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Die Erfindung betrifft einen Hochdruckspeicher für Kraftstoffe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftstoffsystem zur Versorgung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit Kraftstoffen, das einen derartigen Hochdruckspeicher umfasst.
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Stand der Technik
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2016 201 511 A1 geht beispielhaft ein Kraftstoffversorgungssystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen und einem flüssigen Kraftstoff hervor. Bei dem gasförmigen Kraftstoff kann es sich insbesondere um Erdgas (NG, „Natural Gas“) handeln, der mit Hilfe des flüssigen Kraftstoffs, vorzugsweise Dieselkraftstoff, zum Zünden gebracht wird. Es gilt demnach zwei unterschiedliche Kraftstoffarten in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einzubringen. Hierzu wird ein Zweistoffinjektor verwendet, in dem beide Kraftstoffe getrennt geführt werden, um eine Vermischung der beiden Kraftstoffe außerhalb des Brennraums zu verhindern. Um den Zweistoffinjektor mit beiden Kraftstoffen zu versorgen, ist dieser mit einer ersten Speicherleitung für den gasförmigen Kraftstoff und einer zweiten Speicherleitung für den flüssigen Kraftstoff verbunden.
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Bei einem Kraftstoffversorgungssystem der vorstehend genannten Art sind nicht nur getrennte Speicherleitungen vorzusehen, sondern ferner getrennte Kraftstoffkreise, die zumindest einen Tank, eine Kraftstoffpumpe und ein die einzelnen Komponenten verbindendes Leitungssystem je Kraftstoff umfassen. Für all diese Komponenten und Leitungen muss ausreichend Bauraum vorgehalten werden, was das „Motorpacking“ deutlich erschwert.
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Hier soll die vorliegende Erfindung Abhilfe schaffen. Insbesondere soll der Bauraumbedarf eines Kraftstoffsystems verringert werden, das der Versorgung eines Verbrennungsmotors mit zwei unterschiedlichen Kraftstoffen dient.
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Die Lösung umfasst einen Hochdruckspeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Kraftstoffsystem mit den Merkmalend es Anspruchs 10.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorgeschlagen wird ein Hochdruckspeicher für Kraftstoffe, der einen länglichen rohrförmigen Grundkörper mit mehreren umfangseitig angeordneten Anschlüssen zum unmittelbaren oder mittelbaren Anschließen von Kraftstoffinjektoren, insbesondere von Zweistoffinjektoren, umfasst. Erfindungsgemäß bildet der längliche rohrförmige Grundkörper ein erstes Speichervolumen zum Speichern eines ersten Kraftstoffs und ein zweites Speichervolumen zum Speichern eines zweiten Kraftstoffs aus.
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Der vorgeschlagene Hochdruckspeicher vermag somit zwei separate Hochdruckspeicher bzw. Speicherleitungen gemäß dem eingangs genannten Stand der Technik zu ersetzen. Entsprechend können die Teilezahl und mit der Teilezahl auch der Bauraumbedarf eines Kraftstoffsystems reduziert werden, das der Versorgung eines Verbrennungsmotors mit zwei unterschiedlichen Kraftstoffen dient.
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An einen Hochdruckspeicher mittelbar über Leitungen angebundene Injektoren weisen in der Regel gleiche Leitungslängen auf, damit sie das gleiche Einspritzverhalten aufweisen. Hochdruckspeicher sind daher typischerweise sehr lang gebaut. Die Länge erschwert jedoch die Abstützung und Befestigung des Hochdruckspeichers am Verbrennungsmotor bzw. am Motorblock, da mehrere Abstütz- und Befestigungspunkte vorgesehen werden müssen. Bei zwei separaten Hochdruckspeichern dupliziert sich die Anzahl der Abstütz- und Befestigungspunkte. Demgegenüber kann durch Einsatz des erfindungsgemäßen Hochdruckspeichers die Anzahl der Abstütz- und Befestigungspunkte reduziert werden, so dass die Montage des Hochdruckspeichers vereinfacht wird.
