DE102019203323A1 - Fuel system, high pressure line - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffsystem zur Versorgung eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoff, umfassend eine Kraftstoffverteilerleiste (1), mindestens einen an die Kraftstoffverteilerleiste (1) angeschlossenen Injektor (2) zum Einspritzen des Kraftstoffs in einen Brennraum des Verbrennungsmotors sowie eine an die Kraftstoffverteilerleiste (1) angeschlossene Hochdruckleitung (3), über welche die Kraftstoffverteilerleiste (1) mit der Druckseite einer Hochdruckpumpe (4) verbunden ist. Erfindungsgemäß sind in der Hochdruckleitung (3) mehrere Drosselstellen (5) ausgebildet.Die Erfindung betrifft ferner eine Hochdruckleitung (3) für ein derartiges Kraftstoffsystem.The invention relates to a fuel system for supplying an internal combustion engine with fuel, comprising a fuel rail (1), at least one injector (2) connected to the fuel rail (1) for injecting the fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine and one connected to the fuel rail (1) High-pressure line (3) via which the fuel rail (1) is connected to the pressure side of a high-pressure pump (4). According to the invention, several throttle points (5) are formed in the high pressure line (3). The invention also relates to a high pressure line (3) for such a fuel system.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffsystem zur Versorgung eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei dem Verbrennungsmotor handelt es sich vorzugsweise um einen Benzinmotor mit Wassereinspritzung, weiterhin vorzugsweise um einen Benzinmotor mit Wasserdirekteinspritzung (DWI, „direct water injection“). Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Hochdruckleitung für ein derartiges Kraftstoffsystem.The invention relates to a fuel system for supplying an internal combustion engine with fuel according to the preamble of claim 1. The internal combustion engine is preferably a gasoline engine with water injection, further preferably a gasoline engine with direct water injection (DWI). The invention also relates to a high-pressure line for such a fuel system.
Stand der TechnikState of the art
Ein Kraftstoffsystem der eingangs genannten Art umfasst eine Kraftstoffverteilerleiste, mindestens einen an die Kraftstoffverteilerleiste angeschlossenen Injektor zum Einspritzen des Kraftstoffs in einen Brennraum des Verbrennungsmotors sowie eine an die Kraftstoffverteilerleiste angeschlossene Hochdruckleitung, über welche die Kraftstoffverteilerleiste mit einer Hochdruckpumpe verbunden ist. In der Hochdruckleitung können Druckpulsationen auftreten, die zu rücklaufenden Druckwellen führen, das heißt zu Druckwellen, die von der Kraftstoffverteilerleiste zurück zur Hochdruckpumpe laufen. Da die Hochdruckpumpe an ihrem Hochdruckausgang in der Regel nur eine begrenzte Festigkeit gegenüber rücklaufenden Druckwellen aufweist, gilt es diese zu dämpfen.A fuel system of the type mentioned at the outset comprises a fuel rail, at least one injector connected to the fuel rail for injecting the fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine and a high-pressure line connected to the fuel rail, via which the fuel rail is connected to a high-pressure pump. Pressure pulsations can occur in the high-pressure line, which lead to pressure waves returning, that is to say to pressure waves which run from the fuel rail back to the high-pressure pump. Since the high pressure pump generally has only a limited resistance to returning pressure waves at its high pressure outlet, it is important to dampen them.
Bei einem Benzinmotor mit Wasserdirekteinspritzung kommt der Pulsationsdämpfung eine besondere Rolle zu. Denn um lange Totzeiten zu vermeiden, die zu einer Entmischung der Kraftstoff-Wasser-Emulsion in der Kraftstoffverteilerleiste führen können, wird das Volumen der Kraftstoffverteilerleiste möglichst klein gewählt. Damit steht jedoch auch weniger Volumen zur Dämpfung von Druckpulsationen zur Verfügung, so dass diese Systeme besonders pulsationsanfällig sind.In a gasoline engine with direct water injection, pulsation damping plays a special role. Because in order to avoid long dead times, which can lead to a separation of the fuel-water emulsion in the fuel rail, the volume of the fuel rail is chosen to be as small as possible. However, this also means that less volume is available for damping pressure pulsations, so that these systems are particularly susceptible to pulsation.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffsystem zur Versorgung eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoff derart weiterzuentwickeln, dass Druckpulsationen verringert werden. Auf diese Weise soll eine Entlastung der Komponenten des Kraftstoffsystems, insbesondere einer Hochdruckpumpe, erreicht werden.The present invention is based on the object of further developing a fuel system for supplying an internal combustion engine with fuel in such a way that pressure pulsations are reduced. This is intended to relieve the components of the fuel system, in particular a high-pressure pump.
