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Stand der Technik
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Direkte Wassereinspritzung ist aus verschiedenen Veröffentlichungen bekannt. Dabei wird Wasser in einer Emulsion mit Kraftstoff, vorzugsweise Benzin, in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt. Dabei wird das Wasser vor beziehungsweise in einer Hochdruckpumpe dem Kraftstoff zugeführt und zusammen mit diesem über eine oder mehrere Hochdruckleitungen und eine oder mehrere Kraftstoffverteilerleisten zu Hochdruckeinspritzventilen gefördert. Direkte Wassereinspritzung ist jedoch nur in einem bestimmten Kennfeldbereich der Brennkraftmaschine erforderlich. Typischerweise findet dies bei einer hohen Drehzahl einer Kurbelwelle oder einer hohen Last statt. Wird dieser Kennfeldbereich verlassen, wie dies zum Beispiel bei sogenannter Schubabschaltung der Fall ist, soll der eingespritzte Wasseranteil schnell auf null verringert werden. Daher soll, beziehungsweise muss, eine Verzugszeit zwischen der Zugabe des Wassers vor der Hochdruckpumpe und dessen Einspritzung über die Hochdruckeinspritzventile möglichst kurz sein. Deshalb wird ein möglichst kleines Kraftstoffvolumen beziehungsweise Flüssigkeitsvolumen zwischen der Hochdruckpumpe und den Hochdruckeinspritzventilen gewünscht bzw. benötigt. Trotz eines kleinen oder verkleinerten Kraftstoffvolumens sollen bzw. dürfen sich Druckpulsationen, welche beispielsweise durch die Tätigkeit der Hochdruckpumpe und die Tätigkeit der Hochdruckeinspritzventile entstehen, in der Kraftstoffverteilerleiste nicht zu sehr erhöhen.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Anordnungen bekannt, um in einer beispielsweise sogenannten Kraftstoffverteilerleiste dort wirkende beziehungsweise vorhandene Druckschwankungen durch Dämpfervolumina zu beeinflussen. Insbesondere bei der Verwendung einer Flüssigkeit in diesen Hohlräumen (Kraftstoffverteilerleiste, Dämpfervolumen), die insbesondere ein Flüssigkeitsgemisch ist, welches beispielsweise einen flüssigen Kraftstoff und einen flüssigen Zusatzstoff aufweist, welcher eine verhältnismäßig hohe Erstarrungstemperatur und ebenso eine verhältnismäßig hohe Dichte hat. Entmischt sich eine derartige Flüssigkeit beziehungsweise ein derartiges Flüssigkeitsgemisch, so geschieht bei verhältnismäßig hohen Temperaturen (beispielsweise größer null Grad Celsius), dass die dichtere Flüssigkeit beispielsweise in ein Volumen unmittelbar oberhalb einer Öffnung einer Einspritzdüse absinkt. Dies hat den Nachteil, dass im Betrieb einer Brennkraftmaschine bei Temperaturen oberhalb des Erstarrungspunkts zunächst Wasser beziehungsweise Wassertropfen in einen Brennraum eingespritzt werden und es daher nicht zu einer Verbrennung kommen kann. Unter solchen Voraussetzungen muss während des Anlassvorgangs das flüssige Wasser beziehungsweise der inerte Stoff zunächst herausgepumpt werden, um überhaupt eine erste Verbrennung ermöglichen zu können. Besonders unvorteilhaft ist es, wenn diese entmischten Flüssigkeiten unterhalb der Erstarrungstemperatur einer der beiden Flüssigkeiten gelagert werden (abgestelltes Fahrzeug). Dies kann zur Folge haben, dass die erstarrte Flüssigkeitsfraktion beispielsweise in einer Einspritzdüse gefroren ist und hierbei sogar die Bewegung einer Ventilnadel blockiert. Dann wäre weder das Entfernen der zuvor nicht erstarrten Flüssigkeit möglich und des Weiteren auch das Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Brennraum nicht möglich. Eine solche Situation gilt es zu Vermeiden.
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Es ist daher vorgesehen, ein derartiges System aus einem Verteilerraum und einem Speicherraum und einer sich darin befindenden Flüssigkeit so zu betreiben, dass eine sich in diesem System befindliche Flüssigkeit bzw. Flüssigkeitsfraktion, welche im abgestellten Zustand eines Kraftfahrzeugs beziehungsweise der Brennkraftmaschine aufgrund der oben genannten Phänomen unerwünscht ist, herausgespült wird.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2014 205 179 A1 einer Patentanmeldung ist eine Kraftstoffverteilerleiste bekannt, die über einen sogenannten Einleger verfügt. Dieser Einleger verkleinert einerseits das Volumen zwischen dem Eingang der Hochdruckpumpe und den Ausgängen zu den Hochdruckeinspritzventilen und andererseits stellt er ein über Drosseln angebundenes, hydraulisches Dämpfungsvolumen bereit, um Druckschwankungen durch die Einspritzungen und Nachförderungen zu verringern. Nachteilig ist dabei, dass während des sogenannten Emulsionsbetriebs auch Wasser in dieses Dämpfungsvolumen gelangt. Dieses kann in einem ungünstigen Fall dort noch lange nach dem Umschalten auf Kraftstoffbetrieb beziehungsweise Benzinbetrieb verbleiben. Erst nach und nach wird dieses Wasser nach und nach eingespritzt. Befindet sich nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine Wasser in den Hochdruckeinspritzventilen, besteht die Gefahr, dass der Injektor beziehungsweise das Hochdruckeinspritzventil bei niedriger Umgebungstemperatur einfriert und sich damit die Brennkraftmaschine nicht mehr starten lässt.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass ein hydraulisches Dämpfungsvolumen, auch als Speicherraum bezeichnet, gezielt durchspült wird. Hierdurch soll nach einem Emulsionsbetrieb ein längerer Verbleib einer inerten Flüssigkeit wie beispielsweise Wasser im Kraftstoffsystem verhindert werden. Dieses Durchspülen soll aber nicht permanent erfolgen, da eine Totzeit bis zur Zumessung der inerten Flüssigkeit nicht nennenswert ansteigen soll. Darüber hinaus soll auch nicht bereits ein kurzzeitiger Emulsionsbetrieb zu einer völligen Durchmischung des Dämpfungsvolumens beziehungsweise Speicherraums mit Emulsion führen.