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Der vorgeschlagene Hochdruckspeicher kann neben der Speicherfunktion auch eine Verteilerfunktion besitzen. In diesem Fall kann der Hochdruckspeicher auch als Verteilerleiste bezeichnet werden. Eine weitere geläufige Bezeichnung für den Hochdruckspeicher ist der englische Begriff „Rail“. Allen gemein ist ein länglicher rohrförmiger Grundkörper.
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Bei dem erfindungsgemäßen Hochdruckspeicher ist der längliche rohrförmige Grundkörper unterteilt, um die beiden Speichervolumina für die beiden Kraftstoffe auszubilden. Die Unterteilung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine Vermischung der beiden Kraftstoffe im Hochdruckspeicher sicher verhindert wird.
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Bevorzugt erstrecken sich die beiden Speichervolumina im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung des länglichen rohrförmigen Grundkörpers. Das heißt, dass die beiden Speichervolumina ebenfalls eine längliche Form aufweisen. Dies ermöglicht einen Anschluss der Zweistoffinjektoren an den Hochdruckspeicher mit gleichen Leitungslängen, so dass die Zweistoffinjektoren das gleiche Einspritz- bzw. Einblasverhalten aufweisen.
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Um zwei sich im Wesentlichen in Längsrichtung erstreckende Speichervolumina zu erhalten, kann der längliche rohrförmige Grundkörper eine Trennwand zur Unterteilung aufweisen, die beispielsweise mittig angeordnet ist und sich ebenfalls in Längsrichtung erstreckt. Die beiden Speichervolumina werden in diesem Fall durch zwei gleich große Rohrhälften ausgebildet. Sollen die beiden Speichervolumina unterschiedlich groß sein, kann die Trennwand aus der Mitte zu einer Seite versetzt angeordnet werden. Ferner können zwei Trennwände vorgesehen werden, die im Querschnitt des Grundkörpers winklig zueinander liegen. Beispielsweise können die beiden Trennwände jeweils entlang einer Radialen verlaufen, so dass sektorförmige Speichervolumina ausgebildet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steht ein erster Teil, vorzugsweise die Hälfte, der Anschlüsse zum Anschließen von Kraftstoffinjektoren mit dem ersten Speichervolumen und der verbleibende Teil der Anschlüsse mit dem zweiten Speichervolumen in fluidischer Verbindung. Die Anzahl der Anschlüsse zum Anschließen der Kraftstoffinjektoren ist demzufolge bevorzugt eine gerade Zahl. Dadurch ist sichergestellt, dass jeder Zweistoffinjektor mit beiden Kraftstoffen versorgbar ist.
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Des Weiteren bevorzugt sind die mit dem ersten Speichervolumen in fluidischer Verbindung stehenden Anschlüsse und die mit dem zweiten Speichervolumen in fluidischer Verbindung stehenden Anschlüsse alternierend am Grundkörper angeordnet. Das heißt, dass sich jeweils ein Anschluss an das erste Speichervolumen und ein Anschluss an das zweite Speichervolumen abwechseln. Die beiden Anschlüsse für einen Zweistoffinjektor zur Versorgung mit beiden Kraftstoffen liegen somit dicht beieinander. Zudem werden auf diese Weise sich kreuzende Anschlussleitungen vermieden.
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Ferner bevorzugt sind die mit dem ersten Speichervolumen in fluidischer Verbindung stehenden Anschlüsse und die mit dem zweiten Speichervolumen in fluidischer Verbindung stehenden Anschlüsse in einer Reihe, vorzugsweise in gleicher Winkellage oder maximal um 10° versetzt zueinander, am Grundkörper angeordnet. Diese Anordnung der Anschlüsse ermöglicht eine effiziente und weitgehend spannungsfreie Montage des Hochdruckspeichers am Verbrennungsmotor bzw. am Motorblock.
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Zusätzlich zu den Anschlüssen für die Kraftstoffinjektoren kann der Grundkörper mindestens einen weiteren umfangseitig angeordneten Anschluss zum Anschließen einer Kraftstoffleitung und/oder einer Komponente eines Kraftstoffsystems, beispielsweise eines Sensors, eines Ventils und/oder einer Kraftstoffpumpe, aufweisen. Bei der Kraftstoffleitung kann es sich beispielsweise um eine Zulauf- oder Rücklaufleitung handeln. Die Komponente kann im Fall eines Sensors, insbesondere ein Temperatur- und/oder Drucksensor sein; im Fall eines Ventils, insbesondere ein Druckregel- und/oder Druckbegrenzungsventil.
