützübergängen (59, 60) aus den Funktionseinheiten (30 - 33) geführt ist, wobei eine radiale Dicke (61, 62) der Stützübergänge (59, 60) von den Funktionseinheiten (30 - 33) weg jeweils abnimmt.
Brennstoffverteiler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Grundkörper (15) in mehrere Abschnitte (90, 90A - 90E)) unterteilt ist, dass jeweils zwei benachbarte Abschnitte (90, 90A - 90E) durch eine Funktionseinheit (30 - 33) miteinander verbunden sind, dass der Verteilerraum (41) teilweise durch einen zwischen zwei benachbarten Abschnitten (90, 90A - 90E) des rohrförmigen Grundkörpers (15) vorgesehenen Innenraum (96) der diese zwei Abschnitte (90, 90A - 90E) verbindenden Funktionseinheit (30 - 33) gebildet ist und dass der Hochdruckausgang (42 - 45) an dieser Funktionseinheit (30 - 33) an den Innenraum (96) dieser Funktionseinheit (30 - 33) angebunden ist.
Brennstoffverteiler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Grundkörper (15) einstückig ausgebildet ist und dass ein an einer Funktionseinheit (30 -33) vorgesehener Hochdruckausgang (42 - 45) durch eine in dem rohrförmigen Grundkörper (15) ausgebildete Öffnung (77) an den Innenraum (40) des rohrförmigen Grundkörpers (15) angebunden ist.
Brennstoffverteiler (2), der für eine Brennstoffeinspritzanlage (1) zur Einspritzung eines Brennstoffgemisches mit einem veränderbaren Wasseranteil dient, mit einem rohrförmigen Grundkörper (15) und mehreren Hochdruckausgängen (42 - 45), wobei ein Verteilerraum (41) ausgebildet ist, über den im Betrieb das Brennstoffgemisch zu den Hochdruckausgängen (42 - 45) führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass Funktionseinheiten (30 - 33) vorgesehen sind, an denen die Hochdruckausgänge (42 - 45) ausgebildet sind, und dass jede der Funktionseinheiten (30 - 33) den rohrförmigen Grundkörper (15) umfänglich umschließt.
Brennstoffeinspritzanlage (1) zur Einspritzung eines Brennstoffgemisches mit einem veränderbaren Wasseranteil mit zumindest einem Brennstoffverteiler (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.