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Hierzu soll gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung beispielsweise eine geänderte Ansteuerung dafür sorgen, dass durch gezieltes Verändern des Drucks in dem Verteilerraum eine Längsströmung im Speicherraum erzeugt wird. Das heißt, es soll ein Verfahren zum Betrieb eines Verteilerraums, insbesondere eines Verteilerrohrs, und eines Speicherraums, insbesondere Dämpfungsvolumens, mit einer sich darin befindenden Flüssigkeit vorgeschlagen werden. Diese Flüssigkeit ist vorzugsweise eine Flüssigkeit, die vor einem Erreichen des Verteilerraums durch Vermischen mindestens zweier Flüssigkeiten gebildet wird. Dabei ist die eine Flüssigkeit vorzugsweise ein Kraftstoff und die andere Flüssigkeit vorzugsweise eine inerte Flüssigkeit, beispielsweise Wasser. Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren sind der Verteilerraum und der Speicherraum miteinander verbunden, so dass zwischen dem Verteilerraum und dem Speicherraum die sich darin befindende Flüssigkeit zumindest teilweise ausgetauscht werden kann. Der Verteilerraum und der Speicherraum sind daher sogenannt kommunizierend verbunden. Hierzu sind insbesondere mehrere Verbindungsleitungen, insbesondere zwei Verbindungsleitungen zwischen dem Verteilerraum und dem Speicherraum angeordnet. Diese mehreren Verbindungsleitungen sind insbesondere als Drosseln ausgeführt. Dies bedeutet insbesondere, dass ein Strömungsquerschnitt in diesen mehreren Verbindungsleitungen kleiner als ein Querschnitt des Verteilerraums und kleiner als ein Querschnitt des Speicherraums ist.
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Der Verteilerraum wird dabei aus einer Flüssigkeitszuleitung mit Flüssigkeit versorgt. Aus dem Verteilerraum werden wiederrum mehrere Ventile, insbesondere Einspritzventile, insbesondere Hochdruckeinspritzventile, mit Flüssigkeit versorgt. Das heißt, dass über die Flüssigkeitszuleitung ein Flüssigkeitszufluss in den Verteilerraum vorgenommen wird. Über die Ventile erfolgt ein Flüssigkeitsabfluss. Die Ventile werden im Übrigen vorzugsweise in einem vorbestimmten Ansteuerungszyklus geöffnet. Es ist gemäß diesem Gesichtspunkt vorgesehen, dass durch gezieltes verändern des Drucks in dem Verteilerraum eine Längsströmung im Speicherraum erzeugt wird. Dabei wird der Druck insbesondere zeitlich und beispielsweise auch örtlich verändert.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass die Längsströmung im Speicherraum in einer Richtung von einer Verbindungsleitung zu einer anderen Verbindungsleitung verläuft.
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Nach einer ersten Ausführungsform ist dabei vorzugsweise vorgesehen, dass der Druck in dem Verteilerraum dadurch verändert wird, dem nach dem Öffnen eines Ventils und dem Fördern einer Einspritzmenge an Flüssigkeit und einem dadurch bewirkten Absenken des Drucks im Verteilerraum vor dem Öffnen eines der nächsten Ventile weniger Flüssigkeit oder keine Flüssigkeit aus der Flüssigkeitszuleitung nachgefördert wird. Die Veränderung des Drucks in dem Verteilerraum wird dabei insbesondere geregelt oder gesteuert. Das erwähnte eine der nächsten Ventile kann dabei das zeitlich nächste zu öffnende Ventil einer Brennkraftmaschine sein. Das erwähnte eine der nächsten Ventile kann das zeitlich nächste zu öffnende Ventil einer Zylinderbank sein, sofern die Brennkraftmaschine, die mit diesem System beziehungsweise Verfahren betrieben wird, mehrere Zylinderbänke aufweist. Mehrere Zylinderbänke sind beispielsweise bei einem V4-, einem V6- oder auch bei einem V8-Motor gegeben.
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Insbesondere ist nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass vor dem Öffnen des nächsten Ventils weniger oder keine Flüssigkeit aus der Flüssigkeitszuleitung nachgefördert wird. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach dem Öffnen des nächsten Ventils und dem Einspritzen bzw. Fördern einer Einspritzmenge dieses Ventils eine Menge an Flüssigkeit nachgefördert wird, die größer als eine zuvor geförderte Einspritzmenge ist. Die zuvor geförderte Einspritzmenge ist dabei die Menge an Flüssigkeit, die das eben erwähnte Ventil in einen Brennraum für einen Verbrennungs- bzw. Expansionsvorgang einspritzen lies (ggf. auch Mehrfacheinspritzung). Damit ganz besonders eine Volumenbilanz vor einem Beginn eines nächsten Ansteuerungszyklus wieder ausgeglichen ist, ist vorgesehen, dass vor dem Beginn eines solchen nächsten Ansteuerungszyklus eine Menge an Flüssigkeit nachgefördert wurde, die eine im vorherigen Ansteuerungszyklus geförderten Einspritzmenge entspricht. Dies hat den Vorteil, dass der Verteilerraum und der Speicherraum wieder aufgefüllt ist und zu dem ein hier als Solldruck bezeichneter Druck in den beiden Volumina wiederhergestellt ist. Andernfalls, das heißt, wenn vor einem Beginn eines nächsten Ansteuerungszyklusses nicht die Menge an Flüssigkeit nachgefordert wurde, die einer im vorherigen Ansteuerzyklus geförderten bzw. eingespritzten Einspritzmenge entspräche, würde der Druck in dem erwähnten System zu gering beziehungsweise geringer sein und daher das Einspritzverhalten verändert sein. Dabei gingen möglicherweise Veränderungen der Abgaszusammensetzung einher.