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Vorzugsweise ist der mindestens eine weitere Anschluss in seiner Winkellage versetzt zu den Anschlüssen angeordnet, die dem Anschluss der Kraftstoffinjektoren dienen. Dadurch ist sichergestellt, dass eine über den weiteren Anschluss angeschlossene Leitung oder Komponente nicht mit den Anschlussleitungen der Kraftstoffinjektoren kollidiert. Der Winkelversatz kann beispielsweise 90° bis 180° betragen. Sofern mehr als nur ein weiterer Anschluss vorgesehen ist, liegt die Anzahl der weiteren Anschlüsse deutlich unter der Anzahl der Anschlüsse für die Kraftstoffinjektoren, so dass ein Winkelversatz von 90° bis 180° die Montage des Hochdruckspeichers nicht wesentlich beeinträchtigt.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Anschluss als radial zum Grundkörper ausgerichteter Stutzen ausgeführt ist. Vorzugsweise sind zumindest alle Anschlüsse für die Kraftstoffinjektoren als radial zum Grundkörper ausgerichtete Stutzen ausgeführt. Auf diese Weise können die Kraftstoffinjektoren optimal in Bezug auf den Verbrennungsmotor, insbesondere in Bezug auf die Brennräume des Verbrennungsmotors, ausgerichtet werden. Da in der Regel die Kraftstoffinjektoren am Verbrennungsmotor vormontiert werden und erst anschließend der Hochdruckspeicher verbaut wird, kann durch die gleiche Ausrichtung der Anschlüsse zugleich die Montage des Hochdruckspeichers vereinfacht werden. Dies gilt insbesondere bei Anschlussleitungen, die starr ausgeführt sind, so dass der Hochdruckspeicher auf die Anschlussleitungen der Kraftstoffinjektoren aufgeschoben werden muss. Weisen alle Anschlüsse, die dem Anschluss von Kraftstoffinjektoren dienen, die gleiche Ausrichtung auf, lässt sich der Hochdruckspeicher in einfacher Weise auf die starren Anschlussleitungen der Kraftstoffinjektoren aufschieben.
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Vorteilhafterweise ist mindestens ein Anschluss mit einem Konus, insbesondere einem Einführkonus, versehen. Auf diese Weise kann die Montage des Hochdruckspeichers und/oder der Anschluss einer Leitung und/oder einer Komponente an den Hochdruckspeicher vereinfacht werden. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Anschluss einen Klemmring zur Verbindung mit einem Kraftstoffinjektor, einer Kraftstoffleitung und/oder einer Komponente eines Kraftstoffsystems aufweist. Das heißt, dass vorzugsweise mindestens ein Anschluss als Klemmringverbindung ausgeführt ist. Die Klemmringverbindung erleichtert die Ausbildung des Anschlusses, so dass auch diese Maßnahme der Vereinfachung der Montage des Hochdruckspeichers und/oder des Anschlusses einer Leitung und/oder Komponente dient. Ferner kann mit Hilfe des Klemmrings ein sicherer Anschluss einer Leitung und/oder einer Komponente erzielt werden, die vergleichsweise robust ist, so dass ein sicherer Anschluss auch bei Vibrationen gewährleistet ist.
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Beim Anschließen eines Kraftstoffinjektors, einer Leitung und/oder einer Komponente an den Hochdruckspeicher erweist sich ferner ein Fügeweg als vorteilhaft. Der Fügeweg erleichtert insbesondere das Einführen eines Leitungsendes in einen entsprechenden Anschluss. Der Anschluss kann hierzu derart ausgestaltet werden, dass ein ausreichender Fügeweg vorgehalten wird.