Zur Lösung der Aufgabe wird das Kraftstoffsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird die Hochdruckleitung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 angegeben.To achieve the object, the fuel system with the features of claim 1 is proposed. Advantageous further developments of the invention can be found in the subclaims. Furthermore, the high-pressure line is specified with the features of
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das vorgeschlagene Kraftstoffsystem, das der Versorgung eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoff dient, umfasst eine Kraftstoffverteilerleiste, mindestens einen an die Kraftstoffverteilerleiste angeschlossenen Injektor zum Einspritzen des Kraftstoffs in einen Brennraum des Verbrennungsmotors sowie eine an die Kraftstoffverteilerleiste angeschlossene Hochdruckleitung, über welche die Kraftstoffverteilerleiste mit der Druckseite einer Hochdruckpumpe verbunden ist. Erfindungsgemäß sind in der Hochdruckleitung mehrere Drosselstellen ausgebildet.The proposed fuel system, which is used to supply an internal combustion engine with fuel, comprises a fuel rail, at least one injector connected to the fuel rail for injecting the fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine and a high-pressure line connected to the fuel rail, via which the fuel rail is connected to the pressure side of a high-pressure pump connected is. According to the invention, several throttle points are formed in the high pressure line.
Die mehreren Drosselstellen dämpfen Druckpulsationen, und zwar volumenunabhängig. Das heißt, dass kein zusätzliches Dämpfungsvolumen geschaffen werden muss. Dies wirkt sich insbesondere als vorteilhaft bei Kraftstoffsystemen mit Wasserdirekteinspritzung aus, da das Volumen der Kraftstoffverteilerleiste so klein wie möglich gewählt werden kann. Ferner verhindern die mehreren Drosselstellen, dass Druckwellen von der Kraftstoffverteilerleiste zur Hochdruckpumpe zurücklaufen. Die Hochdruckpumpe wird dadurch entlastet.The multiple throttling points dampen pressure pulsations, regardless of the volume. This means that no additional damping volume has to be created. This is particularly advantageous in fuel systems with direct water injection, since the volume of the fuel rail can be selected to be as small as possible. Furthermore, the multiple throttle points prevent pressure waves from flowing back from the fuel rail to the high-pressure pump. This relieves the high pressure pump.
Bevorzugt ist eine erste Drosselstelle im Bereich des Anschlusses der Hochdruckleitung an die Kraftstoffverteilerleiste angeordnet oder ausgebildet. Von der Kraftstoffverteilerleiste in Richtung der Hochdruckpumpe rücklaufende Druckwellen werden somit bereits am „Eingang“ (in Hauptströmungsrichtung der Ausgang) zur Hochdruckleitung gestoppt oder zumindest gedämpft. Weitere, in Hauptströmungsrichtung der ersten Drosselstelle vorgelagerte Drosselstellen steigern den Dämpfungseffekt, so dass rücklaufende Druckwellen den Hochdruckausgang der Hochdruckpumpe nicht mehr erreichen.A first throttle point is preferably arranged or formed in the region of the connection of the high-pressure line to the fuel rail. Pressure waves returning from the fuel rail in the direction of the high pressure pump are therefore already stopped or at least dampened at the “inlet” (the outlet in the main flow direction) to the high pressure line. Further throttle points upstream of the first throttle point in the main flow direction increase the damping effect, so that returning pressure waves no longer reach the high pressure outlet of the high pressure pump.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass mindestens eine Drosselstelle durch eine Einschnürung der Hochdruckleitung ausgebildet wird. Das heißt, dass die Drosselstelle durch die Hochdruckleitung selbst gebildet wird, und zwar durch eine Einschnürung bzw. Querschnittsverengung. Die Einschnürung kann insbesondere in einem Umformprozess hergestellt werden, bei dem beispielsweise ein Umformwerkzeug außen an die Hochruckleitung angesetzt und mit einer Kraft beaufschlagt wird, so dass die Hochdruckleitung plastisch verformt wird. Vorteilhafterweise werden alle Drosselstellen durch Einschnürungen der Hochdruckleitung ausgebildet, so dass die Herstellung der Hochdruckleitung vereinfacht wird.It is also proposed that at least one throttle point be formed by constricting the high-pressure line. This means that the throttle point is formed by the high-pressure line itself, specifically by a constriction or cross-sectional constriction. The constriction can in particular be produced in a forming process in which, for example, a forming tool is attached to the outside of the high-pressure line and a force is applied so that the high-pressure line is plastically deformed. All throttle points are advantageously formed by constrictions in the high pressure line, so that the manufacture of the high pressure line is simplified.