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In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ggf. zusätzlich eine Symmetrie der Strömungen durch die mehreren Verbindungsleitungen auch über unterschiedliche Einspritzzeiten der Zylinder, beispielsweise durch Variation des Beginns des Einspritzens von einzelnen oder mehreren Ventilen, gestört und so eine Längsströmung im Speicherraum angeregt wird. Die Symmetrie der Strömungen durch die mehreren Verbindungsleitungen betrifft dabei insbesondere eine Mengenbilanz: Bei Symmetrie strömt - betrachtet über eine Umdrehung einer Nockenwelle - genauso viel Flüssigkeit durch die eine Verbindungsleitung in den Speicherraum wie durch die andere Verbindungsleitung in den Speicherraum strömt. Es ergibt sich dabei im Ganzen betrachtet nach der Umdrehung der Nockenwelle keine Längsströmung im Speicherraum.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Ansteuerungszyklus mit dem zu öffnenden Ventil beginnt, nach dem unmittelbar danach weniger oder keine Flüssigkeit aus der Flüssigkeitszuleitung nachgefördert wird.
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Die Länge eines Ansteuerungszyklus kann auch dadurch beschrieben werden, dass dieser mit dem eben erwähnten zu öffnenden Ventil beginnt, und insgesamt zwei Umdrehungen einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Für die Längsströmung kann des Weiteren angegeben werden, dass an einer Verbindungsleitung, die insbesondere eine sogenannte Drosselstelle ist, eine Volumenbilanz positiv und an einer anderen Verbindungsleitung, insbesondere Drosselstelle, eine Volumenbilanz negativ ist. Eine positive Volumenbilanz ist hierbei dadurch bestimmt, dass ein entsprechendes Volumen in den Speicherraum hineinströmt. Eine negative Volumenbilanz bedeutet, dass ein entsprechendes Volumen aus dem Speicherraum herausströmt. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass aus dem Verteilerraum mehrere Ventile, insbesondere drei oder vier Ventile, mit Flüssigkeit versorgt werden und in einer bestimmten Reihenfolge öffnen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Verbindungsleitungen an entgegengesetzten Enden des Verteilerraums angeordnet werden. Es ist auch insbesondere vorgesehen, dass die Flüssigkeit symmetrisch in den Verteilerraum oder unsymmetrisch in den Verteilerraum zugeführt wird. Ein Beispiel für eine symmetrische Zuleitung beziehungsweise Zuführung an den Verteilerraum ist beispielsweise eine Anordnung einer Zuleitung mittig an den Verteilerraum. Eine unsymmetrische Zuführung der Flüssigkeit an den Verteilerraum ist beispielsweise dadurch möglich, in dem entweder die Zuleitung außermittig an den Verteilerraum angebracht ist, insbesondere außermittig in Bezug auf eine Mittelposition der zuäußerst angeordneten Leitungen, die auch als Einspritzleitungen bezeichnet werden können, oder beispielsweise durch einen sogenannten axialen Anschluss der Flüssigkeitszuleitung über eine Stirnseite verwirklicht ist. Es ist insbesondere vorgesehen, dass das Verfahren in einer Einrichtung zur Kraftstoffzufuhr einer Brennkraftmaschine, welche insbesondere als fremdgezündete oder selbstzündende Brennkraftmaschine ausgebildet ist, abläuft. Zu den selbstzündenden Brennkraftmaschinen gehören beispielsweise die Brennkraftmaschinen, die nach dem Dieselprinzip als Dieselmotor arbeiten. Zu den fremdgezündeten Brennkraftmaschinen gehören beispielsweise sogenannte Ottomotoren.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung und den Figuren.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zur Kraftstoffzufuhr,
- 2 ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie das Ausführungsbeispiel nach 1. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass die Brennkraftmaschine eine Vierzylindermaschine ist. In
- 3 sind verschiedene Einzelheiten zu Abläufen dargestellt, die im obersten Teil der Figur schematisch zeigt, wann in etwa aus einer Flüssigkeitsleitung der Verteilerraum mit Flüssigkeit versorgt wird (über den Verlauf des Kurbelwinkels von insgesamt zwei Umdrehungen der Kurbelwelle), im zweitobersten Teil der Figur ist dargestellt, wann in etwa welches Ventil beziehungsweise Einspritzventil einen Brennraum mit Flüssigkeit versorgt (Einspritzen), im zweituntersten beziehungsweise mittleren Teil der Figur ist dargestellt, wie der Druck sich im Speicherraum verändert, wenn beispielsweise durch ein offenes Ventil in den Brennraum eingespritzt wird oder wie der Druck ansteigt, wenn in den Verteilerraum Flüssigkeit nachgefördert wird, im untersten Teil der Figur ist ein zeitlicher Verlauf des Durchflusses durch Verbindungsleitungen vom Verteilerraum zum Speicherraum beziehungsweise vom Speicherraum zum Verteilerraum gezeigt.
- 4 zeigt eine Darstellung, die im Prinzip der Darstellung nach 3 gleicht, jedoch prinzipiell Auswirkungen eines ungleichmäßigen Betriebszustands beziehungsweise eine Einrichtung im sogenannten Spülbetrieb zeigt.
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Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bauteile.