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Des Weiteren kann der Grundkörper an mindestens einer Stirnseite einen Anschluss zum Anschließen einer Kraftstoffleitung und/oder einer Komponente eines Kraftstoffsystems, beispielsweise eines Sensors oder eines Ventils, aufweisen. Das heißt, dass zusätzlich zu den umfangseitig angeordneten Anschlüssen mindestens ein weiterer Anschluss stirnseitig angeordnet sein kann. Auf diese Weise ist es möglich, die Länge und damit den Bauraumbedarf des Hochdruckspeichers weiter zu verringern.
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Darüber hinaus wird ein Kraftstoffsystem zur Versorgung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit Kraftstoffen vorgeschlagen. Das vorgeschlagene Kraftstoffsystem zeichnet sich dadurch aus, dass es einen erfindungsgemäßen Hochdruckspeicher umfasst. Das heißt, dass das Kraftstoffsystem besonders kompaktbauend ist, so dass Bauraum, Gewicht und Kosten eingespart werden. Zugleich ist über die Lage der Anschlüsse des Hochdruckspeichers für die Kraftstoffinjektoren sichergestellt, dass diese weitgehend spannungsfrei an den Hochdruckspeicher angeschlossen werden können.
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In Weiterbildung des Kraftstoffsystems wird vorgeschlagen, dass dieses mindestens einen Zweistoffinjektor zum Einspritzen bzw. Einblasen zweier unterschiedlicher Kraftstoffe in einen Brennraum des Verbrennungsmotors umfasst. Der mindestens eine Zweistoffinjektor ist vorzugsweise über eine Anschlussleitung mit einem Anschluss des Hochdruckspeichers verbunden.
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Ferner bevorzugt umfasst das Kraftstoffsystem einen Tank, eine Kraftstoffpumpe und mindestens eine Kraftstoffleitung für einen ersten Kraftstoff sowie einen Tank, eine Kraftstoffpumpe und mindestens eine Kraftstoffleitung für einen zweiten Kraftstoff.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Hochdruckspeichers,
- 2 die Seitenansicht der 1 um 90° gedreht,
- 3 den Hochdruckspeicher der 1 mit zwei Kraftstoffinjektoren,
- 4 eine vergrößerte Darstellung eines Anschlusses des Hochdruckspeichers der 1 mit einer hierin eingesetzten Anschlussleitung,
- 5 einen schematischen Querschnitt durch einen Hochdruckspeicher und durch Anschlüsse eines Kraftstoffinjektors (vor der Montage) und
- 6 einen schematischen Querschnitt durch den Hochdruckspeicher und die Anschlüsse der 5 (nach der Montage).
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In den 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßer Hochdruckspeicher 1 für ein erfindungsgemäßes Kraftstoffsystem in unterschiedlichen Ansichten (1 und 2) bzw. einschließlich Kraftstoffinjektoren 4 (3) dargestellt. Wie den 1 bis 3 zu entnehmen ist, weist der Hochdruckspeicher 1 einen länglichen rohrförmigen Grundkörper 2 auf, der umfangseitig mehrere Anschlüsse 3, 5 besitzt.