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass mindestens eine Drosselstelle durch ein in die Hochdruckleitung eingesetztes Drosselstück gebildet wird. Das Drosselstück führt zu einer Verengung des Strömungsquerschnitts der Hochdruckleitung, und zwar ohne plastische Verformung der Hochdruckleitung. Das Drosselstück ist vorzugsweise in die Hochdruckleitung eingepresst, eingeschweißt oder eingelötet, so dass das Drosselstück innerhalb der Hochdruckleitung lagefixiert ist. Vorteilhafterweise werden alle Drosselstellen jeweils durch ein in die Hochdruckleitung eingesetztes Drosselstück gebildet, so dass die Herstellung der Hochdruckleitung vereinfacht wird.As an alternative or in addition, it is proposed that at least one throttle point be formed by a throttle piece inserted into the high-pressure line. The throttle piece leads to a narrowing of the flow cross-section of the High pressure line, without plastic deformation of the high pressure line. The throttle piece is preferably pressed, welded or soldered into the high pressure line, so that the throttle piece is fixed in position within the high pressure line. Advantageously, all throttle points are each formed by a throttle piece inserted into the high pressure line, so that the manufacture of the high pressure line is simplified.
Bevorzugt weisen die Drosselquerschnitte der Drosselstellen einen Drosseldurchmesser von 1,0 mm bis 1,5 mm, beispielsweise von 1,3 mm auf. Entsprechende Drosselquerschnitte zeigen nicht nur eine hervorragende Dämpfungswirkung in Bezug auf unerwünschte Druckpulsationen, sondern sind zudem in der Lage im Kraftstoff enthaltene größere Wassertropfen zu zerkleinern. Auf diese Weise wird eine bessere Durchmischung einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion erreicht bzw. einer Entmischung einer Kraftstoff-Wasser- Emulsion entgegengewirkt.The throttle cross-sections of the throttle points preferably have a throttle diameter of 1.0 mm to 1.5 mm, for example 1.3 mm. Corresponding throttle cross-sections not only show an excellent damping effect with regard to undesirable pressure pulsations, but are also able to crush larger water droplets contained in the fuel. In this way, better mixing of a fuel-water emulsion is achieved or a demixing of a fuel-water emulsion is counteracted.
Ferner bevorzugt weisen mindestens zwei Drosselstellen der Hochdruckleitung, vorzugsweise alle Drosselstellen, gleich große Drosselquerschnitte auf. Die Strömungsrichtung in der Hochdruckleitung ist in diesem Fall unerheblich. Das heißt, dass die Hochdruckleitung bei der Montage beliebig orientiert werden kann.Furthermore, at least two throttle points of the high-pressure line, preferably all throttle points, have throttle cross-sections of the same size. The direction of flow in the high-pressure line is irrelevant in this case. This means that the high-pressure line can be oriented as required during assembly.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Drosselstellen der Hochdruckleitung unterschiedlich große Drosselquerschnitte aufweisen. Beispielsweise kann der Drosselquerschnitt in eine Richtung, vorzugsweise in Hauptströmungsrichtung, kontinuierlich kleiner werden. Auf diese Weise werden die in der Kraftstoff-Wasser-Emulsion enthaltenen Wassertropfen schrittweise zerkleinert, bis das Wasser in Form feinster Tröpfchen im Kraftstoff gleichmäßig verteilt vorliegt.Alternatively, it is proposed that the throttle points of the high-pressure line have throttle cross-sections of different sizes. For example, the throttle cross-section can become continuously smaller in one direction, preferably in the main flow direction. In this way, the water droplets contained in the fuel-water emulsion are gradually crushed until the water is evenly distributed in the fuel in the form of very fine droplets.