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In 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 10 mit einer Einrichtung 13 zur Kraftstoffzufuhr für die Brennkraftmaschine 10 dargestellt. Des Weiteren sind von dieser Brennkraftmaschine 10 eine Kurbelwelle 11 und insgesamt drei Brennräume 12 dargestellt. Auf nähere Einzelheiten wie eventuelle Laufbuchsen, Kolben, Pleuel und Kröpfungen der Kurbelwelle wird hier nicht eingegangen. Die Einrichtung 13 zur Kraftstoffzufuhr weist hier einen ersten Behälter 15 mit einer ersten Flüssigkeit 17 auf. Eine Pumpe 22 fördert über die Förderleitung 19 die erste Flüssigkeit 17 aus dem ersten Behälter 15. Aus einem zweiten Behälter 25, in dem sich eine zweite Flüssigkeit 28 befindet, wird über eine weitere Förderleitung 30 die zweite Flüssigkeit 28 gefördert. Hierzu dient eine hier im Beispiel weitere Pumpe 32. Je nach Erfordernis wird dann die geförderte zweite Flüssigkeit 28 in der gegenwärtig gewünschten Menge mittels eines Ventils 35 vor der Pumpe 22 der ersten Flüssigkeit 17 zugemischt. Die Pumpe 22 fördert über eine Flüssigkeitszuleitung 38 entweder ausschließlich die erste Flüssigkeit 17 oder ein Gemisch aus der ersten Flüssigkeit 17 und der zweiten Flüssigkeit 28 zu einem Verteilerraum 40. Da die Brennkraftmaschine 10 hier in diesem Fall drei Zylinder aufweist, hat diese Brennkraftmaschine auch drei Brennräume 12 und auch für jeden Brennraum 12 ein jeweils zugeordnetes Ventil 43, welches auch als Einspritzventil bezeichnet werden kann. Vom Verteilerraum 40 führt zu einem jeden Ventil 43 vorzugsweise eine Leitung 45, die auch als Einspritzleitung bezeichnet werden kann.
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Der Verteilerraum 40 ist mit einem Speicherraum 48 derartig verbunden, dass zwischen dem Verteilerraum 40 und dem Speicherraum 48 Flüssigkeit ausgetauscht werden kann. Wie aus dem Vorgenannten bereits deutlich wird, kann diese auszutauschende Flüssigkeit im Beispiel entweder nur aus der ersten Flüssigkeit 17 oder aus einer Mischung der ersten Flüssigkeit 17 und der zweiten Flüssigkeit 28 bestehen. Der erwähnte Speicherraum 48 kann auch als Dämpfungsvolumen oder Dämpferraum bezeichnet werden. Der Verteilerraum 40 und der Speicherraum 48 sind durch mehrere Verbindungsleitungen 50 miteinander verbunden. Diese Verbindungsleitungen können beispielhaft auch als Drosseln bezeichnet sein. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Ventile 43 hier zusätzlich mit einem Index bezeichnet sind. Dieser Index bezeichnet eine Position eines jeden Ventils 43. In 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 mit drei Zylindern, das heißt hier ein Dreizylinderreinmotor dargestellt. Dem entsprechend hat dieser Dreizylinderreinmotor eine Zylinderbank 52 mit drei in einer Reihe angeordneten Ventilen 43. Das erste Ventil 43 in der Reihe dieser Zylinderbank 52 hat den Index .1 (43.1), das zweite Ventil 43 den Index .2 (43.2) und das dritte Ventil 43 in dieser Reihe hat den Index .3 (43.3). An dieser Stelle sei erwähnt, dass die erste Flüssigkeit 17 hier insbesondere ein Kraftstoff ist, der beispielsweise ein Selbstzündungskraftstoff (Dieselkraftstoff) oder ein Fremdzündungskraftstoff (Benzin, Ottokraftstoff) ist. Die zweite Flüssigkeit 28 ist hier insbesondere eine inerte Flüssigkeit beziehungsweise ein flüssiger inerter Stoff. Insbesondere ist diese Flüssigkeit 28 Wasser. Die Flüssigkeit, welche durch die Flüssigkeitszuleitung 38 strömt, ist entweder die durch die Förderleitung 19 geförderte erste Flüssigkeit 17 oder eine Mischung aus dieser ersten Flüssigkeit 17 mit einer Zumischung beziehungsweise zugemischten zweiten Flüssigkeit 28. Der Anteil der zweiten Flüssigkeit 28 an der durch die Flüssigkeitszuleitung 38 geförderten Flüssigkeit ist insbesondere kleiner als der Anteil der ersten Flüssigkeit 17.
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In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 10 mit der Einrichtung 13 zur Kraftstoffzufuhr dargestellt. Das Ausführungsbeispiel nach 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach 1 darin, dass die Zylinderbank 52 eine Zylinderbank 52 mit hier in diesem Fall vier Zylindern beziehungsweise vier Brennräumen 12 ist. Zum Verständnis dieses Ausführungsbeispiels nach 2 wird auf die Beschreibung der 1 verwiesen.