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In der Seitenansicht der 1 sind insbesondere die Anschlüsse 3 erkennbar, die dem Anschluss der Kraftstoffinjektoren 4 dienen. Bei den Kraftstoffinjektoren 4 handelt es sich um Zweistoffinjektoren zum Einspritzen bzw. Einblasen zweier unterschiedlicher Kraftstoffe (siehe 3). Die Kraftstoffinjektoren 4 müssen demzufolge mit beiden Kraftstoffen versorgt werden. Üblicherweise werden hierzu die Kraftstoffinjektoren 4 mit zwei separaten Hochdruckspeichern verbunden. Vorliegend ist die Versorgung der Kraftstoffinjektoren 4 mit beiden Kraftstoffen über einen einzigen Hochdruckspeicher 1 sichergestellt. Der Hochdruckspeicher 1 ist hierzu unterteilt ausgeführt, so dass zwei Speichervolumina ausgebildet werden, die eine Vermischung der beiden Kraftstoffe sicher verhindert. Zur Unterteilung kann der Hochdruckspeicher 1 eine beispielsweise mittig angeordnete Trennwand aufweisen, die in Längsrichtung verläuft, so dass im Inneren des Grundkörpers 2 zwei langgestreckte Speichervolumina ausgebildet werden (nicht dargestellt). Die beiden Speichervolumina stehen in fluidischer Verbindung mit den umfangseitig am Grundkörper 2 angeordneten Anschlüssen 3, und zwar in der Weise, dass sich Anschlüsse 3, die in Verbindung mit dem ersten Speichervolumen stehen, und Anschlüsse 3, die in Verbindung mit dem zweiten Speichervolumen stehen, sich abwechseln. Jeweils zwei nebeneinanderliegende Anschlüsse 3 können somit für den Anschluss eines Zweistoffinjektors genutzt werden (siehe 3). Die Ausrichtung der Anschlüsse 3 ist jeweils gleich, das heißt, dass die Anschlüsse 3 jeweils in der gleichen Winkellage zueinander angeordnet sind.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, weist der Grundkörper 2 zusätzlich zu den Anschlüssen 3 Anschlüsse 5 auf, die ebenfalls umfangseitig angeordnet, aber in ihrer Winkellage versetzt zu den Anschlüssen 3 angeordnet sind. Die Anschlüsse 5 dienen dem Anschluss von Leitungen (nicht dargestellt) und/oder Komponenten (nicht dargestellt). Bei den Leitungen kann es sich insbesondere um Zulauf- und/oder Rücklaufleitungen handeln. Die anzuschließenden Komponenten können insbesondere Sensoren und/oder Ventile sein.
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Der in den 1 bis 3 dargestellte Hochdruckspeicher 1 weist darüber hinaus einen stirnseitig angeordneten Anschluss 7 auf, der ebenfalls zum Anschließen einer Leitung und/oder einer Komponente des Kraftstoffsystems genutzt werden kann.
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Wie beispielhaft in der 3 dargestellt, können die Kraftstoffinjektoren 4 mit Hilfe von Anschlussleitungen 9 an den Hochdruckspeicher 1 angeschlossen sein. Die Anschlussleitungen 9 können dabei insbesondere als starre Leitungen ausgeführt sein, was den Anschluss der Leitungen im Bereich der Anschlüsse 3 vereinfacht.
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Ein Anschlussdetail ist beispielhaft der 4 zu entnehmen. Der Anschluss 3 (oder 5) wird durch einen radial in Bezug auf den Grundkörper 2 ausgerichteten Stutzen ausgebildet, der innenseitig an seinem Ende einen Konus 6 aufweist. Der Konus erleichtert das Einführen des Leitungsendes der Anschlussleitung 9. Darüber hinaus ist ein Klemmring 8 vorgesehen, der nach Art einer Überwurfmutter auf den Stutzen aufgeschraubt wird. Mit Aufschrauben des Klemmrings wird ein ringförmiges Keilelement, das innen am Konus abgestützt ist, tiefer in den Konus eingeschoben, so dass eine Klemmverbindung zwischen dem Leitungsende und dem Stutzen erreicht wird. Das Einführen des Leitungsendes der Anschlussleitung 9 erfordert dabei einen Fügeweg h, der im Bereich des Anschlusses 3 (oder 5) vorgehalten werden muss.
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Den 5 und 6 ist jeweils eine stark vereinfachte Darstellung einer Anschlusssituation für den Anschluss eines Kraftstoffinjektors 4 bzw. Zweistoffinjektor zu entnehmen, bei welcher die beiden Anschlüsse 3 für den Zweistoffinjektor in ihrer Winkellage versetzt zueinander angeordnet sind. Diese Lage der Anschlüsse 3 erweist sich als problematisch, da bei der Montage der Hochdruckspeicher 1 nicht einfach auf die Anschlussleitungen 9 des Kraftstoffinjektors 4 aufgeschoben werden kann, ohne die Anschlussleitungen 9 zu verbiegen. Dabei kann es zu unerwünschten Verformungen und/oder Verspannungen kommen. Idealerweise ist daher kein Winkelversatz vorhanden (siehe 1 bis 3) oder lediglich ein sehr kleiner.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016201511 A1 [0002]