Des Weiteren bevorzugt sind die mehreren Drosselstellen der Hochdruckleitung im gleichen Anstand zueinander angeordnet. Der Abstand kann beispielsweise 10 cm betragen. Es sind auch größere oder kleinere Abstände denkbar, wobei es insbesondere auf die Gesamtlänge der Hochdruckleitung ankommt.Furthermore, the multiple throttle points of the high-pressure line are preferably arranged at the same distance from one another. The distance can be 10 cm, for example. Larger or smaller distances are also conceivable, the overall length of the high pressure line being particularly important.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass saugseitig in Bezug auf die Hochdruckpumpe eine Wasserzuführung vorgesehen ist, so dass mit Hilfe der Hochdruckpumpe eine Kraftstoff-Wasser-Emulsion herstellbar ist, die über die Hochdruckleitung der Kraftstoffverteilerleiste zuführbar ist. Mit Hilfe des vorgeschlagenen Kraftstoffsystems kann somit auch eine Wasserdirekteinspritzung realisiert werden. Da derartige Systeme - wie eingangs erwähnt - in der Regel kleinvolumige Kraftstoffverteilerleisten aufweisen und damit besonders pulsationsanfällig sind, kommen hier die Vorteile der Erfindung besonders deutlich zum Tragen.In a further development of the invention, it is proposed that a water supply is provided on the suction side with respect to the high-pressure pump so that a fuel-water emulsion can be produced with the aid of the high-pressure pump, which can be supplied to the fuel rail via the high-pressure line. With the aid of the proposed fuel system, direct water injection can thus also be implemented. Since such systems - as mentioned at the beginning - generally have small-volume fuel distribution bars and are therefore particularly susceptible to pulsation, the advantages of the invention are particularly evident here.
Bei einem Kraftstoffsystem mit Wasserdirekteinspritzung kann mit Hilfe der mehreren Drosselstellen der Hochdruckleitung nicht nur eine Pulsationsdämpfung bewirkt werden, sondern darüber hinaus einer Entmischung der Kraftstoff-Wasser-Emulsion entgegengewirkt werden. Denn auf dem Weg von der Hochdruckpumpe zur Kraftstoffverteilerleiste neigt die Kraftstoff-Wasser-Emulsion dazu, sich in zwei Phasen aufzutrennen. Das Wasser sinkt dabei als Phase ab und bleibt aufgrund von Adhäsionskräften zumindest teilweise an der Leitungswand der Hochdruckleitung hängen. Dies hat zur Folge, dass sich die Wasserkonzentration der Kraftstoff-Wasser-Emulsion in der Kraftstoffverteilerleiste sowie in dem mindestens einen an die Kraftstoffverteilerleiste angeschlossenen Injektor ändert. Eine ungleichmäßige oder falsch angenommene Wasserkonzentration am Injektor wiederum führt zu Gemischabweichungen im Brennraum des Verbrennungsmotors und damit zu Aussetzern und/oder einer erhöhten Laufunruhe des Verbrennungsmotors. Neben Fahrbarkeits- und Komfortproblemen kann es ferner zu einer Verschlechterung der Emissionen des Verbrennungsmotors kommen.In a fuel system with direct water injection, the multiple throttling points in the high-pressure line can not only cause pulsation dampening, but also counteract any segregation of the fuel-water emulsion. Because on the way from the high-pressure pump to the fuel rail, the fuel-water emulsion tends to separate into two phases. The water sinks as a phase and remains at least partially attached to the wall of the high pressure line due to adhesive forces. This has the consequence that the water concentration of the fuel-water emulsion changes in the fuel rail and in the at least one injector connected to the fuel rail. An uneven or incorrectly assumed water concentration at the injector in turn leads to mixture deviations in the combustion chamber of the internal combustion engine and thus to misfires and / or increased uneven running of the internal combustion engine. In addition to drivability and comfort problems, emissions from the internal combustion engine can also deteriorate.