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In 3 ist in vier Teilen dargestellt, wann beispielsweise die Pumpe 22 fördert (oberster Teil), wann in etwa die Ventile 43.4, 43.2, 43.1, 43.3. fördern beziehungsweise in einen Brennraum 12 einspritzen, im zweituntersten beziehungsweise mittleren Teil ist ein Verlauf eines Drucks p48 im Speicherraum 48 über insgesamt 720 Grad Kurbelwellenwinkel α verläuft. Im untersten Teil der 3 ist dargestellt, welche Volumen der Flüssigkeit durch die beiden Verbindungsleitungen 50 über den Verlauf von 720 Kurbelwellenwinkel strömen. Beispielsweise gibt die in 3 unten dargestellte gestrichelte Linie an, welches Volumen durch die Verbindungsleitung 51 aus dem Speicherraum 48 in den Verteilerraum 40 strömt (unterhalb der Nulllinie; oberhalb der Nulllinie wird einströmen angezeigt). Die einfach punktierte Linie gibt an, welches Volumen an Flüssigkeit durch die Verbindungsleitung 50 strömt. Befindet sich der Kurvenverlauf dieser punktierten Linie oberhalb der Nulllinie, so bedeutet dies, dass durch die Verbindungsleitung 50 Flüssigkeit vom Verteilerraum 40 in den Speicherraum 48 fließt. Es sei darauf hingewiesen, dass das Volumenverhältnis von Speicherraum 48 zu Verteilerraum 40 beispielsweise größer 10 ist. In dem unteren Teil der 3 ist eine schwarze durchgezogene Linie dargestellt. Diese durchgezogene Linie ist eine Summenlinie, die an jeder Stelle die Volumenbilanz angibt, wie sie an der jeweiligen Kurbelwellenposition für die einzelnen Volumina, die durch die Verbindungsleitung 50 und die Verbindungsleitung 51 hindurchgeströmt sind, angibt. Insgesamt ist in der 3 dargestellt wie sich verschiedene Einzelheiten ergeben, wenn bei einem Vierzylindermotor eine Zündfolge symmetrisch ist, das heißt das beispielsweise zuerst der Zylinder 4, dann der Zylinder 2, dann der Zylinder 1 und dann der Zylinder 3 gezündet wird. Dann unterscheiden sich die Pulsationen an den beiden äußeren Zylindern kaum voneinander. Ebenso gilt dies für die beiden mittleren Zylinder. Die erwähnten Pulsationen sind die Pulsationen in den Winkelabschnitten 0 bis 180 Grad, 180 Grad bis 360 Grad, 360 Grad bis 540 Grad und von 540 Grad bis 720 Grad Kurbelwellenwinkel. Die hier angegebenen Grad Kurbelwellenwinkel entsprechen nicht irgendwelchen Kurbelwellenwinkelangaben, die sich auf konstruktive Einzelheiten beziehen. So steht hier die Winkelangabe 0 Grad nicht für eine Lage eines Kolbens in der Position „oberer Totpunkt“ (OT) bei der Zündung (Zünd-OT; ZOT), sondern für eine Position der Kurbelwelle, in der sich der Kolben des Zylinders 4 beispielsweis in etwa 70 Grad vor ZOT befindet. Die eben erwähnten sich kaum unterscheidenden Pulsationen sind besonders dann sehr ähnlich, wenn ein Anschluss der Flüssigkeitszuleitung 38 an den Verteilerraum 40 mittig an den Verteilerraum 40 erfolgt und/oder ein Volumen des Speicherraums beiderseits eines Anschlusses 55 der Flüssigkeitszuleitung symmetrisch aufgebaut ist. Die mittlere beziehungsweise zweitunterste Teildarstellung der 3 zeigt mit der punktierten Linie einen Druckverlauf im Speicherraum 48 in der Nähe der Verbindungsleitung 50. Die gestrichelte Linie zeigt einen Druckverlauf im Speicherraum 48 in der Nähe der Verbindungsleitung 51. Im Zusammenhang mit dem Kurvenverlauf in diesem Teil der 3 sei erwähnt, dass insbesondere die abfallende Flanke von in etwa 15 Grad Kurbelwellenwinkel bis in etwa 55 Grad Kurbelwellenwinkel durch die Entnahme von Flüssigkeitsvolumen aus dem Speicherraum 48 zurückzuführen ist, so dass durch entsprechende Durchflüsse durch die Verbindungsleitung 50, 51, die insgesamt zu einer Flüssigkeitsentnahme aus dem Speicherraum 48 führen (durchgezogene Linie im unteren Teil der 3), dementsprechend zu einem deutlichen Druckverlust im Speicherraum 48 führt (Winkelbereich I während der Einspritzung). Von da an bis zum Beginn der Nachförderung (Winkelbereich II zwischen der Einspritzung und dem Beginn des Nachförderns) bleibt ein Druck in einem verhältnismäßig engen Schwankungsbereich.
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Mit dem Beginn des Förderns der Pumpe 22 über die Flüssigkeitszuleitung 38 in den Verteilerraum 40 im Winkelbereich III (Winkelbereich III während des Nachförderns) geht ein Druckanstieg auch im Speicherraum 48 einher. Im darauffolgenden Winkelbereich IV, das heißt bis zu dem Punkt, wo sich die Verfahrensschritte für den nächsten Zylinder 2 wiederholen, bleibt ein Druck im Mittel konstant. An dieser Stelle sei der Hinweis gegeben, dass die Druckschwankungen, welche ganz besonders im Winkelbereich IV aber auch im Winkelbereich II gut zu erkennen sind, überlagerte hochfrequente Druckpulsationen sind. Obwohl in der einen Richtung 13 zur Kraftstoffzufuhr verhältnismäßig viele Drosseln vorhanden sind, können diese Druckpulsationen auch in einem gut ausgelegten Dämpfungssystem nicht vollkommen gedämpft werden. Dieses hier verwendete Hochdrucksystem weist viele Eigenfrequenzen auf, die angeregt werden. Zu den Drosseln, die in dieser Einrichtung 13 zur Kraftstoffzufuhr vorhanden sind, sind nicht nur die Verbindungsleitungen 50 und 51 zu zählen, sondern beispielsweise auch ein Anschluss 55 beziehungsweise sein typischerweise etwas verjüngter Bereich und auch typischerweise verhältnismäßig dünn ausgeführte Leitungen 45 (Einspritzleitungen). Wie in der 3 deutlich erkennbar ist, wiederholen sich bei dem hier dargestellten stationären Betrieb die eben erwähnten Ereignisse alle 180 Grad Kurbelwellenwinkel.
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Wie im unteren Teil der 3 erkannt werden kann, treffen in diesem Beispiel eines Ansteuerungszyklus die drei Linien nach dem Ablauf von 720 Grad Kurbelwellenwinkel an ein und derselben Stelle, nämlich dem Nulldurchgang, wieder aufeinander. Ohne hier auf einzelne Strömungsvolumina über die einzelnen Winkelabschnitte in allen Einzelheiten einzugehen, wird dabei deutlich, dass dem Durchfluss (Ausfluss) durch die Verbindungsleitung 51 über die 720 Grad Kurbelwellenwinkel ein gleich großer Einfluss durch dieselbe Verbindungsleitung 51 gegenübersteht. In der Summe findet somit im Speicherraum 48 zwar Strömung statt, diese Strömung im Speicherraum 48 ist jedoch beim stationären Betrieb eine mehrfache Hin- und Herbewegung von Flüssigkeit. Ebenso bei der Verbindungsleitung 50 findet ein entsprechendes Hin- und Herbewegen von Volumen statt.
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Des Weiteren sei an dieser Stelle erwähnt, dass sich die Volumina, welche einerseits eingespritzt werden und andererseits, welche durch die Flüssigkeitszuleitung 38 in den Verteilerraum 40 beziehungsweise den Speicherraum 48 wieder nachgefüllt werden, einander entsprechen. Das heißt ganz besonders, dass beim stationären Betrieb und bei einem Vierzylindermotor alle vier Einspritzvolumen im Einzelnen den einzelnen Nachförderungen durch die Flüssigkeitszuleitung 38 durch den Anschluss 55 hindurch entsprechen. In der Summe entsprechen somit die vier einzelnen Einspritzvolumina auch den vier einzelnen aufsummierten nachgeförderten Volumina an Flüssigkeit durch die Flüssigkeitszuleitung.
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4 zeigt eine ähnliche Darstellung wie die 3 wobei in diesem Fall jedoch ein ungleichmäßiger Betriebszustand beziehungsweise ein Spülbetrieb für die Einrichtung 13 vorgenommen wird. Wie aus dem mittleren beziehungsweise zweituntersten Teil der 4 erkennbar ist, ist der anfängliche Druck p48 im Speicherraum 48 um ca. 10 Bar höher. Dies hat jedoch für die Darstellung des Prinzips keine grundsätzliche Bedeutung. Zu Beginn des Ansteuerungszyklus wird mit dem Beginn des ersten Winkelbereichs I mit einer Einspritzung in den Brennraum 12 des vierten Zylinders begonnen. Das Ventil 43 beziehungsweise Ventil 43.4 wird aktiviert und eine bestimmte Menge an Flüssigkeit wird in den Brennraum 12 eingespritzt. Dementsprechend sinkt - wie bereits bei der Darstellung nach 3 - der Druck im Speicherraum 48.
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In einem Drehwinkelbereich der Kurbelwelle 11 zwischen dem Beginn einer Einspritzung beziehungsweise der ersten Einspritzung eines Ventils 43 in einen Brennraum 12 bis zum Beginn der nächsten Einspritzung eines nächsten Ventils 43 gibt es einen Drehzahlbereich, in dem aus den mehreren Verbindungsleitungen 50, 51 aus dem Speicherraum 48 Flüssigkeit 17, 28 nur ausströmt. Im Übrigen wird auch festgestellt, dass mit dem Beginn des Ansteuerungszyklus ein Ventil 43 geöffnet wird, welches in einer Hälfte 60 einer Zylinderbank 52 und dabei an einem Ende 63 der Zylinderbank 52 angeordnet ist. Das unmittelbar danach öffnende Ventil 43 ist in einer anderen Hälfte 66 der Zylinderbank 52 angeordnet.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Brennkraftmaschine 10 eine symmetrische Zündfolge aufweist. Dies ist auch durch die zu den Figuren beschriebenen Bauarten gegeben.
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Beispielhaft gilt dies für eine Zündfolge 1-3-4-2 eines Reihenvierzylindermotors. Gleiches gilt auch für einen V6-Motor mit der Zündfolge 1-4-5-6-2-3, weil auf den Zylinder 3 der einen Zylinderbank, das Ventil des Zylinders 1 folgt. Es gilt auch für einen V6-Motor mit der Zündfolge 1-2-5-6-4-3, da auch hier bei der einen Zylinderbank nach dem Zylinder 3 die nächste Einspritzung im Zylinder 1 erfolgt. Für einen Reihensechszylindermotor gilt dies, wenn die übliche Zündfolge beispielsweise 1-5-3-6-2-4 ist, da auf den Zylinder 1 am Ende der Bank der Zylinder 5 folgen würde, der in der anderen Hälfte der Zylinderbank 52 wäre. Ebenso würde dies für die Folge 1-4-5-6-3-2 gelten.
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Bei der Analyse der Vorgänge in dem System bei der Anwendung des hier vorgestellten Verfahrens wurde herausgefunden, dass in der Verbindungsleitung 51, 50, in der eine Volumenbilanz positiv ist, in dem Drehwinkelbereich der Kurbelwelle 11 eines Teils des Ansteuerungszyklus, welcher mit der ersten Einspritzung eines Ventils 43 beginnt und bis zur nächsten Einspritzung eines Ventils 43 dauert, eine Volumenbilanz während dessen negativ ist. Positive Volumenbilanz bedeutet im Übrigen, dass für den Fall der Betrachtung über einen vollständigen Ansteuerungszyklus (720 Grad-Kurbelwellenwinkel) durch die entsprechende Verbindungsleitung 51, 50 in den Speicherraum 48 mehr hineinfließt, als durch diese Verbindungsleitung 51, 50 herausfließt. Wird dann ein Teil dieses eben erwähnten Drehwinkelbereichs über den vollständigen Ansteuerungszyklus betrachtet, welcher mit der ersten Einspritzung eines Ventils 43 beginnt und bis zur nächsten Einspritzung eines Ventils 43 dauert, ist eine Volumenbilanz bei dieser Verbindungsleitung 51, 50 negativ. Das heißt, dass während des eben erwähnten Winkelbereichs, welcher zwischen diesen beiden erwähnten Einspritzungen durch die Kurbelwelle 11 beim Drehen überstrichen wird, mehr ausströmt als einströmt.