Die Gefahr einer Entmischung der Kraftstoff-Wasser-Emulsion steigt, je länger die Hochdruckleitung bzw. der Weg von der Hochdruckpumpe bis zur Kraftstoffverteilerleiste ist. Führt der Weg jedoch über mehrere Drosselstellen, werden im Kraftstoff eingelagerte größere Wassertropfen in kleinere Einzeltropfen zerlegt und als solche in der Schwebe gehalten. Die Drosselstellen tragen somit zu einer gleichmäßigen Verteilung des Wassers in der Kraftstoff-Wasser-Emulsion bei. Die gleichmäßige Verteilung wiederum führt zu einer konstanten Wasserkonzentration in der Kraftstoffverteilerleiste bzw. dem hieran angeschlossenen Injektor, so dass eine Gemischabweichung im Brennraum des Verbrennungsmotors nicht zu befürchten ist.The risk of the fuel-water emulsion separating increases the longer the high-pressure line or the path from the high-pressure pump to the fuel rail. However, if the path leads over several throttling points, larger water droplets stored in the fuel are broken down into smaller individual droplets and kept in suspension as such. The throttle points thus contribute to an even distribution of the water in the fuel-water emulsion. The even distribution in turn leads to a constant water concentration in the fuel rail or the injector connected to it, so that a mixture deviation in the combustion chamber of the internal combustion engine is not to be feared.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner eine Hochdruckleitung für ein erfindungsgemäßes Kraftstoffsystem vorgeschlagen. Die Hochdruckleitung weist mehrere Drosselstellen auf, die durch mehrere Einschnürungen und/oder mehrere eingesetzte Drosselstücke ausgebildet werden. Die mehreren Drosselstellen dienen vorrangig der Pulsationsdämpfung. Gelangt die Hochdruckleitung bei einem Kraftstoffsystem mit Wasserdirekteinspritzung zum Einsatz, wird mit Hilfe der mehreren Drosselstellen zudem einer Entmischung der Kraftstoff-Wasser-Emulsion entgegengewirkt. Denn beim Passieren der Drosselstellen werden im Kraftstoff eingelagerte größere Wassertropfen in kleinere Einzeltropfen zerlegt und in Schwebe gehalten. Die Hochdruckleitung fördert somit eine konstante Wasserkonzentration.To achieve the object mentioned at the beginning, a high-pressure line for a fuel system according to the invention is also proposed. The high pressure line has several throttle points which are formed by several constrictions and / or several inserted throttle pieces. The multiple throttling points primarily serve to dampen pulsations. If the high-pressure line is used in a fuel system with direct water injection, the multiple throttling points also counteract any segregation of the fuel-water emulsion. Because when passing the throttling points, larger water droplets stored in the fuel are broken down into smaller individual droplets and held in suspension. The The high pressure line thus promotes a constant water concentration.
Die Einschnürungen der Hochdruckleitung können insbesondere durch Umformen hergestellt werden. Werden die Drosselstellen durch eingesetzte Drosselstücke gebildet, sind diese bevorzugt eingepresst, eingeschweißt oder eingelötet, so dass eine Lagefixierung erreicht wird.The constrictions of the high pressure line can be produced in particular by forming. If the throttle points are formed by inserted throttle pieces, these are preferably pressed in, welded in or soldered in, so that a fixation in position is achieved.
Der Drosselquerschnitt aller Drosselstellen kann gleich oder unterschiedlich sein. Bevorzugt wird ein Drosselquerschnitt mit einem Drosseldurchmesser von 1,0 mm bis 1,5 mm. Ferner können die mehreren Drosselstellen in gleichen oder unterschiedlichen Abständen angeordnet oder ausgebildet sein.The throttle cross-section of all throttle points can be the same or different. A throttle cross-section with a throttle diameter of 1.0 mm to 1.5 mm is preferred. Furthermore, the plurality of throttle points can be arranged or formed at the same or different distances.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffsystems für einen Verbrennungsmotor, -
2 eine erfindungsgemäße Hochdruckleitung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform, -
3 eine erfindungsgemäße Hochdruckleitung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform und -
4 eine erfindungsgemäße Hochdruckleitung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform.
-
1 a schematic representation of a fuel system according to the invention for an internal combustion engine, -
2 a high pressure line according to the invention according to a first preferred embodiment, -
3 an inventive high pressure line according to a second preferred embodiment and -
4th an inventive high pressure line according to a third preferred embodiment.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Der schematischen Darstellung der
Auf dem Weg von der Hochdruckpumpe
Wie beispielhaft in der
Alternativ können die mehreren Drosselstellen
Beispielsweise kann gemäß der
Alternativ kann, wie in der
Nachdem die Einschnürungen
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