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Wie anhand der zuvor erläuterten Strömung für die erzwungene Längsströmung (4) erkannt werden kann, fließt ein Teil der Flüssigkeit über die Flüssigkeitszuleitung 38 in den Verteilerraum 40, von dort durch die Verbindungsleitung 51 in den Speicherraum 48 und schließlich wieder durch die Verbindungsleitung 50 in den Verteilerraum 40 zurück. Dadurch kann sich für Teile dieser Strömung eine Art Kreisströmung bzw. Teilkreisströmung vom Verteilerraum 40 über den Speicherraum 48 wieder in den Verteilerraum 40 ergeben. Aus dem Vorgenannten ist somit ein Verfahren zum Betrieb eines Verteilerraums 40 und eines Speicherraums 48, welches als Dämpfungsvolumen dient, offenbart. In dem Verteilerraum 40 und dem Speicherraum befindet sich eine Flüssigkeit, die aus zwei Flüssigkeiten 17, 28 gemischt wurde. Der Verteilerraum 40 ist mit dem Speicherraum 48 verbunden (kommunizierend verbunden) wobei der Verteilerraum 40 und der Speicherraum 48 durch mehrere Verbindungsleitungen 50, 51 Flüssigkeit 17, 28 austauschen. Diese Verbindungsleitungen 50, 51 sind insbesondere als Drosseln ausgeführt. Der Verteilerraum 40 wird in den Ausführungsbeispielen aus einer Flüssigkeitszuleitung 38 mit Flüssigkeit 17, 28 versorgt. Aus dem Verteilerraum 40 werden mehrere Ventile 43, die insbesondere als Einspritzventile beziehungsweise Hochdruckeinspritzventile ausgeführt sind, mit Flüssigkeit 17, 28 versorgt. Die Ventile 43 werden in einem vorbestimmten Ansteuerungszyklus, der insbesondere einer Zünd- bzw. Selbstzündfolge entspricht, geöffnet. Durch gezieltes verändern des Drucks im Verteilerraum 40 wird eine Längsströmung 70 im Speicherraum 48 erzeugt. Die dabei erzwungene Längsströmung ist keine Längsströmung 70, die streng und ausschließlich nur in eine Richtung strömt, sondern kann verschiedene Richtungen annehmen. Im Endeffekt ist die hier betrachtete Längsströmung 70 eine Strömung, die sich nach einem Ende eines Ansteuerzyklus aufsummiert beziehungsweise integral in dem Speicherraum 48 eingestellt haben wird. Insbesondere durch mehrere derartige aufeinanderfolgende Ansteuerungszyklen wird somit eine weitgehende Spülung des Speicherraums 48 erreicht. Die Längsströmung 70 verläuft dabei im Speicherraum 48 in eine Richtung von einer Verbindungsleitung 51 zu einer Verbindungsleitung 50 oder zu anderen Zeitpunkten bei unterschiedlichen Druckzuständen von einer Verbindungsleitung 50 einer Verbindungsleitung 51. Der Druck oder Druckverlauf in dem Verteilerraum 40 wird dadurch verändert, insbesondere geregelt oder gesteuert, indem nach dem Öffnen eines Ventils 43 und dem Fördern einer Einspritzmenge an Flüssigkeit 17, 28 und einem dadurch bewirkten Absenken des Drucks im Verteilerraum 40 vor dem Öffnen eines der nächsten Ventile 43 weniger oder keine Flüssigkeit 17, 28 aus der Flüssigkeitszuleitung 38 nachgefördert wird. Die Angabe „eines der nächsten Ventile 43“ bezieht sich dabei auf ein zeitliches Ereignis in Bezug auf eine Zylinderbank 52 der Brennkraftmaschine 10. Ganz besonders ist vorgesehen, den Druck oder den Druckverlauf dadurch zu ändern, dass vor dem Öffnen des nächsten Ventils 43 weniger oder keine Flüssigkeit 17, 28 aus der Flüssigkeitszuleitung 38 nachgefördert wird. Wie insbesondere anhand der oberen Darstellung der 4 erkannt werden kann, ist vorgesehen, dass nach dem Öffnen des nächsten Ventils 43 der Zylinderbank 52 (beispielsweise des Ventils 43.2) eine Menge 75 an Flüssigkeit 17, 28 nachgefördert wird, die größer als eine zuvor geförderte Einspritzmenge 78 ist. Die Menge 75 an Flüssigkeit 17, 28 ist dabei um den Teil der Menge 75 kleiner der im rechten Bereich der Menge 75 als Flächenteil 80 markiert ist. Der um diesen Flächenteil 80 beziehungsweise Mengenteil reduzierte Teil der Fläche der Menge 75 entspricht der Einspritzmenge 78 und hier auch dem entsprechenden Flächenanteil des dargestellten Rechtecks. Es ist somit insbesondere vorgesehen, dass vor dem Beginn eines nächsten Ansteuerungszyklus eine Menge an Flüssigkeit 17, 28 nachgefördert wurde, die einer im vorherigen Ansteuerungszyklus geförderten Einspritzmenge entspricht. Im Zusammenhang mit der Darstellung nach 4 bedeutet dies, dass die drei Mengen 75, die jeweils durch die Flüssigkeitszuleitung 38 nachgefördert werden beziehungsweise wurden, den vier einzelnen Einspritzmengen 78 entsprechen beziehungsweise entsprechen können. Die einzelnen geförderten Mengen 75 können auch ungleich sein. Ein Ansteuerungszyklus beginnt hier mit dem Öffnen des zu öffnenden Ventils 43 nach dem unmittelbar danach weniger oder keine Flüssigkeit 17, 28 aus der Flüssigkeitszuleitung 38 nachgefördert wird. Wie dargestellt, wird mit dem Beginn des Ansteuerungszyklus ein Ventil 43 geöffnet (Ventil 43.4), welches in einer Hälfte 60 einer Zylinderbank 52 und an einem Ende 63 der Zylinderbank 52 angeordnet ist. Das gilt beispielsweise für beide dargestellten Zylinderbänke 52 beziehungsweise die Brennkraftmaschine 10 gemäß 1 und 2. Das unmittelbar danach öffnende Ventil 43 der Zylinderbank 52 ist in einer anderen Hälfte 66 der Zylinderbank 52 angeordnet. Eine Beobachtung bei dem hier beschriebenen Verfahren ist, dass in einem Drehwinkelbereich des Ansteuerungszyklus einer Kurbelwelle 11 nach der ersten Einspritzung eines Ventils 43 bis zum Beginn der nächsten Einspritzung eines Ventils 43 durch die mehreren Verbindungsleitungen 50, 51 aus dem Speicherraum 48 Flüssigkeit 17, 28 nur ausströmt. Des Weiteren ergibt sich insbesondere aus diesem Verfahren, dass nach einem Durchlauf eines vollständigen Ansteuerungszyklus (zwei Umdrehungen einer Kurbelwelle beziehungsweise 720 Grad Drehwinkelbereich der Kurbelwelle) an bzw. bei einer Verbindungsleitung 51 eine Volumenbilanz positiv und an bzw. bei einer anderen Verbindungsleitung 50 eine Volumenbilanz negativ ist und sich dadurch eine Richtung einer Spülströmung ergibt. Eine positive Volumenbilanz bedeutet, dass hier in diesem Fall über den Ansteuerungszyklus eine Flüssigkeitsmenge, ein Flüssigkeitsvolumen eingeströmt ist, während bei einer negativen Volumenbilanz über den erwähnten Drehwinkelbereich Volumen ausgeströmt ist. Je nach Ansteuerungsverfahren kann die Volumenbilanz zum Beispiel auch bei der Verbindungsleitung 50 positiv und bei der Verbindungsleitung 51 negativ sein. Insbesondere kann in einer Verbindungsleitung 51, 50 eine Volumenbilanz über den gesamten Ansteuerungszyklus positiv sein und in dem Drehwinkelbereich einer Kurbelwelle 11 des Ansteuerungszyklus, welcher mit der ersten Einspritzung eines Ventils 43 beginnt und bis zur nächsten Einspritzung eines Ventils 43 dauert eine Volumenbilanz negativ sein. Es ist insbesondere vorgesehen, 1, 2, dass aus dem Verteilerraum 40 mehrere Ventile 43, insbesondere 3 oder 4 Ventile 43, mit Flüssigkeit 17, 28 versorgt werden und in vorbestimmter Reihenfolge öffnen. Werden aus dem Verteilerraum 40 beispielsweise drei Ventile 43 versorgt, kann es sich dabei zum Beispiel um einen Dreizylindermotor, insbesondere Dreizylinderreihenmotor mit einer Zylinderbank 52 handeln oder nur um eine Bank 52 beispielsweise eines V6-Zylinder-Motors. Ein solcher V6-Zylinder-Motor hätte typischerweise zwei Zylinderbänke 52, die jeweils durch eine einzelne Einrichtung 13 zur Kraftstoffzufuhr versorgt würden. Eine Brennkraftmaschine 10, die über einen Verteilerraum 40 beispielsweise vier Ventile 43 versorgen würde, könnte eine Vierzylindermaschine mit einer Zylinderbank 52 sein oder eine V8 Maschine, die zwei Zylinderbänke 52 aufweist und eine jede Zylinderbank 52 durch eine separate Einrichtung 13 zur Kraftstoffzufuhr aufweist. An dieser Stelle sei dabei erwähnt, dass im Fall vom mehreren Einrichtungen 13 zu Kraftstoffzufuhr bei der Brennkraftmaschine 10 insgesamt nur ein erster Behälter 15 für eine erste Flüssigkeit 17 und nur ein zweiter Behälter 25 mit der zweiten Flüssigkeit 28 vorhanden wäre bzw. sein bräuchte. Aber auch hier würde bei jeder Zylinderbank 52 beziehungsweise jedem Verteilerraum 40 vorgesehen sein, dass die mehreren Ventile 43 in vorbestimmter Reihenfolge öffnen (jeweils voneinander getrenntes Spülen des Speicherraums 48. In dem Fall, in dem die Brennkraftmaschine 10 insbesondere schadstoffärmer betrieben werden soll, und damit beispielsweise mit einer den Verbrennungsablauf kühlenden Flüssigkeit betrieben werden soll, wird dem eigentlichen Kraftstoff (erste Flüssigkeit 17) diese zweite den Verbrennungsablauf kühlende Flüssigkeit (zweite Flüssigkeit 28), insbesondere eine inerte Flüssigkeit, insbesondere Wasser, zugemischt, so dass die Flüssigkeit, die eingespritzt wird, vor dem Erreichen des Verteilerraums 40 durch Vermischung dieser eben erwähnten zwei Flüssigkeiten 17, 28 gebildet wird, wobei die eine Flüssigkeit 17 ein Kraftstoff und die andere Flüssigkeit 28 eine inerte Flüssigkeit beispielsweise Wasser ist. Den 1 und 2 kann entnommen werden, dass vorgesehen ist, die Verbindungsleitungen 50, 51 an entgegengesetzten Enden 80, 83 des Verteilerraums 40 anzuordnen. Das hier vorgestellte Verfahren kann dabei derartig durchgeführt werden, dass die Flüssigkeit symmetrisch und/oder unsymmetrisch in den Verteilerraum 40 zugeführt wird. Eine symmetrische Zuführung der Flüssigkeit bedeutet, dass beispielsweise wie in 1 und 2 dargestellt, die Flüssigkeitszuleitung 38 derartig an den Verteilerraum 40 herangeführt ist, dass von dem Anschluss 55 ausgehend sich ein Verteilerraum 40 in Längsrichtung einer Zylinderbank 52, das heißt parallel dazu, vorzugsweise in entgegengesetzter Richtung jedoch mit gleicher Länge, verzweigt. Eine unsymmetrische Zuführung bedeutete beispielsweise, dass der Anschluss 55 etwas aus der Mitte versetzt oder etwas mehr aus der Mitte versetzt wäre oder beispielsweise über eine der beiden Stirnseiten des Verteilerraums 40 (axialer Anschluss) zugeführt würde. Wie bereits erwähnt, kann das hier vorgestellte Verfahren in einer Einrichtung 13 zur Kraftstoffzufuhr einer Brennkraftmaschine 10, insbesondere einer fremdgezündeten oder selbstzündenden Brennkraftmaschine 10 ablaufen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014205179 A1 [0004]
